L'enginyeria genètica és el procediment tecnològic que s'utilitza per a modificar els gens d'un organisme. La producció d'organismes genèticament modificats pot ser també un dels objectius de l'enginyeria genètica.
Història El 1978 Daniel Nathans i Hamilton Smith van rebre el premi Nobel en medicina pel seu aïllament dels enzims de restricció anomenats 'endonucleases' que es va demostrar que podien tallar l'ADN en llocs específics. Junt amb l'enzim ligasa, que pot ajuntar fragments d'ADN, aquests catalitzadors formen la base de la tecnologia de l'ADN recombinant.
Processos i tècniques L'enginyeria genètica fa servir procediments que aconsegueixen la clonació o la transferència genètica amb l'aïllament, modificació reintroducció d'ADN als organismes vius per generar noves característiques. L'enginyeria genètica fa servir la tècnica de clonació utilitzant com a vector un plasmidi (molècula d'ADN circular de doble cadena pròpia dels procariotes, que pot existir i replicar-se independentment del cromosoma o estar-hi integrat) o un fagovirus (virus paràsit d'altres virus) i la tècnica de la mutagènesi (producció de mutacions sobre ADN, clonat o no). La modificació per enginyeria genètica segueix essencialment cinc passos: 1) aïllament dels gens d'interès; 2) inserció dels gens en un vector de transferència; 3) transferència del vector (amb el gen inserit a dins) a l'organisme que es vol modificar; 4) transformació de les cèl·lules de l'organisme, i 5) selecció dels organismes en què s'ha aconseguit obtenir un organisme modificat genèticament.
La tecnologia de l'ADN recombinant
miniatura|A. tumefaciens adherint-se a una cèl·lula de pastanaga. La tecnologia de l'ADN recombinant consisteix a aïllar i modificar un fragment d'ADN d'un organisme per a recombinar-lo amb el d'un altre organisme
Generalment es tracta l'ADN amb una endonucleasa de restricció que origina en aquest cas un tall escalonat en els dos fils dobles d'ADN. Els extrems escalonats d'ambdós fils d'ADN són complementaris, una condició que han de tenir si es volen unir. Els dos ADN així tallats es barregen, s'escalfen i es refreden suaument. Els seus extrems cohesius s'apariaran donant lloc a un nou ADN recombinat, amb unions no covalents. Les unions covalents es formen afegint-hi ADN ligasa i una font energètica per formar els enllaços.
Un altre enzim clau per unir els ADN és la transferasa terminal, que pot addicionar molts residus de desoxiribonucleòtids successius a l'extrem 3′ dels fils de l'ADN. D'aquesta manera poden construir-se cues de poliguanina en els extrems 3′ d'un dels fils d'ADN i cues de policitosina en els extrems de l'altra cadena. Com aquestes cues són complementàries, permetran que els dos ADN s'uneixin per complementarietat. Posteriorment, es formen els enllaços covalents per l'ADN ligasa.
L'ADN recombinat s'insereix en un ADN vector que actua com a vehicle per introduir-lo en una cèl·lula hoste que el repliqui; els vectors o transportadors més utilitzats són els plasmidis i l'ADN del fag lambda.
La seqüenciació de l'ADN
És un conjunt de tècniques que permeten conèixer l'ordre en què apareixen els nucleòtids en l'ADN, que és la base de la informació genètica dels organismes. Aquesta tècnica té diverses aplicacions: mèdiques, com ara la recerca d'algun polimorfisme genètic que s'associï amb una malaltia; bàsiques, com ara comparar la història evolutiva d'un organisme, o forenses.
La reacció en cadena de la polimerasa
La tècnica de la reacció en cadena de la polimerasa (PCR, de l'anglès polymerase chain reaction) aprofita l'activitat enzimàtica per la qual es replica l'ADN en les cèl·lules per aconseguir una gran quantitat de còpies d'ADN a partir de quantitats petites. S'utilitza una polimerasa o una barreja de diverses que puguin resistir temperatures elevades, sent la més comuna la polimerasa Taq. La tècnica consisteix a fer diversos cicles de temperatures elevades per aconseguir la desnaturalització de l'ADN i temperatures més baixes per a l'amplificació de l'ADN desnaturalitzat mitjançant la polimerasa.
Aplicacions En el cas d'actuar sobre microorganismes, l'enginyeria genètica s'anomena blanca, quan actua sobre plantes s'anomena enginyeria verda i roja quan ho fa sobre animals incloent-hi també els humans. Exemple de la utilitat de l'enginyeria genètica és la producció d'insulina humana a través de bacteris modificats i l'obtenció de noves races de rates de laboratori amb diverses malalties per a poder investigar-les.
Plantes Utilitza, entre altres vectors, l'Agrobacterium bacteri que en la natura origina deformacions en les plantes i la crucífera Arabidopsis sp. com a model d'estudi. S'han aconseguit així, entre altres coses, introduir gens que poden fer les plantes resistents a determinat herbicida, letals a insectes que les ataquen o fer plantes que acumulin substàncies medicinals útils.
Animals Es fan servir vectors retrovirals, microinjecció d'ADN a ous fecundats, de cèl·lules mare totipotents i clonació per transferència nuclear. En animals de granja, les finalitats que s'obtenen amb aquesta tècnica són múltiples. Es pot destacar la producció de llet modificada que pot incorporar productes medicinals. Els animals transgènics, com ara la vaca Huomen, serveixen de model per a estudiar malalties humanes.
Objeccions a la modificació genètica L'opinió pública es mostra en general més favorable al consum de medicines obtingudes per transformació genètica que als usos alimentaris. La manipulació genètica en éssers humans planteja en moltes persones objeccions de tipus moral o ètic.
Avantatges i inconvenients Gràcies a l'enginyeria genètica, es poden fer certes combinacions entre gens de diferents espècies, per tal de solucionar problemes i millorar el rendiment econòmic comercial de les explotacions. Es poden buscar cures a malalties genètiques perquè les noves generacions neixin més sanes.
Amb l'agricultura, la ciència ha aconseguit què es conreïn amb major tolerància a les sequeres o protegits enfront de reblaniment. En alguns cultius, s'han posat gens de bacteris perquè es desenvolupin proteïnes insecticides i reduir l'ús d'insecticides.
També es poden utilitzar gens humans responsables de la producció d'insulina en cèl·lules bacterianes per obtenir insulina de gran qualitat a baix cost. Aquestes cèl·lules poden produir molta quantitat, ja que es produeixen a una gran velocitat. Però, un d'aquests perills és el fet que darrere dels projectes de modificació genètica hi ha companyies multinacionals molt preocupades per l'interès econòmic, també es pot contaminar a altres plantes no transgèniques.
Hi ha també la hipòtesi que els aliments amb modificacions genètiques poden arribar a ser cancerígens en el cas de ser consumits per subjectes productius o en un estat immunitari deficient. També poden produir al·lèrgies, potser degut al material genètic transferit, a la formació inesperada d'un al·lergen o a la falta d'informació sobre la proteïna que codifica el gen inserit.
Biotecnologia genètica En la dècada de 1970 es van obrir noves perspectives en el camp de la biotecnologia gràcies a l'elaboració de noves tècniques que permeten arribar directament al material que està en l'origen de totes les característiques i processos vitals, és a dir, l'ADN. Aquest conjunt de tècniques moleculars de manipulació genètica rep el nom d'enginyeria genètica.
El seu objectiu és la manipulació in vitro de l'ADN, la introducció d'aquest ADN modificat en cèl·lules vives i la seva incorporació com a part del material hereditari d'aquestes cèl·lules. D'aquesta manera, ADN de diverses procedències, per exemple, la fracció d'ADN humà que regula la síntesi d'insulina, pot introduir-se en bacteris de manera que passa a formar part del seu genoma i aconseguir així que el bacteri adquireixi la capacitat d'elaborar insulina.
Teràpia gènica La teràpia gènica consisteix a substituir o afegir, segons el cas, una còpia normal de la regió defectuosa de l'ADN per poder solucionar i restablir la funció alterada, evitant el desenvolupament de malalties d'origen genètic, com per exemple la facultat defensiva davant les malalties infeccioses. Les malalties amb les quals s'ha començat a treballar són, entre unes altres, la deficiència de l'enzim adenosina desaminasa, coneguda com la dels «nens bombolla» i la distròfia muscular de Duchenne
Implicacions ètiques L'enginyeria genètica té aplicacions en camps molt diversos; dos dels més importants són la medicina i la creació de noves espècies o millora de les existents. El progrés en aquests àmbits pot aportar resultats capaços d'alleujar alguns problemes de gran importància, però l'explotació comercial de les tecnologies requerides només és a l'abast d'unes poques empreses multinacionals. La tradicional dependència econòmica dels països subdesenvolupats té en l'enginyeria genètica un nou element de desequilibri. En un altre ordre de coses, l'enginyeria genètica pot plantejar greus problemes ètics. Hi ha opinions molt diverses sobre on han de situar-se els límits de modificació del material que és a la base de tots els processos vitals.
A l'inici dels experiments de l'ADN recombinant, diversos investigadors van mostrar la seva preocupació pels riscos d'aquestes tècniques. A diversos països es van crear comitès per discutir l'ús i l'aplicació de tècniques d'enginyeria genètica.
Enginyeria genètica en éssers vius Enginyeria genètica en bacteris Són els éssers vius més utilitzats en enginyeria genètica. El bacteri més utilitzat és Escherichia coli. S'usa en la majoria de processos d'enginyeria genètica.
Una altra aplicació que s'han fet, ha estat modificar genèticament bacteris que viuen en el sistema digestiu de l'ésser humà en un lapse mínim de sis mesos a un any, amb l'objectiu de disminuir l'apetit. Aquesta investigació es basa en N-acil-fosfatidiletanolamina, i N-acil-etanolamina, encarregades d'enviar senyals al hipotàlem, que és l'encarregat de la ingesta d'aliments.
Enginyeria genètica en llevats i altres fongs Són juntament amb els bacteris els sistemes més utilitzats. El Saccharomyces cerevisiae va ser el primer sistema eucariota seqüenciat completament. Un altre llevat important és Pichia pastoris, utilitzada per aconseguir proinsulina en cultiu discontinu i quitinasa en cultiu continu. En el camp dels fongs destaca per la seva labor mèdica Penicillium.miniatura|Ratolins knockout.
Enginyeria genètica en animals La modificació genètica dels animals persegueix múltiples objectius: augmentar el rendiment del bestiar, produir animals amb malalties humanes per a la investigació, elaborar fàrmacs, etc.
Les principals aplicacions de l'enginyeria genètica en animals s'han dut a terme en peixos, a causa que la fecundació és externa, la qual cosa permet la introducció del gen en el zigot abans que s'uneixin el nucli de l'espermatozoide i el de l'òvul. S'han obtingut carpes transgèniques que creixen molt més ràpidament, a causa de la incorporació del gen de l'hormona del creixement de la truita, i salmons transgènics, que resisteixen millor les baixes temperatures.
En els mamífers, s'han obtingut ratolins transgènics, amb diferents gens modificats. No obstant això, la seva aplicació per a la millora d'espècies és encara preliminar, enfocant-se l'estudi des d'un punt de vista més aviat purament científic.
Enginyeria genètica en plantes S'han desenvolupat plantes transgèniques de més de quaranta espècies.