INTRODUCCIÓN
Biotecnología: utilización o manipulación de organismos vivos, o de compuestos obtenidos de organismos vivos, para la obtención de productos de valor para los seres humanos.
Los primeros organismos utilizados fueron microorganismos (como bacterias y hongos), aunque posteriormente se emplearon plantas y más recientemente animales. La biotecnología tradicional incluía procesos microbianos bien conocidos como la elaboración de la cerveza o el pan, la obtención de antibióticos o la depuración de aguas residuales. No obstante, el término ha llegado a hacerse bastante familiar desde el desarrollo, durante la década de 1970, de la ingeniería genética. La biotecnología moderna utiliza organismos modificados genéticamente para obtener beneficios aún mayores, o incluso procedimientos completamente nuevos.
ORÍGENES DE LA BIOTECNOLOGÍA
Los ejemplos más antiguos que pueden considerarse como procesos biotecnológicos son la obtención de la cerveza, el vino y otras bebidas alcohólicas. Muchas civilizaciones del pasado descubrieron que el azúcar y las materias primas azucaradas podían sufrir transformaciones espontáneas que generaban alcohol. El proceso fue controlado gradualmente, hasta que en el siglo XIX el químico francés Louis Pasteur demostró que la fermentación estaba producida por microbios. Pasteur demostró también que otros microorganismos, diferentes en apariencia, eran responsables de otros procesos, como la producción de vinagre.
El trabajo de Pasteur no sólo revolucionó la tecnología de la elaboración de la cerveza y el vino, excluyendo microorganismos que pudieran contaminar el proceso de fermentación y causar grandes pérdidas, sino que demostró también que había otros productos que podían ser obtenidos en la industria gracias a la intervención de los microorganismos. Uno de estos productos fue la acetona, un disolvente utilizado para la fabricación de pólvora explosiva. Durante la I Guerra Mundial, el químico y posteriormente primer presidente de Israel, Chaim Weizmann, verificó que la acetona era producida por la bacteria Clostridium acetobutylicum.
La Biotecnología es una de las áreas de la ciencia que tiene potencialmente mayor impacto sobre las condiciones de vida de las personas
BIOTECNOLOGÍA EN LA MEDICINA.
LA APLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA A LA MEDICINA PERMITIRÁ EN UN PLAZO DE CINCO AÑOS DETECTAR Y PREVENIR ENFERMEDADES ANTES DE QUE SE MANIFIESTEN.
El desarrollo de la Genómica y la Proteómica, así como la aplicación de la Biotecnología a la Medicina, permitirán identificar los genes que intervienen en las enfermedades con más prevalencia y desarrollar fármacos que compensen la actividad de los genes alterados en cada patología. Asimismo, los avances en la investigación biotecnológica harán posible, antes de 2010, que pueda conocerse, por ejemplo, qué propensión tiene cada individuo a cada tipo de cáncer y detectar tumores antes de que existan, gracias a la posibilidad de examinar los 30.000 genes que tiene cada ser humano.
Las cuatro áreas de investigación sobre salud humana en las que la Biotecnología tiene un mayor impacto son las relativas a diagnóstico molecular y pronóstico de enfermedades; desarrollo de fármacos; terapia celular e ingeniería de tejidos y, por último, terapia génica y vacunas génicas.
La diferencia aportada por la biotecnología moderna es que actualmente el hombre no sólo sabe cómo usar las células u organismos que le ofrece la naturaleza, sino que ha aprendido a modificarlos y manipularlos en función de sus necesidades. La biotecnología tal como la conocemos actualmente empezó en los años 50 con el descubrimiento por James Watson y Francis Crick de la estructura de la molécula de ADN* (ácido desoxirribonucleico) que es donde se almacena la información genética (la herencia) en todos los seres vivos.
¿QUÉ ES EL DIAGNÓSTICO MOLECULAR?
Con el nombre de Diagnóstico Molecular se engloban una serie de técnicas basadas en el análisis del DNA o ácido desoxirribonucleico, que es la molécula que recoge toda la información genética de las células. Dicho análisis puede tener dos objetivos: la detección de microorganismos de forma rápida y eficaz, así como el estudio de variaciones en los genes humanos que pueden condicionar la aparición de enfermedades.
DESARROLLO DE FÁRMACOS
1994-1995
Los pasados 20 y 21 de junio, auspiciada por la revista Biotechnology, se ha celebrado en Washington una conferencia científica para evaluar el estado actual del desarrollo biotecnológico de nuevos fármacos así como las circunstancias relacionadas con sus ensayos clínicos. Este es un campo de alto riesgo inversor, ya que las inversiones económicas que se han de hacer son muy elevadas y la experiencia demuestra que tan solo una de cada diez mil sustancias nuevamente sintetizadas llega a convertirse en un fármaco comercial. En el proceso, si se consigue, son necesarios, unos 10-12 años de desarrollo y otros 3 años para lograr su aprobación oficial. A pesar de tales dificultades, en la actualidad ya se encuentran en la fase III de ensayos clínicos los siguientes preparados desarrollados por diversas compañías biotecnológicas: Dermograft, Factor estimulante colonial de granulocitos, Proteína-1 osteogénica, Protara; Galardina; Péptido natriurético atrial y, por último, Antril.
Un suceso importante en el desarrollo de la biotecnología fue la producción de penicilina a partir del hongo Penicillium. Aunque inicialmente fue un proceso a pequeña escala, desarrollado por Howard Florey y sus colaboradores durante la II Guerra Mundial, poco después se consiguió producir penicilina en grandes cantidades, al tiempo que se utilizaban otros microorganismos para obtener una gran variedad de antibióticos, como la estreptomicina. Hoy en día, la biotecnología es la principal herramienta para la obtención de nuevos antibióticos que sean activos frente a las bacterias patógenas resistentes a una gran gama de antibióticos. También resulta de gran utilidad la aplicación de la ingeniería genética en microorganismos para sintetizar antibióticos sintéticos, es decir, ligeramente diferentes de aquellos obtenidos de forma natural.
La biotecnología ha llegado a “programar” bacterias con objeto de obtener distintos tipos de drogas que, de otra forma, estos microorganismos no podrían fabricar. La insulina humana, necesaria para el tratamiento de la diabetes, es un claro ejemplo de esta metodología, ya que está producida por bacterias en las que se ha introducido, mediante ingeniería genética, el gen que codifica la síntesis de esta hormona. A diferencia de las hormonas producidas por cerdos y vacas, esta hormona es idéntica a la secretada por el páncreas humano. Igualmente, la hormona del crecimiento humano, utilizada para el tratamiento de niños con deficiencias en su producción, y que de otro modo no podrían alcanzar una estatura normal, también se obtiene a partir de bacterias en las que se ha insertado una copia del gen humano. Este sistema, como en el caso anterior, también presenta ventajas frente a la obtención de la hormona a partir de cadáveres, ya que se evita el riesgo de contaminación con priones, agentes causantes de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Otros productos farmacéuticos generados a partir de microorganismos manipulados genéticamente incluyen, el interferón para el tratamiento de algunas hepatitis y ciertos cánceres, y la eritropoyetina, que se suministra a pacientes sometidos a diálisis para reponer los eritrocitos perdidos durante este proceso.
PREVENCIÓN DE ENFERMEDADES INFECCIOSAS
Hasta ahora, el desarrollo de las vacunas se limitaba a la utilización de agentes infecciosos atenuados o muertos, pero la biotecnología ha comenzado a revolucionar este campo ya que los investigadores pueden utilizar microorganismos totalmente inocuos en las vacunas. Esto permite introducir genes que determinan la producción de ciertos antígenos (obtenidos de microorganismos causantes de enfermedades y que son determinantes de la patogenicidad) en bacterias inocuas, las cuales constituyen, en sí mismas, las vacunas, que permiten que el individuo vacunado pueda generar los anticuerpos protectores necesarios para atajar una posible infección. Esta técnica facilita la inmunización frente a enfermedades para las cuales aún no se habían desarrollado vacunas satisfactorias, e incluso permite desarrollar vacunas que protejan frente a varias infecciones simultáneamente. Dos ejemplos de vacunas creadas por ingeniería genética son la vacuna frente a la hepatitis B y frente a la rabia.
Ante casos de periodontitis severa o agresiva, o como ayuda al tratamiento quirúrgico, se plantea la posibilidad de administrar un tratamiento antibiótico por vía oral. La elección del antibiótico será más adecuada y, por tanto, con mayor probabilidad de éxito, si se conoce previamente qué especies bacterianas posee un paciente concreto.
Una de las promesas más atrayentes de la ciencia del nuevo milenio es la vacuna con material genético. Si bien una década atrás los científicos la miraban con desconfianza en los últimos años hubo un cambio de actitud tanto por los adelantos genéticos como por la imposibilidad de las métodos tradicionales de inmunización de enfermedades muy graves o mortales como el SIDA, el paludismo o la hepatitis C.
Las vacunas tradicionales como las genéticas consisten en una versión muerta o debilitada de un patógeno (agente que produce la enfermedad) o algún fragmento (subunidad) suyo. El propósito consiste en preparar el sistema inmunitario para que rechace rápidamente los virus, las bacterias y los parásitos peligrosos antes de que logren establecerse en el organismo. El objetivo se logra engañando al sistema inmunitario y así se comporta como si ya estuviera siendo acosado por algún patógeno que se multiplicara sin freno y produjera grandes daños en los tejidos.
TERAPIAS GÉNICAS
Terapia génica, inserción de un gen o genes en las células para proporcionar un nuevo grupo de instrucciones a dichas células. La inserción de genes se utiliza para corregir un defecto genético hereditario que origina una enfermedad, para contrarrestar o corregir los efectos de una mutación genética, o incluso para programar una función o propiedad totalmente nueva de una célula.
Los genes están compuestos de moléculas de ácido desoxirribonucleico o ADN (véase Ácidos nucleicos), y se localizan en los núcleos celulares. Las instrucciones que dirigen el desarrollo de un organismo están codificadas en los genes. Ciertas enfermedades como la fibrosis quística se deben a un defecto genético hereditario. Otras están causadas por una codificación errónea de un gen, de modo que las instrucciones que contiene están desorganizadas o cambiadas. El error en la codificación genética se produce cuando el ADN de la célula se está duplicando durante el crecimiento y división celular (mutación somática) y es frecuente cuando una célula se convierte en cancerosa.
La aplicación de la terapia génica en la clínica se inició el 14 de septiembre de 1990, en el Instituto Nacional de Salud de Bethesda, Maryland, cuando una niña de cuatro años recibió este tratamiento para un déficit de adenosin deaminasa (ADA), enfermedad hereditaria del sistema inmunológico que suele ser mortal. Debido a este defecto genético, la niña padecía infecciones recidivantes que amenazaban su vida. La terapia génica en esta paciente consistió en el uso de un virus modificado genéticamente para trasmitir un gen ADA normal a las células de su sistema inmunológico. Después el gen ADA insertado programó las células para que produjesen la enzima ADA de la que carecía, lo que hizo que dichas células tuviesen una función inmune normal. Este tratamiento ayudó de forma provisional a la paciente a desarrollar resistencia frente a las infecciones.
Con el tiempo, la terapia génica puede proporcionar tratamiento eficaz para muchas enfermedades hoy curables, como la fibrosis quística, la distrofia muscular, y la diabetes juvenil. Además, la terapia génica también es útil para tratar muchas enfermedades que no son hereditarias, ya que la inserción genética puede también programar una célula para realizar una función totalmente nueva. En la actualidad se están estudiando varias terapias para trastornos de origen no genético. Los investigadores están tratando de luchar contra el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) mediante la terapia génica para conseguir que las células sean genéticamente resistentes a la infección que produce el SIDA. Se están realizando esfuerzos por medio de esta terapia para producir una vacuna contra el cáncer. En el número de septiembre de 1996 de la revista Nature Medicine, un estudio presentaba un tratamiento capaz de reducir los tumores cancerosos. Parece que los tumores de pacientes con cáncer de pulmón se redujeron o detuvieron su crecimiento cuando los científicos sustituyeron genes defectuosos o ausentes por genes sanos. El experimento clínico inicial desarrollado por científicos con el MD Anderson Cancer Center de la Universidad de Texas en Houston, demostró que la corrección de una sola alteración genética en las células del cáncer de pulmón, puede ser suficiente para detener o hacer más lenta su progresión. La terapia génica se empleó como procedimiento para restaurar la función normal de un gen llamado p53 que tiene un importante papel en el control del crecimiento celular. En el caso del cáncer, se cree que la transformación de una célula normal en una célula maligna se debe a una serie de anomalías genéticas. Las células hepáticas se están tratando con esta terapia para ayudar al organismo a eliminar los excesos de colesterol que pueden conducir al infarto de miocardio. Con el tiempo, la terapia génica será útil para prevenir y tratar muchas enfermedades.
¿QUÉ ES LA INGENIERÍA GENÉTICA?
La ingeniería genética se utilizó inicialmente (por su alto coste) para producir sustancias de usos farmacéutico, como la insulina, modificando genéticamente microorganismos. Con los posteriores desarrollos, se obtuvieron también enzimas para uso industrial, como la quimosina recombinante, utilizada, al igual que la obtenida de estómagos de terneros jóvenes (su fuente original, el "cuajo"), para elaborar el queso. Posteriormente se han obtenido vegetales (y animales) modificados genéticamente para mejorar sus propiedades. Los productos de la biotecnología están alrededor nuestro. El yogurt, la cerveza, el vino y el queso de nuestra heladera son productos de la biotecnología. Los pickles, el pan, y el vinagre de nuestra cocina también lo son. Cientos de años atrás, la gente fue descubriendo, casi por accidente, cómo hacer uso de los procesos biológicos que ocurren dentro de las células vivientes. Sin entender los procesos, podían ver los resultados. Descubrieron, por ejemplo, que ciertos microorganismos, como las bacterias y los hongos podían producir vinagre, cerveza o vino cuando crecían en grandes tinas. Estos procesos fueron llamados fermentación. A través de prueba y error, aprendieron el control de estos procesos y a producir grandes cantidades de un amplio rango de productos.
Una vez que los científicos entendieron el código del ADN, comenzaron a buscar formas de cambiar las instrucciones en los genes y de aislarlos para entender su funcionamiento, o introducir cambios que lograran que las células produjeran más o mejores compuestos químicos necesarios, o llevaran a cabo procesos útiles, o dieran a un organismo características deseables. El resultado fue la moderna ingeniería genética la ciencia de manipular y transferir "instrucciones químicas" de un organismo a otro. Una de las metas primarias de la biotecnología moderna es hacer que una célula viviente actúe de una forma útil y específica de una forma predecible y controlable. La tarea de estas células puede ser fermentar el azúcar para hacer alcohol, o producir una sustancia que logre obtener flores rojas, u obtener un compuesto que permita luchar contra una infección. Cómo una célula viva desarrollará estas tareas está determinado por su estructura genética – las instrucciones contenidas en una colección de mensajes químicos que denominamos "genes". Estos genes son heredados de una generación en otra, por lo tanto la descendencia hereda un rango de atributos individuales de sus padres. Los científicos ahora comprenden el sistema de códigos químicos subyacentes en estos genes, que están basados en una sustancia denominada ADN (Ácido Desoxirribonucleico). Un gen es, en realidad, un segmento de este ADN y su mensaje está codificado en su estructura molecular. Muchas veces se identifica una característica deseable para una planta en algún otro organismo o en otro vegetal con el cual no puede cruzarse sexualmente. Esta característica no puede ser introducida por métodos de mejoramiento tradicionales. En este caso, la ingeniería genética permite identificar el gen que otorga la característica deseada, cortarlo e introducirlo en el genoma de la planta".
-Los pasos de la Ingeniería Genética
1. Identificar un carácter deseable, pero que no pueda ser manejado por los métodos clásicos de mejoramiento.
2. Encontrar algún organismo que lo exprese.
3. Encontrar el gen responsable del carácter deseado, en dicho organismo.
4. Combinar dicho gen con otros elementos necesarios para que este sea funcional en la planta.
5. Mover los genes a las células de la planta.
6. Encontrar las células modificadas exitosamente, y regenerarlas en plantas completamente funcionales.
INGENIERÍA DE TEJIDOS
Es una rama emergente de la ciencia que aplica principios de ingeniería y biología para desarrollar sustitutos biológicos que restauren o mejoren las funciones de órganos y tejidos dañados. La interacción de estas disciplinas permite crear tejidos y órganos funcionales mediante la combinación de células de un paciente, o provenientes de un banco de células, con una matriz de soporte adecuada. Los campos de aplicación de la ingeniería de tejidos son inmensos y permiten resolver, entre otros tantos problemas, la escasez de donantes de órganos.
El área de terapia génica investiga, crea e implementa productos que emplean sistemas de transferencia de genes como tratamiento en enfermedades humanas. Las investigaciones están orientadas a obtener productos genéticos y dispositivos de liberación de genes terapéuticos con una rápida transferencia de estas nuevas herramientas para la medicina.
CRÍTICAS A LA BIOTECNOLOGÍA
Las multinacionales de diversos países se han opuesto a ciertos aspectos de la biotecnología, al igual que muchas organizaciones ecologistas. Las críticas que se hacen a la biotecnología se basan en la incapacidad de predecir lo que puede ocurrir al liberar organismos modificados genéticamente al medio ambiente, así como en la posibilidad de que los nuevos genes que estos organismos transportan puedan causar daños si llegan o se trasladan a otros organismos vivos. Sin embargo, los defensores de estas técnicas argumentan que la precisión de la ingeniería genética, comparada con las transferencias de genes que se producen habitualmente en la naturaleza, reduce más que incrementa dicho peligro. Además, los comités oficiales que regulan la biotecnología en los diferentes países valoran cuidadosamente estos riesgos antes de permitir que se lleve a cabo cualquiera de estos experimentos.
