ADN recombinante e ingeniería genética

¿Cómo se pasa un gen humano a una bacteria?

Un plásmido es una molécula pequeña de ADN circular que vive en bacterias, aparte del cromosoma. En el laboratorio sirve de vector: el vehículo que mete un gen a una célula. Otro vector posible es un bacteriófago, un virus que infecta bacterias. El plásmido se elige cuando conviene una molécula que la bacteria replique sola. ¹

La construcción sigue un orden fijo. Primero una enzima de restricción corta el gen que te interesa y abre el plásmido. Esa enzima reconoce una secuencia corta y suele dejar extremos cohesivos, con bases sueltas que encajan entre sí. Se usa la misma enzima en las dos piezas para que los extremos sean compatibles. Después la ADN ligasa sella el enlace y deja un plásmido que ya trae el gen ajeno. Ese plásmido se introduce en la bacteria. Al cultivar la colonia, las bacterias se multiplican y fabrican la proteína que el gen codifica. Al final se purifica la proteína. ¹

Con ese camino se obtienen proteínas humanas en microorganismos. La insulina y la hormona de crecimiento se producen así: el gen va en el plásmido, la bacteria lo expresa y la proteína se recoge del cultivo. No hace falta el órgano humano como fuente. ¹

Cuando hay poquísimas copias del fragmento, antes de insertarlo se amplifica con la reacción en cadena de la polimerasa, la PCR. Cada ciclo separa las hebras con calor y la polimerasa las copia. La polimerasa que aguanta ese calor es la Taq, tomada de la bacteria Thermus aquaticus, que vive a temperaturas altas. Sin una enzima así, el paso de calor la destruiría en el primer ciclo. ¹

Un organismo es transgénico cuando el ADN que se le insertó viene de otra especie. El maíz que resiste al barrenador lleva un gen de Bacillus thuringiensis. Esa bacteria produce la toxina Bt. La planta, con el gen, fabrica la toxina y el insecto que la come se muere. El maíz no "se volvió resistente" por una mutación propia: trae un gen bacteriano. ¹

Las mutaciones cambian letras o cromosomas que ya estaban. Aquí el cambio es meter un gen de fuera y hacerlo trabajar. Conviene no mezclar los dos nombres en la misma respuesta.

Ideas clave

• Vector: el plásmido, o un bacteriófago, lleva el gen a la célula. El plásmido es ADN circular de bacteria. El fago es un virus. ¹
• Corte y unión: la enzima de restricción corta en una secuencia y deja extremos que encajan. La ADN ligasa pega el gen al plásmido. Primero se corta, después se liga. ¹
• Cultivo: el plásmido recombinante entra en la bacteria, la colonia crece y se purifica la proteína. Insulina y hormona de crecimiento humanas se obtienen de ese modo. ¹
• PCR: copia un fragmento muchas veces desde muy poca muestra. La Taq, de Thermus aquaticus, soporta el calor que separa las hebras. ¹
• Transgénico: el gen insertado es de otra especie. El maíz Bt expresa la toxina de Bacillus thuringiensis y resiste al barrenador. ¹

Ejemplos resueltos

Hormona de crecimiento en una bacteria

Quieres que una bacteria produzca hormona de crecimiento humana. Ordena el trabajo.

1. Cortas el gen de la hormona y abres el plásmido con la misma enzima de restricción. Los extremos cohesivos quedan compatibles.
2. La ADN ligasa une el gen al plásmido. Ahora el plásmido es recombinante.
3. Introduces ese plásmido en la bacteria.
4. Cultivas la colonia y purificas la hormona que las bacterias secretan o acumulan.
5. El mismo orden vale para la insulina humana. Si el examen numera los pasos, el corte va antes que la ligasa, la entrada a la célula va después de la unión, y el cultivo es el último.

Maíz que fabrica una toxina de bacteria

Un maíz produce una proteína que mata al barrenador. El gen de esa proteína se tomó de Bacillus thuringiensis. ¿Cómo se clasifica esa planta?

1. El gen no es del maíz. Vino de una bacteria.
2. Un organismo con ADN de otra especie es transgénico.
3. La proteína es la toxina Bt. Por eso al cultivo se le dice maíz Bt.
4. No basta decir "organismo genéticamente modificado" si la pregunta pide el término que exige otra especie. La palabra precisa es transgénico.
5. Tampoco es una mutación puntual del maíz. Nadie cambió una letra de un gen del maíz: se insertó un gen completo de fuera.

Poca muestra y muchas copias

Tienes unas cuantas moléculas de un gen y necesitas material suficiente para ligarlo a un plásmido. ¿Qué técnica va primero y qué enzima la hace posible?

1. La PCR amplifica el fragmento. Cada ciclo duplica lo que hay.
2. Para separar las hebras se calienta la mezcla. Una polimerasa común se echaría a perder.
3. La Taq sigue activa después de ese calor. Se aisló de Thermus aquaticus.
4. Con muchas copias ya puedes cortar, ligar al vector y transformar la bacteria.
5. La PCR no inserta el gen en la planta ni en la bacteria. Solo multiplica el fragmento. El vector hace el resto.

Errores comunes

• Invertir ligasa y enzima de restricción. La de restricción corta. La ligasa une. Si pegas antes de cortar, no hay extremos compatibles.
• Llamar plásmido al bacteriófago. Los dos pueden ser vectores. El plásmido es ADN circular bacteriano. El fago es un virus.
• Decir que el maíz Bt es transgénico porque "se mutó". Lo hace transgénico el gen de otra especie, el de Bacillus thuringiensis.
• Creer que la PCR es el paso que mete el plásmido en la célula. La PCR copia ADN en el tubo. La entrada del plásmido es otra operación.
• Poner el cultivo antes de introducir el plásmido. Sin el vector dentro, la colonia no tiene el gen que quieres expresar.

Cómo lo pregunta el examen

Te piden la enzima que corta en una secuencia: es la de restricción, no la ligasa. Te piden ordenar cómo una bacteria llega a producir una proteína humana: corte del gen y del plásmido, unión con ligasa, entrada del plásmido, cultivo y purificación. Te preguntan qué vector es un círculo de ADN bacteriano (el plásmido) y cuál es un virus (el fago). La PCR aparece como la técnica que obtiene muchas copias desde poca muestra, con la Taq de Thermus aquaticus. El maíz con el gen de Bacillus thuringiensis es transgénico, y la pista es que el gen es de otra especie.

Resumen

• El plásmido y el bacteriófago sirven de vectores para llevar un gen.
• La enzima de restricción corta. La ligasa une el gen al plásmido abierto.
• Luego el plásmido entra en la bacteria, se cultiva y se purifica la proteína.
• Insulina y hormona de crecimiento humanas se fabrican por ese camino.
• El maíz Bt es transgénico: expresa un gen de Bacillus thuringiensis. La PCR, con la Taq, copia el fragmento antes de insertarlo.