DC. José Octavio Rodiles López
DCE. Rafael Zamora Vega
DC. Héctor Eduardo Martínez Flores
QFB. UMSNH. Michoacán, México
Las innovaciones tecnológicas surgen de la ciencia como aplicaciones de la misma. Los científicos crean y desarrollan ideas que posteriormente tendrán una aplicación en la vida diaria, proceso conocido como tecnología.
Las innovaciones en agronomía pueden ser de carácter físico, químico, biológico o mezclas de los mismos. Entre las físicas podemos incluir el uso de drones para monitorear los cultivos, la automatización por computadoras para optimizar la producción, y el uso de computadoras para saber en tiempo real que sucede en un determinado cultivo sin la necesidad de estar presente. Desde un punto químico podemos señalar el desarrollo de nuevos plaguicidas y fertilizantes con mejores rendimientos de cultivo y una ecología verde con la mínima generación de sustancias tóxicas. Y en los avances biológicos tenemos el uso de microorganismos para aumentar la eficiencia de la fotosíntesis a nivel de raíces y con ello mejorar la productividad agrícola, además de la revolución tecnológica por el uso de organismos transgénicos. En esta ocasión hablaremos de los transgénicos y su base científica para el desarrollo de los mismos.
Los transgénicos, también llamados organismos genéticamente modificados, OGM, son todos aquellos seres vivos que han sido modificados genéticamente, y abarcan desde microorganismos, plantas y hasta animales. La ciencia que los estudia y desarrolla se le conoce como Ingeniería Genética. El proceso es muy simple… quitar o agregar pedazos de DNA, y en el caso de agregar, implica añadir el pedazo de DNA de un determinado ser a otro organismo.
El proceso de intercambiar DNA se basa en un principio de la Biología, y llamado “Dogma Central de la Biología Celular” que comparten todos los seres vivos, incluyendo a los virus. Se puede decir que todo ser vivo realiza dicho Dogma y bajo los mismos mecanismos. El dogma señala brevemente que la información contenida en el DNA generará una serie de proteínas mediante la unión de aminoácidos. Cada ser vivo tiene su propio y único DNA, y por tanto, una serie de proteínas. Ahora bien, entre el DNA y la proteína formada se encuentra otra molécula, el RNA, y todos en conjunto se les conoce como elementos genéticos.
DNA
Este es el ácido desoxirribonucleico y es un polímero de nucleótidos en forma de doble hélice que mantiene la información genética de todos los seres vivos, aunque existen algunos virus que no poseen DNA, sino únicamente RNA, y llamados virus de RNA, ejemplo, el virus de COVID.
Un nucleótido está formado por tres compuestos: un azúcar, un grupo fosfato, y una base nitrogenada. El azúcar y el grupo fosfato tiene funciones estructurales, es decir, ayudan a formar la estructura del DNA, pero no almacenan información genética. La información genética esta almacenada en las bases nitrogenadas. El azúcar se une a la base nitrogenada y al grupo fosfato, y los grupos fosfatos se unen para formar el polímero de nucleótidos. El fosfato no se une a las bases nitrogenadas. Ahora bien, la unión de la doble hélice del DNA se da mediante la unión de las bases nitrogenadas de cada hebra.
Las bases nitrogenadas del DNA son cuatro: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Su función es almacenar la información genética y con ello sintetizar proteínas y algunos tipos de RNA. La parte del DNA que codifica la información genética es llamada gen. “Cada gen se encarga de sintetizar una única y determinada proteína”.
Una de las particularidades del DNA es la complementariedad de bases. Dijimos que el DNA es una doble hélice, pero ésta se encuentra en forma de espejo. Siempre que haya una adenina de un lado, siempre habrá un timina del otro lado, y si hay una guanina, siempre habrá una citosina, regla básica para conservar la información genética y que se pueda transmitir a los descendientes.
RNA
Este es el ácido ribonucleico, y también es un polímero de nucleótidos como el DNA. Sin embargo, este no forma una doble hélice como el DNA, y cuyas bases nitrogenadas también son cuatro; adenina, guanina, citosina y uracilo (U). La timina del DNA es sustituida por uracilo. Cabe señalar que químicamente la timina es más estable que el uracilo y da mayor protección al DNA contra posibles mutaciones. Se piensa que los primeros seres vivos del planeta usaban el RNA como la molécula hereditaria en lugar del DNA; primero fue el RNA y después el DNA. Todos los seres vivos contienen RNA; no así el DNA, ya que algunos virus no contienen DNA y solamente RNA. Además existen diferentes tipos de RNA y cada uno con sus propias funciones.
Proteínas
Este es un polímero de aminoácidos, es decir, se forman por la unión de varios aminoácidos. Se puede decir que una casa es una proteína y que los ladrillos son los aminoácidos. Existen muchas casas diferentes, pero todas formadas de ladrillos. No hay límite en su tamaño, ya que pueden ir desde unas decenas, hasta cientos de aminoácidos. Estas tienen varias funciones esenciales en los seres vivos, pero una de las principales es la catálisis de todas las reacciones químicas, y llamadas enzimas. Una enzima es una molécula proteica que permite la reacción entre otras moléculas, ya sea dirigiendo la reacción o acelerando dicha reacción.
ribosomas
Los ribosomas son complejos macromoleculares formados por ciertas proteínas y RNA que se encuentran en el citoplasma, así como en mitocondrias, cloroplastos, y retículo endoplasmático. Estos son esenciales para la vida y su función es sintetizar las proteínas de cada ser vivo por la información contenida en las bases nitrogenadas de un tipo de RNA, llamado RNA mensajero.
Cabe señalar que todos los virus no poseen ribosomas y necesitan usar los ribosomas de las células huésped para poderse replicar. Esto implica que todos los virus sean patógenos, ya que necesitan robarse los ribosomas de la célula a la que van a atacar. Por otro lado, las bacterias si tiene ribosomas, y por tanto, no todas las bacterias son patógenas y sus mecanismos de patogenicidad son diferentes al de los virus. Existen virus que también pueden atacar a las bacterias, llamados bacteriófagos.
Dogma Central de la Biología Molecular
La genética es la ciencia que estudia los mecanismos por los que la herencia pasa de un ser vivo a otro y de cómo se expresan. La genética molecular estudia cómo se realiza el flujo de la información genética en los seres vivos. Esto nos permite comprender la variabilidad y evolución de las especies. La unidad en el flujo de la información genética es el gen. El gen dirige la secuencia de aminoácidos para la creación de una determinada proteína por la información del DNA.
La mayoría de los genes son iguales en todas las personas, pero una pequeña cantidad son diferentes, y son estas pequeñas diferencias lo que contribuye a las características físicas únicas de cada persona o ser vivo. Por ejemplo, las rosas poseen prácticamente el mismo DNA, pero pequeñas diferencias nos permite tener rosas blancas, rojas o amarillas. Esta variación en un determinado gen es lo que se llama alelo.
El flujo de la información genética implica tres pasos de forma continua: Replicación, Transcripción, y Traducción, y conocido en conjunto como Dogma Central de la Biología Molecular.
En la replicación, las dos hebras del DNA se abren y se realiza una copia de cada una de ellas, para generar dos dobles hélices. Recordemos que la doble hélice esta formada en espejo, así, las dos nuevas hélices son copias exactas de cada una. Esta es la base de la herencia… el DNA original copia dos nuevos DNA idénticos.
Después, en la replicación, se vuelve a abrir el DNA, pero ahora se hace una copia de un solo segmente y vía un RNA, llamada RNA mensajero. Este RNA mensajero ya formado se dirige hacia los ribosomas. Este segmento copiado es lo que llamamos un gen.
Ya en el ribosoma, se realiza la tercera etapa, la traducción. El RNA mensajero contiene la información genética, bases nitrogenadas. Dentro del ribosoma se manda una señal para ir metiendo aminoácidos al mismo ribosoma, cabe mencionar que los aminoácidos se encuentran en el citoplasma de la célula. Posteriormente, los aminoácidos son unidos químicamente para ir formando una determinada proteína. La unión química se realiza mediante otro tipo de RNA, llamado RNA de transferencia.
Bueno, vamos a explicar este último paso, y porque se le llama Traducción. El RNA es un polímero de nucleótidos y una proteína es un polímero de aminoácidos. No hay una reacción química donde los nucleótidos se convierten en aminoácidos. Cada tres nucleótidos continuos del RNA mensajero codifica para un determinado aminoácido… podríamos decir que los nucleótidos es un lenguaje como el español y los aminoácidos es otro idioma, por ejemplo inglés, entonces el lenguaje de español se traduce al lenguaje de inglés. Estos tres nucleótidos continuos es lo que se llama codón.
Las teorías actuales señalan que el RNA y las proteínas surgieron de forma paralela, y cada una tenía sus propias funciones, ya posteriormente, evolución, ambos interaccionaron para trabajar en conjunto.
Un dato curioso… existen solamente 20 aminoácidos que forman a las proteínas, existen otros, pero no forman proteínas, y según el código genético existen 64 posibles combinaciones -quedamos que cada tres bases continuas es información genética y hay cuatros bases nitrogenadas (4x4x4 = 64). ¿Qué está pasando?… esto implica que hay codones que codifican para un mismo aminoácido. Esto ayuda a evitar mutaciones, ya podemos tener un ligero cambio en el DNA, pero no en la proteína que se está formando.
Una mutación es un cambio en la información genética de un ser vivo que produce una variación en las características de este y que se presenta de manera espontánea y súbita y que se puede heredar a la descendencia.
ingeniería genética
Esta es la capacidad tecnológica de manipular el DNA. Se puede eliminar, insertar o duplicar material genético. Esta tecnología permite el intercambio genético entre diferentes especies de seres vivos a nivel de laboratorio. Mediante ingeniería genética se puede agregar un gen de una especie a un organismo de otra especie para producir un rasgo deseado, “Organismos Transgénicos”.
Se usan enzimas que cortan DNA, endonucleasas de restricción, y después enzimas que pegan DNA, DNA ligasas, y de esta manera se insertan genes. Como resultado, un gen proveniente de cualquier organismo viviente puede ser introducido a otro organismo sin importar la especie a que pertenezcan.
Los organismos transgénicos son seres vivos hechos en un laboratorio y que tiene la capacidad de poderse reproducir. Un ejemplo, la insulina actual para diabéticos esta hecha a partir de bacterias. Se extrajo la parte del DNA humano que codifica para la síntesis de insulina. Este DNA humano se insertó en una bacteria. Ahora bien, cuando se cultiva a la bacteria en un reactor industrial dicha bacteria produce insulina, cosa que la bacteria original no producía. Esto abarata costos y permite la producción a gran escala.
Este gran avance tecnológico se pudo lograr porque todos los seres vivos realizan el Dogma Central de la Biología Celular. Realizar la Replicación, Transcripción y Traducción solo es cuestión de tener DNA, no importa qué tipo de DNA es el que se maneja.
Sin embargo, existe el gran debate si los organismos transgénicos son buenos o malos. Existe la gran duda si consumir vegetales o animales transgénicos puede afectar a la salud… respuesta que solo se contestará en varios años, ya que la existencia de estos organismos es relativamente nueva. Por ejemplo, se ha reportado que ciertas flores transgénicas provocan la muerte de las abejas.
Otro gran problema que se ha generado es que muchas empresas que producen transgénicos han patentado sus invenciones y hay que pagar para poderlas usar. El problema es que dichas empresas manejan genéticamente al nuevo ser para que no se pueda reproducir, y entonces, por ejemplo, hay que comprar la semilla del transgénico cada año de cultivo.
Definitivamente una de la tecnología que más ha impactado a la agricultura moderna es el cultivo de transgénicos. Estos son seres vivos creados en un laboratorio y que tienen la capacidad de reproducirse. “Ahora podemos modificar a los seres vivos en función de nuestras necesidades”.
