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INSTITUTO SANTA MARÍA GORETTI

PROFESORA: LIC. VALERIA PIERRI BIOLOGÍA, GENÉTICA Y SOCIEDAD

6ºAÑO (E.S.)



BIOLOGÍA, GENÉTICA Y SOCIEDAD 2DA PARTE DEL MÓDULO BIBLIOGRÁFICO

INSTITUTO SANTA MARÍA GORETTI PROFESORA: LIC.VALERIA PIERRI 6°año - CIENCIAS NATURALES2019



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REPRODUCCIÓN BIOLÓGICA Línea somática y línea germinal En los organismos unicelulares, su única célula es a la vez la célula reproductora. En cambio, en los organismos pluricelulares, las células no especializadas en la reproducción constituyen la línea somática o soma. Las células que se especializan en la reproducción se producen por regla general, en órganos especiales y constituyen la línea germinal o germen. Existen dos tipos de células germinales: las esporas (células germinales asexuales) y los gametos (células germinales sexuales). • •

Las esporas se desarrollan directamente y, sin unirse a otras células, originan un nuevo organismo. Los gametos, en su inmensa mayoría, necesitan unirse a otro gameto para formar la célula huevo o cigoto que, tras sucesivas divisiones dará lugar al nuevo individuo.

Concepto de reproducción A través de la función de las células germinales quedan definidas dos propiedades fundamentales de a vida, la capacidad de reproducción, mediante la proliferación de las células hijas a partir de las progenitoras, y la transmisión del material hereditario, contenido en los genes y representado en las moleculas de ADN que integra los cromosomas. La función de reproducción se define entonces como la capacidad de los seres vivos preexistentes (unicelulares o pluricelulares) de originar nuevos individuos, semejantes a ellos, con lo cual se asegura: • •

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la perpetuación del individuo en la descendencia al suministrar los valiosos genesdel o de los progenitores; la viabilidad de la población o cionjunto de individuos que comparten un espacio y un tiempo; y la continuidad de la especie, el conjunto de individuos y poblaciones.

Tipos de reproducción: Las formas mediante las cuales la reproducción obtiene su objetivo son extraordinariamente variables y se agrupan en dos tipos: la reproducción asexual (que depende de un único progenitor o individuo) y la reproducción sexual (que involucra a dos individuos de una misma especie).



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La reproducción asexual se caracteriza porque los descendientes son copias genéticamente idénticas a su único progenitor(son clones). La forma más sencilla de producir dichas copias es dividir al organismo en dos porciones, de igual o de diferente tamaño, cada una de las cuales constituirá un individuo independiente. Así se reproducen los organismos unicelulares y también algunos pluricelulares que la utilizan como alternativa a la reproducción sexual.

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La reproducción sexual se caracteriza porque los descendientes presentan una combinación nueva de caracteres que los hace genéticamente únicos. La reproducción sexual necesita de la participación de dos progenitores. Mediante la formación de células reproductoras especiales(gametos) y su posterior fusión, se forma una primera célula huevo de la que se desarrollará un nuevo individuo que heredará caracteres de ambos progenitores. Asi se reproducen la mayoría de los organismos pluricelulares.

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Reproducción asexual: ¿Alguna vez has visto cómo crece un tulipán a comienzos de la primavera?¿Alguna vez has visto crecer nuevo pasto en lo que casi era terreno árido?¿Alguna vez has visto cómo comienza a desarrollarse un vástago verde en una papa vieja? Si tu respuesta a alguna de estas preguntas es afirmativa, has visto evidencia de reproducción asexual. En cada caso se produjo un nuevo organismo a partir de un solo progenitor, sin nueva combinación de material genético. El tulipán, el pasto y la papa que brotan son todos genéticamente idénticos a los progenitores individuales que los generaron.

Existen organismos que se reproducen asexualmente en cada uno de los cinco reinos. Por ejemplo, las moneras producen descendencia en forma asexual o sexual, lo que implica la combinación de dos conjuntos de información genética. En las plantas, por ejemplo, hay una alternancia de generaciones haploides y diploides en su ciclo de vida. Una generación se reproduce por mitosis; la siguiente por meiosis. •

REPRODUCCIÓN POR DIVISIÓN O FISIÓN: Existen muchos tipos de reproducción asexual. En un tipo, el organismo padre se divide en dos nuevos descendientes. Las moneras normalmente se reproducen por fisión binaria. En ésta, el ADN se duplica en la célula progenitora, entonces la célula se divide en dos organismos cada 10-20 minutos. En los protistas unicelulares, como la ameba y la euglena, el proceso de reproducción asexual ocurre por mitosis y división celular y tarda varias horas. Primero el ADN en el núcleo se duplica, luego la membrana nuclear se rompe y a la larga la célula se divide en dos. La división celular en el protista Paramecium es más compleja porque tiene dos tipos de núcleos. Los micronúcleos controlan la reproducción, mientras los macronúcleos rigen otros procesos celulares.

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REPRODUCCIÓN MEDIANTE GERMINACIÓN: Un segundo proceso de reproducción asexual implica el crecimiento y separación de una pequeña parte del organismo padre para formar uno nuevo. En algunos organismos crece una versión en miniatura y completa del progenitor a partir del cuerpo de éste, se separa y se desarrolla en un adulto. En los animales, como la hidra y las anémonas de mar; y en los hongos, como la levadura, este proceso se llama germinación. En las plantas, este tipo de reproducción asexual se llama reproducción vegetativa. Por ejemplo, en las fresas y en muchos pastos las nuevas plantas se forman en el extremo de un delgado tallo rastrero que crece en la planta progenitora. Cuando las plantas jóvenes enraízan en el suelo, el tallo que las une a su padre se seca con el paso del tiempo. Entonces las nuevas plantas crecerán independientes hasta convertirse en adultas. Existen otras formas de reproducción vegetativa, ¿Has visto alguna vez bulbos de tulipán plantados, cormos de gladiolos o tubérculos de papa? Los bulbos, cormos y tubérculos son órganos de almacenamiento de alimento que permiten a la planta sobrevivir en invierno o durante una sequía. Cuando la temperatura y los suministros de agua son suficientes para el crecimiento, los órganos comienzan a producir hojas. El alimento almacenado en los órganos se utiliza como fuente de energía para desarrollar las nuevas partes como tallos y hojas. El alimento elaborado durante la época de crecimiento se deposita al final de la temporada en nuevos órganos de almacenamiento subterráneos. Muchos nuevos bulbos, cormos o tubérculos se producen cada año. Si alguna vez los has plantado habrás notado que al final de la temporada tienen más de los que has plantado en primavera. Tus plantas se reprodujeron mediante reproducción vegetativa.

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REPRODUCCIÓN POR FRAGMENTACIÓN: Un tercer tipo de reproducción asexual, en realidad, es una forma de reparación de partes dañadas o rotas del organismo. A veces una pequeña parte de un organismo se rompe, entonces los fragmentos crecen por mitosis para sustituir a todos los grandes tejidos corporales perdidos. En este proceso, llamado fragmentación, cada pequeño fragmento roto del organismo se desarrolla en un nuevo adulto completo, exactamente igual al progenitor. Por ejemplo, una esponja, una planaria o una estrella de mar pueden crecer a partir de un pequeño fragmento paterno. La sustitución o nuevo crecimiento de las partes perdidas se llama regeneración. Cuando la fragmentación ocurre en un procarionte filamentoso, como la cianobacteria Nostoc, la regeneración ocurre por fisión binaria. Los jardineros usan con frecuencia el proceso de regeneración para formar de manera artificial nuevos brotes a partir de pequeños fragmentos de plantas seleccionadas. Una forma de hacer esto, consiste en



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tomar cortes del tallo de una planta del tipo que se quiere reproducir. Si se colocan en arena húmeda, el fragmento de tallo desarrolla raíces que la sujetan y comienzan a absorber agua y minerales. Entonces, otras partes de la planta se desarrollan por regeneración. Muchos arbustos y árboles frutales se producen artificialmente. Por ejemplo, el corte de un buen árbol frutal se ata sobre un corte que se hace sobre una rama joven o tronco de otro árbol más resistente a enfermedades. Si este proceso de injerto tiene éxito, un vástago del corte producirá frutos saludables. •



ESPORAS Y PARTENOGÉNESIS: El cuarto proceso de reproducción asexual involucra la producción de esporas. Muchos organismos producen esporas: las algas, algunos protozoarios, muchos hongos y plantas. Algunas esporas se producen por mitosis; otras por meiosis. Algunas son diploides (2n), otras son haploides(n). Todas las esporas tienen características comunes. Cada espora contiene ADN y una pequeña masa de citoplasma rodeada por una pared exterior que la protege hasta que se encuentra en condiciones que sean favorables para crecer. También evita que se sequen los contenidos internos, una importante adaptación de los organismos que viven en tierra. Algunos organismos producen y liberan gran cantidad de esporas que se dispersan mediante corrientes de agua o por aire. La producción de muchas esporas y su ulterior dispersión aumenta las posibilidades de que algunas encuentren lugares adecuados para crecer. La reproducción asexual la has examinado en algunos animales más simples, plantas y moneras. Los animales más complejos también pueden reproducirse de manera asexual. Por ejemplo, algunos insectos, como los áfidos y las abejas, a veces se reproducen por partenogénesis. Durante este proceso, un huevo no fertilizado se desarrolla hasta volverse adulto. Por ejemplo, la abeja reina pone óvulos tanto fertilizados como no fertilizados. Los huevos fertilizados se desarrollan en hembras, principalmente obreras. Los huevos haploides no fertilizados se convierten en machos zánganos. La única función de los zánganos parece ser la de copular con la reina.

Reproducción sexual: Mientras que la reproducción asexual es un proceso de división que siempre implica un progenitor, la reproducción sexual es la fusión de dos conjuntos diferentes de ADN que siempre implica un progenitor, la reproducción sexual es la fusión de dos conjuntos diferentes de ADN. Durante el tiempo evolutivo, la reproducción sexual se ha convertido en la principal forma de reproducción entre organismos. Aunque existen puntos de vista diferentes acerca de cómo evolucionó por primera vez, por lo general existe acuerdo en lo que se refiere a cómo la reproducción sexual se hizo más común. Cuando dos diferentes conjuntos de ADN se fusionan, ocurre recombinación genética, lo que produce variedad entre la descendencia. Como viste el año pasado, las variaciones son las materias primas para la adaptación y la evolución. Con excepción de las moneras, casi todas las formas de vida son aptas para realizar algún medio de reproducción. •



CONJUGACIÓN EN ALGAS: Muchos tipos de organismos se reproducen mediante la fusión de dos tipos de gametos, óvulos y espermatozoides. Durante el proceso de fecundación se forma un cigoto. Con frecuencia, los óvulos son mucho más grandes en tamaño que los espermatozoides. En la mayoría de las algas la reproducción sexual se da por la fusión de dos gametos de tamaño similar. Sin embargo, en unas cuantas algas existen diferentes cepas de apareamiento que se juntan y forman tubos conectores a través de los cuales se transfiere el material genético. El proceso sexual mediante el cual el material genético se transfiere de una célula a otra por contacto de célula a célula se llama conjugación.

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Durante la conjugación se combina el ADN de las dos variedades de algas.

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CONJUGACIÓN EN HONGOS: La conjugación también puede verse en los hongos como el Rhizopus. La conjugación en este moho del pan ocurre entre diferentes tipos de hifas, etiquetadas con frecuencia más y menos. Los muchos núcleos en las hifas fúngicas son todas haploides. Las hifas más y menos no se ven diferentes, pero las sustancias químicas que producen cada tipo de hifa hacen que se atraigan mutuamente. Muchos núcleos que actúan como gametos se mueven hacia ñla punta de cada hifa. Luego, se forma una pared celular detrás de los núcleos. Las paredes de las puntas de las hifas se unen y rompen, lo que permiten que pares de gametos entren en contacto y se fusionen. El resultado de numerosos cigotos haploides. Entonces se desarrolla una gruesa pared exterior alrededor de todos los cigotos y forma una cigospora. Las cigosporas están adaptadas a condiciones de temperaturas extremas o secas. Sin embargo, después de un período de latencia, todos los cigotos se rompen, salvo uno. El cigoto restante experimenta meiosis, lo que produce cuatro esporas haploides. A su vez, tres de estas esporas mueren. La espora sobreviviente desarrolla una nueva hifa con un esporangio terminal y muchas esporas sexuales, que con el tiempo producen nuevas variedades de Rhizopus más o menos.

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CONJUGACIÓN EN BACTERIAS: Aunque no se ha observado que las bacterias se reproduzcan sexualmente, se sabe que unas cuantas transfieren material genético de una célula a otra en la conjugación. Como en el moho del pan, existen dos tipos diferentes de acoplamiento que se pueden llamar más y menos. Sólo las bacterias más y menos se pueden conjugar. Durante la conjugación se forma un puente de citoplasma entre las dos bacterias. Un plásmido que se mueve de la célula más hacia el puente y al interior de la célula menos. En consecuencia, la célula menos recibe genes que no tenía antes y se convierte en una célula más. Ha ocurrido recombinación genética, pero no reproducción, porque no hay aumento del número de células. Sin embargo, las bacterias que reciben genes de otras bacterias pueden pasarlos a la descendencia mediante fisión binaria.



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Actividades:

1. Compara la reproducción asexual en una bacteria y un alga unicelular. 2. ¿En qué se parecen la fragmentación y la germinación?¿en qué son diferentes estos dos procesos? 3. ¿La fragmentación y la regeneración siempre implican la reproducción de un organismo? 4. ¿Qué rasgos de las esporas las hace más eficientes que otros procesos de reproducción asexual? 5. ¿Cuál es la ventaja adaptativa de la reproducción sexual? 6. ¿En qué forma son similares la conjugación en las bacterias y en el moho del pan? ¿en qué difieren? 7. Una planta gametofito muere porque hereda un alelo mortal. La planta esporofito que la produjo tiene el alelo pero no muere. ¿Por qué? 8. Cuando ocurre la autopolinización los dos conjuntos de ADN que se funden provienen de la misma planta. ¿Cómo resultaría esta fecundación en términos de variedad entre la descendencia? 9. Indiquen la diferencia entre isogamia y anisogamia.

La reproducción sexual en general y en los animales La mayoría de los organismos pluricelulares se reproduce sexualmente. No obstante, en muchos de ellos se alternan ambos modos de reproducción sexual y asexual, como sucede en las plantas, las algas, los hongos y en algunos animales. El objetivo de la reproducción sexual es producir descendientes con caracteres diferente a los progenitores. Esto se consigue mediante una serie de procesos: •

Gametogénesis o formación de gametos: los gametos son las células especializadas que permiten el transporte de la información genética de los progenitores. Los gametos son haploides, con la mitad del número de cromosomas que las células originales. La reducción a la mitad del número de cromosomas se produce en la meiosis como ya se mencionó. Este tipo de división nuclear es necesario en algún momento del ciclo vital de las especies con reproducción sexual y anterior a la formación de los gametos.

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Fecundación o formación de la célula huevo o cigoto a partir de la unión de los gametos. La fusión del citoplasma (citogamia) y de los núcleos (cariogama) restaura el número de cromosomas característicos de la especie. Es decir, se trata de procesos opuestos a la citocinesis y a la cariocinesis, (meiosis) respectivamente.

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Desarrollo del cigoto. El cigoto se divide por mitosis, de acuerdo con las nuevas instrucciones genéticas, y origina un individuo un individuo que poseerá, por lo tanto, los caracteres de ambos progenitores.

En el caso más típico de la mayoría de los eucariotas, dos progenitores aportan cada uno una célula reproductora haploide o gameto (n), que se ha producido por un proceso de meiosis a partir de las células progenitoras de gametos. En el tipo convencional de fecundación, se fusionan los dos gametos y forman una sola célula, el cigoto en la que se restituye el número de cromosomas a 2n de la especie. El cigoto es la primera célula del nuevo individuo. Su desarrollo dará origen al organismo adulto.

Isogamia, anisogamia y oogamia



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Según la morfología de los gametos masculino (positivo) y femenino(negativo) se distinguen los tipos de reproducción sexual:

Isogamia: Se da en varios protistas, por ejemplo, ciertas algas rojas y doradas, también en las algas verdes (en la actualidad clasificadas con las plantas) y en otros organismos pluricelulares de morfología simple. Los gametos son iguales en forma y tamaño (generalmente ambos móviles y flagelados o ambos inmóviles) aunque de comportamiento distinto. En estos casos los dos tipos de gametos se denomina cepas de apareamiento y se identifican con los símbolos “+” y “- “. Anisogamia: Se presentan en otros grupos de algas, incluidas las pardas y también diversas algas verdes, se producen dos tipos de gametos diferentes, aunque de igual forma. Oogamia: El tipo de gameto considerado femenino suele ser inmóvil y el masculino móvil y flagelado. En la mayoría de los casos los gametos masculinos poseen uno o más flagelos de posición anterior o posterior. En las plantas, diversas algas, varios protozoos y los falsos hongos u hongos con huevos (oomicetos), los flagelos, generalmente dos o cuatro suelen ser anteriores. Estos gametos se llaman anterozoides. Al conjunto de individuos eucariotas con tales gametos se los denomina anterocontos. En los animales, otros protozoos y en algunos hongos verdaderos, los flagelos tienen inserción posterior y se denominan espermatozoides. Al conjunto de organismos eucariotas con tales gametos se los denomina opistocontos. En cuanto al gameto femenino se lo denomina óvulo en los animales y oosfera en las plantas y diversas algas.

Los ciclos de vida haplontes, diplontes y haplodiplontes En el ciclo de vida de todos los organismos que se reproducen de forma sexual, hay un momento en el que tiene lugar una reproducción celular por meiosis, que generalmente se asocia a la producción de gametos (gametogénesis), y se denomina meiosis gametogénica. Pero en otros organismos, la meiosis se conecta con la formación de esporas (esporogénesis) y se denomina meiosis esporogénica, mientras que aun en otros solo se relaciona con la disminución del nivel de ploidía del cigoto y se denomina meiosis cigótica. En función del momento del ciclo en el que se produce la meiosis y, en consecuencia, de la dotación cromosómica de los adultos, se distinguen tres tipos de ciclos biológicos:

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Ciclo diplonte: El adulto es diplonte (2n) y los gametos son el único estadio haplonte (n). La meiosis es gametogénica. Los animales y varios protozoos, por ejemplo los foraminíferos, son diplontes. Ciclo haplonte: El adulto es haploide (n) y el cigoto es el único estadio diploide (2n). La meiosis es la primera división del cigoto (meiosis cigótica). Varios hongos, algunos protozoos y diversas algas son haplontes. Ciclo haplodiplonte o diplohaplonte: Existen estadios adultos tanto diploides (el denominado esporofito) como haploides (el gametofito). La meiosis tiene lugar en un punto intermedio del ciclo, al formarse las esporas (meiosis esporogénica). Las plantas, varias algas y también algunos hongos son haplodiplontes.







Actividad:



1. Observar los tres tipos de ciclo celular, buscar ejemplos de la naturaleza y clasificarlo según su ciclo. 2. Explicar a partir de los ejemplos del punto anterior cada ciclo de vida.

PRINCIPIOS DE DESARROLLO

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¿Cómo es posible que un minúsculo huevo humano fecundado, de forma esférica, difícilmente visible a simple vista, pueda transformarse en una persona única, totalmente formada y que consta de miles de millones de células, y que cada una de ellas cumpla un determinado papel funcional o estructural? ¿Cómo se controla esta maravillosa transformación? Obviamente toda la información está incluida en el huevo, principalmente en el núcleo, pero también en el citoplasma. A pesar de las intensas investigaciones de miles de científicos durante décadas, parecía hasta hace muy poco que la Biología del Desarrollo era una de las ciencias que carecía de coherencia conceptual. Durante la última década, la combinación de la genética con otras técnicas modernas de la Biología Molecular y celular ha producido una avalancha de información que ha resuelto muchos problemas. Al fin parece que disponemos de un marco conceptual para los procesos del desarrollo.

Antiguos conceptos: preformación contra epigénesis Una creencia antigua y persistente era la que el joven animal estaba preformado en el huevo, y que el desarrollo era simplemente, cuestión de crecimiento de lo que ya había allí. Algunos proclamaban que habían podido ver una miniatura del adulto en el huevo o en el espermatozoide. A estos se los denominaron preformista, específicamente ovistas y espermistas. (Siglos XVII y XVIII: Filósofos de la naturaleza) El gran filósofo William Harvey, famoso por haber descubierto la circulación sanguínea, publicó un libro sobre embriología donde concluía que “cada ser vivo procede de un huevo”. Se oponía a la idea de preformación pero no poseía pruebas experimentales para refutarla. En 1759, el embriólogo alemán K. F. Wolff demostró claramente que las primeras etapas del desarrollo del pollo no había embrión, sino “solamente un material granular indiferenciado” que acabaría disponiéndose en capas que se engrosaban en ciertos lugares y permanecían finas en otros; plegándose y segmentándose hasta formar el cuerpo del embrión. A esto lo llamó epigénesis (origen sobre o después de). Es decir, propuso la idea que el huevo fecundado contiene solo el material de construcción, que es ensamblado de una u otra manera por una fuerza directora desconocida. De esta manera se admitía la posibilidad de que los dos progenitores aportaran lo suyo a la constitución del nuevo ser, dejando abierta las puertas para nuevas líneas de investigación en su búsqueda de las fuerzas que moderaban el desarrollo. Las creencias actuales tienen combinaciones entre las ideas epigenéticas, dado que se sustenta con la información genética de ambos progenitores;y las ideas preformistas, puesto que los caracteres están prescritos en el programa genético de las gametas, aunque se sabe más sobre el crecimiento y la diferenciación en el desarrollo. El desarrollo describe los progresivos cambios de un individuo desde el comienzo hasta la madurez. El desarrollo de los organismos pluricelulares sexuales generalmente comienza con el huevo fecundado, que se divide por mitosis para producir el patrón general del individuo y todos los tipos de células del cuerpo. La generación de la diversidad celular no se produce de una vez sino como resultado de una jerarquía de acontecimientos de desarrollo. Pero una vez que una estructura particular conduce a una diferenciación final, queda irrevocablemente comprometida. Es decir, que al haber adquirido una estructura el poder de diferenciación está determinado. Así, la diferenciación es progresiva e irreversible, y el tejido diferenciado final es relativamente estable. Los dos procesos básicos de esta subdivisión progresiva son la localización citoplasmática y la inducción. Aunque consiste en un proceso dinámico y continuo, para su estudio se lo ha subdividido en etapas o estadios. Si bien, estos varían en los diferentes grupos de animales, en los vertebrados son básicamente los mismos. El cuadro siguiente incluye los eventos fundamentales del desarrollo embrionario en este grupo : FERTILIZACIÓN SEGMENTACIÓN O CLIVAJE



Las gametas femenina y masculina se unen formando la cigota La cigota rápidamente se divide en muchas células, pero no incrementa su tamaño. Produce dos estadíos: mórula y blástula. 9 | P á g i n a

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GASTRULACIÓN NEURULACIÓN FORMACIÓN DE LAS CRESTAS NEURALES ORGANOGÉNESIS

Las células de la cigota se reacomodan formando tres capas primordiales de tejido: ectodermo, mesodermo y endodermo. Etapa exclusiva de los cordados durante la cual se forma la notocorda y el cordón nervioso dorsal. Etapa exclusiva de los vertebrados durante la cual se forman estructuras únicas que caracterizan a este grupo. Los tres tipos principales de tejidos embrionarios se combinan de diferentes maneras para originar los distintos órganos.

La embriología… Etimológicamente, embriología significa estudio del embrión, que como veremos a lo largo de la materia comprendería el período que va desde la tercera hasta la octava semana de la formación de los seres vivos. Sin embargo, esto no es real puesto que compete un período mucho más prolongado. Podemos decir pues, que la embriología es aquella ciencia que se dedica a estudiar el fenómeno de la vida antes del nacimiento. Comienza con la fecundación y culmina su estudio con el parto y el alumbramiento (expulsión de la placenta). El embarazo comienza con la unión del ovocito ll y un espermatozoide, hecho que conocemos como fecundación. La fusión de ambas gametas da lugar a la formación de un nuevo ser, unicelular, la célula huevo o cigoto. Esta célula pasará por numerosos procesos para convertirse en un organismo pluricelular. El primero de ellos es la segmentación, evento principal de la primera semana de desarrollo. En la segunda semana, este nuevo ser se implanta en el útero materno, y continúa su desarrollo, aumentando notablemente su complejidad. En la tercera semana de desarrollo ocurre la gastrulación, complejo proceso por el cual, luego de sucesivas migraciones celulares, el embrión adquiere configuración trilaminar. Durante la cuarta semana ocurre el plegamiento del embrión y surgen a partir de esta semana, los principales esbozos de órganos y sistemas. De la cuarta a la octava semana decimos que estamos en el período organogénico. Si consideramos los períodos de desarrollo prenatal, podemos definir: • Período preembrionario: comprende las primeras tres semanas de vida intrauterina. Incluye los procesos de segmentación de la célula huevo, implantación en el endometrio materno y gastrulación, que concluye con un embrión trilaminar. • Período embrionario: abarca de la cuarta a la octava semana de gestación. En este período se forman los esbozos de la mayoría de los órganos y sistemas del cuerpo • Período fetal: desde la novena semana hasta el nacimiento, durante este período se terminan de desarrollar estructural y funcionalmente los órganos. El producto de la concepción aumenta su complejidad y tamaño. Día 0

1era semana

2da semana

3era semana

Estructuras embrionarias Procesos biológicos

Célula huevo o cigota Fecundación

Blastocisto

Embrión bilaminar Implantación

Embrión trilaminar Gastrulación

4ta a 8va semana Embrión cilíndrico Organogénesis Histogénesis Morfogénesis

Ubicación

Tercio distal de la trompa

Trompa uterina

Endometrio (decidua) Preembrionario

Cuerpo de útero Preembrionario

Cuerpo del útero Embrionario

Períodos

Segmentación

Preembrionario

9na a 40ma semana Feto Desarrollo funcional Crecimiento corporal Cuerpo del útero Fetal

FECUNDACIÓN Y ACTIVACIÓN



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El acontecimiento inicial del desarrollo en la reproducción sexual es la fecundación, la unión de los gametos femenino y masculino para formar un cigoto. Este proceso abarca dos cuestiones: a) Permite la recombinación de los genes paternos y maternos, restableciendo el número diploide de cromosomas originario y característico de la especie. b) Activa el huevo para el desarrollo (recordar que no siempre es necesario el esperma para iniciar el desarrollo, es decir, que pueden ser inducidos artificialmente sin fecundación, aunque el embrión formado no progresará mucho en su desarrollo: partenogénesis).

Maduración del oocito: Durante la oogénesis, el óvulo se prepara para la fecundación y el comienzo de la segmentación. Mientras que el espermatozoide pierde todo su citoplasma y condensa su núcleo lo más posible, el óvulo aumenta su tamaño por la acumulación de reservas de vitelo para el crecimiento posterior. El citoplasma del óvulo también contiene grandes cantidades de ARN mensajero, de transferencia, ribosomal y otros elementos que serán necesarios para la síntesis de proteínas. Además, en la mayoría de las especies, los óvulos contienen los determinantes morfológicos que dirigirán la activación y la represión de genes específicos durante el desarrollo subsiguiente. El núcleo también crece rápidamente durante la maduración del óvulo, adquiriendo un aspecto hinchado denominado vesícula germinal. De esta manera el oocito es ahora un complejo sistema provisto de los materiales que, tras la fecundación, satisfarán las necesidades nutricionales del embrión y dirigirán su desarrollo durante la segmentación.

Contacto y reconocimiento del óvulo y el espermatozoide Muchos peces y la mayoría de los invertebrados marinos liberan sus óvulos y espermatozoides a la deriva en el océano. Para aumentar la probabilidad de contacto de estas células, los óvulos de muchas especies marinas expulsan un factor quimiotáctico específico que atrae los espermatozoides de su misma especie. Por ejemplo, en los óvulos de erizo de mar, el espermatozoide penetra primero una capa gelatinosa que envuelve al óvulo hasta llegar a la envuelta vitelina de éste, de esta manera el óvulo solo reconocerá a los espermatozoides de su misma especie. En el punto de contacto del espermatozoide con la envuelta vitelina aparece un cono de fecundación en el que se hunde posteriormente la cabeza del espermatozoide. Esto produce una serie de cambios importantes en la superficie del huevo que bloquean la entrada de otros espermatozoides evitando la polispermia, ya que la unión de más de do núcleos haploides sería ruinosa para el desarrollo normal. Al entrar el espermatozoide en el óvulo se produce un cambio de potencial eléctrico en la membrana ovular que impide a los demás espermatozoides unirse a él y se endurece la envuelta vitelina, denominándose ahora, membrana de fecundación.

Singamia y anfimixis:

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Se llama singamia a la pérdida de las envolturas nucleares de los pronúcleos masculino y femenino. La anfimixis es la ubicación de los cromosomas, apareados, en el plano ecuatorial conformando la metafase de la primera división mitótica (primera división de segmentación de la célula. La anfimixis es considerada el último paso de la fecundación y el primero de la segmentación de la célula huevo. La segmentación ocurrirá durante toda la primera semana de gestación, a medida que el cigoto se traslada por la trompa de Falopio hacia la cavidad uterina.

Embriología médica carlosgonzales medina unmsm cp2 pt 1

La fecundación pone en marcha varios cambios en el citoplasma del huevo, que se prepara así para la segmentación. Inmediatamente se inicia una frenética síntesis de ADN y proteínas, para lo que utiliza el abundante ARN almacenado previamente en el citoplasma del óvulo. La fecundación también desencadena una casi total reorganización del citoplasma, en el que se encuentran los determinantes morfogenéticos que activarán o reprimirán genes específicos conforme avance el desarrollo embrionario. A partir de aquí el cigoto comienza la segmentación.

SEGMENTACIÓN Y PRIMERAS FASES DEL DESARROLLO

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Durante la segmentación, el cigoto se divide repetidamente por medio de divisiones mitóticas, para convertir la gran y pesada masa citoplasmática en un gran número de células manejables, llamadas blastómeros. No hay aumento de tamaño en este período. Además, hay un cambio en la composición química por un desplazamiento del citoplasma ovular durante la segmentación que produce la polaridad, esto es, la presencia de un eje polar en el huevo que establece la tabicación y la subsiguiente diferenciación del embrión. En mamíferos la segmentación es: • Asincrónica: las distintas blastómeras se dividen a diferentes tiempos, es decir, que una puede dividirse antes que otra. • Holoblástica: Las blastómeras cuando se dividen sufren una citocinesis completa. • Rotacional: A lo largo de las sucesivas divisiones el eje a través del cual las blastómeras se producen no es el mismo, es decir que va rotando. La segmentación en los mamíferos recibe el calificativo de rotacional debido a la ausencia de una polaridad patente y a la orientación de las divisiones asincrónicas; siendo está mucho más lenta. Tras la tercera división, las células adoptan una configuración muy apretada que se estabilizan mediante uniones celulares estrechas, entre las células externas del embrión; constituyendo el trofoblasto (que formará la porción embrionaria de la placenta). Las células que dan lugar al embrión son las internas. Así el embrión va pasando por el estadio de dos células en el primer día y de 4 células en el 2do día. En el tercer día se alcanza el estadio de 16 células también llamado mórula por la semejanza con una mora que presenta el embrión en esta etapa. Luego, ya en el quinto día el embrión está formado por más de 100 células y se denomina blastocisto.

Blastulación: La segmentación produce una masa de células denominadas blástula (en los mamíferos blastocisto). En muchos animales estas células se disponen alrededor de una cavidad llena de líquido, llamado blastocele. En este período el embrión no tiene mayor tamaño que el cigoto, ya que se ha subdividido en células cada vez más pequeñas. Tras la formación de la blástula, los blastómeros se redistribuyen según el plan corporal de la larva al adulto. Uno de los principales pasos para establecer el arquetipo del animal es el desarrollo de la simetría bilateral, suceso denominado “polarización”. Es la entrada del espermatozoide la que marca la simetría en un huevo radial y determina los ejes corporales; produciendo un

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área del citoplasma pigmentado débilmente llamada creciente gris, una zona con forma de media luna en el lado del huevo opuesto al de la entrada del espermatozoide que define los tres ejes del cuerpo (anteroposterior, dorsoventral y derecho-izquierdo). La segunda etapa para establecer el patrón corporal es la gastrulación; donde las células de la superficie de la blástula emigran hacia el interior del embrión formando nuevas e importantes asociaciones celulares, que establecen el modelo corporal del embrión. Los modelos de blastulación dependen también de la distribución y la cantidad de vitelo. Por ejemplo, es relativamente simple en los huevos sin vitelo, pero resulta más compleja en los embriones que proceden de huevos cargados de sustancias de reserva. La implantación del blastocisto en humanos se realiza normalmente a los 6 o 7 días después de la fecundación y gracias al cual el embrión se introduce en el estroma endometrial. Para que la implantación se produzca tanto el endometrio como el embrión deben estar preparados correctamente. Aquellos embarazos en que el blastocisto se implanta fuera del sitio designado (tercio superior del cuerpo del útero, en la pared anterior o posterior)reciben el nombre de embarazos ectópicos y pueden tener importantes implicaciones clínicas y quirúrgicas.

Gastrulación: El proceso por el cual se forman las capas germinales primarias es verdaderamente complejo y recibe el nombre de gastrulación. En este período la gástrula es un embrión con dos (diblástica) o tres capas embrionarias (triblástica). La capa más externa es el ectodermo; la más interna que constituye el arquenterón, es el endodermo y las evaginaciones del arquenteron son el origen del mesodermo. Estas tres capas, más adelante darán lugar a las siguientes estructuras: Endodermo o capa interna: aparato digestivo y respiratorio, vísceras. Mesodermo o capa intermedia: cartílago, hueso, músculo, dermis, aparato excretor, gónadas, aparato circulatorio. Ectodermo o capa exterma: sistema nervioso, piel, cabello, uñas. Los embriones de aves y reptiles, la gastrulación comienza con un engrosamiento en el extremo caudal del embrión que migra hacia adelante, para formar la línea primitiva, que será la que se convertirá en el eje anteroposterior del embrión.

Neurulación y formación de la cresta neural Al culminar esta etapa el embrión comienza la diferenciación de tejidos y órganos. Para el caso de los cordados, es ese el momento en que ocurre un hecho fundamental: la formación de la notocorda y el cordón nervioso dorsal. Este proceso es conocido con el nombre neurulación. La notocorda se forma a partir del mesodermo, a lo largo de la línea media dorsal del embrión. Posteriormente surge del ectodermo, ubicado dorsalmente a la notocorda, una nueva estructura: el cordón nervioso dorsal. Más tarde este cordón nervioso dará origen al cerebro y a la médula espinal, lo cual explica que se considere a la neurulación como una etapa de gran significación evolutiva. Seguidamente, a partir de las células mesodérmicas dispuestas a cada lado de la notocorda ya desarrollada, comienzan a diferenciarse bloques segmentados de tejido. A partir de estos bloques, denominados somitos, surgirán los músculos, las vértebras y el tejido conectivo de todo el cuerpo. En la medida que el desarrollo avanza, más y más somitos se incorporan a estos.



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Los riñones, las glándulas adrenales y las gónadas se originan a partir del mesodermo. Mientras tanto, en el mesodermo se abre un espacio denominado celoma. A partir de las capas del endodermo se forma el tubo El celoma es la cavidad que contiene a los órganos internos. Los animales que no lo digestivo. A partir de las células ubicadas en los bordes del tubo poseen se llaman acelomados; los neural, se diferencia un grupo de células que constituyen la celomados tienen dicha cavidad rodeada cresta neural. Las células de la cresta neural migrarán y se de mesodermo. localizarán en distintas partes del embrión y darán origen subsecuentemente a distintos órganos.

MECANISMOS DE DESARROLLO

¿Cómo genera el embrión en desarrollo la multitud de tipos celulares de un organismo multicelular desde el punto de partida del simple núcleo diploide del cigoto? Definimos como mecanismos Biológicos de desarrollo a los comportamientos celulares que tienen significado o sentido biológico, dando la posibilidad de que una célula totipotencial, como la célula huevo o cigota, adquiera la complejidad de un ser humano. Estos pueden ser: 1. Inducción celular: Es la integración entre dos poblaciones celulares, que permite que una envíe señales a la otra, generando en esta última cambios que tienen significados evolutivos (que son relevantes para el desarrollo ulterior). Cuando nos referimos a poblaciones celulares hablamos de grupos de células. Un grupo de células actúa sobre otro, produciendo cambios en este. A las dos poblaciones celulares involucradas en el proceso de inducción celular se las conoce como población celular inductora (la que envía una señal) y población celular inducida o competente (la que recibe la señal). Competencia es la capacidad que tiene una población de responder a un estímulo inductor. Ser competente es ser “capaz”. Esta inducción está llevada a cabo por moléculas señalizadoras que activan receptores de membrana que conducen a señales intracelulares, como la síntesis de factores de transcripción, que se unen a secuencias reguladoras de genes del desarrollo. 2. Determinación y diferenciación celular:La célula huevo o cigoto, originada por la unión de un óvulo y un espermatozoide, es una célula totipotencial. Tiene la posibilidad de generar todas las partes del cuerpo. Decimos entonces que su potencialidad evolutiva es la más alta de todas. La potencialidad evolutiva de una célula es el conjunto de posibilidades que esta tiene para originar distintos tipos celulares, es decir, el conjunto de todas las vías evolutivas que puede tomar una población dada. Cuanto mayor sea el número de poblaciones celulares diferentes que puede generar una célula embrionaria, mayor es su potencialidad evolutiva. La determinación celular es un proceso dado por la selección de genes. Consiste en la activación de genes que hasta el momento se hallaban inactivos y en su contrapartida; la represión de genes que permanecían activos hasta el momento. Cuando una célula se determina, elige una vía evolutiva y por lo tanto restringe su potencialidad (ya no puede elegir otros caminos). La determinación es irreversible. Todas las células de un organismo comparten el genoma. El resultado de la selección de genes (determinación) es la expresión de los genes previamente seleccionados (diferenciación). La diferencia entre las distintas poblaciones celulares radica en la expresión diferencial de sus genes. 3. Proliferación celular:Entendemos al crecimiento como un aumento de tamaño o del número de células de un tejido, órgano u organismo. En el caso del embrión humano la velocidad del crecimiento y los principales mecanismos subyacentes (aumento del tamaño de células, aumento del número de células) varían según la etapa del desarrollo considerada. En las primeras etapas de la embriogénesis el crecimiento de los tejidos se debe casi exclusivamente a la proliferación celular, mientras que el aumento del tamaño celular y la contribución de la expansión de la matriz extracelular resultan poco significativos. El crecimiento es resultante de los procesos mitóticos ocurridos durante el desarrollo y de la síntesis de matriz extracelular durante el período G1 del ciclo celular. La multiplicación celular está regulada en los diferentes grupos celulares según su posición, destino y tipo de estructura de las que forman parte.



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4. Migración celular:Podríamos definir como migración celular al movimiento de una célula o población celular sobre un elemento que actúa como soporte o sustrato. Se realiza siguiendo gradientes de concentración de sustancias presentes en el medio extracelular. Supongamos que una célula migra siguiendo la sustancia A. La célula intentará determinar en qué sentido hay más sustancia A para migrar a ese sitio, y por supuesto, no migrará donde A sea escasa. A esto nos referimos con gradientes de concentración, las células migran buscando sitios donde una determinada sustancia se encuentra más concentrada. Esta sustancia pertenece siempre al medio extracelular, es una señal del ambiente. 5. Apoptosis:Un fenómeno fundamental en el desarrollo embrionario es el de muerte celular programada o apoptosis. Por ejemplo, mientras la génesis de los miembros, los esbozos evolucionan siguiendo estadios que se caracterizan por presentar distintas estructuras transitorias. Los rayos i interdigitales, que darán origen a los dedos, se encuentran en principio unidos entre sí por membranas interdigitales. Para que los dedos se separen necesariamente deben desaparecer las membranas y el mecanismo interviniente en ese caso es la muerte celular por apoptosis. La apoptosis es una de las formas de muerte celular cuyo fin último es eliminar las células que no son necesarias a través de la activación de una serie coordinada y programada de acontecimientos internos que se inicia por un grupo de productos génicos.

¿Qué es la biotecnología? El término “biotecnología” es relativamente nuevo para el público amplio. Pero, la biotecnología está presente en la vida cotidiana más de lo que la gente se imagina. De hecho, la biotecnología es una actividad antigua, que comenzó hace miles de años cuando el hombre descubrió que al fermentar las uvas se obtenía un producto como el vino. También es biotecnología la fabricación de cerveza a partir de la fermentación de cereales que el hombre empezó a elaborar hace 4.000 años, y la fermentación de jugo de manzanas para la fabricación de sidra. En estos procesos intervienen microorganismos que transforman componentes del jugo de frutas o de cereales en alcohol. También es biotecnología la fabricación de pan mediante el uso de levaduras, la elaboración de quesos mediante el agregado de bacterias, y también de salames. El yogurt también es un producto que se obtiene mediante procesos biotecnológicos desde la antigüedad. Aunque en ese entonces los hombres no entendían cómo ocurrían estos procesos, ni conocían la existencia de microorganismos, podían utilizarlos para su beneficio. Estas aplicaciones constituyen lo que se conoce como biotecnología tradicional y se basa en la obtención y utilización de los productos del metabolismo de ciertos microorganismos. Se puede definir la biotecnología tradicional como “la utilización de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre”. Biotecnología tradicional aplicada a la industria La biotecnología se aplica a diferentes ramas de la industria: alimenticia, textil, detergentes, combustibles, plásticos, papel, farmacéutica. En general lo que se usa son productos del metabolismo de los microorganismos. Por ejemplo, algunas de las aplicaciones de la biotecnología tradicional a la industria son: ü El alcohol que se puede usar para la industria alimenticia o farmacéutica, pero también se puede usar como combustible (en Brasil se produce alconafta a partir de la caña de azúcar).



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ü Producción de yogures probióticos en los que se usa el microorganismo entero que está presente en el producto final. ü A partir de microorganismos se pueden fabricar ácidos orgánicos para diferentes aplicaciones, como el ácido cítrico para endulzar gaseosas y golosinas. ü Muchos antibióticos son fabricados por microorganismos, como la penicilina que la fabrica un hongo de la familia penicillium. ü Los plásticos son polímeros de diferentes estructuras químicas. La mayoría de ellos se producen a partir de derivados de petróleo. Pero hay microorganismos que fabrican polímeros que son biodegradables. ü Las enzimas son proteínas que tiene la función de catalizadores biológicos, que aceleran reacciones químicas, haciendo que el proceso sea más rápido y eficiente que cualquier otro proceso químico. Las enzimas se utilizan habitualmente en los detergentes o polvo para lavar la ropa. Por ejemplo, lipasas para sacar manchas de grasas, proteasas para sacar manchas de proteínas, etc. Cada tipo de enzima tiene un rango de temperaturas dentro del cual es activa. En la temperatura óptima actúa al 100% y al alejarse de esa temperatura disminuye su función. Para determinados procesos en los cuales se necesitan temperaturas extremas, se van a emplear enzimas provenientes de organismos extremófilos que pueden actuar a temperaturas extremas (altas o bajas). Por ejemplo, la ropa de hospital que requiere esterilización se lava con productos que tengan enzimas que funciones a temperaturas altas, mientras que el lavado en agua fría emplea enzimas provenientes de microorganismos que se desarrollan en temperaturas bajas. ü En la industria alimenticia también se usan enzimas. Por ejemplo, en la etapa final de la fabricación de jugos cuando hay que sacar los restos de pepitas de frutas antes de la pasteurización, se emplea la enzima pectinasa que degrada la pectina, el principal componente de la semillas. ü Las enzimas también se usan en la industria textil para ablandar los jeans. En este caso se usa celulasa, que degrada la celulosa que es el principal componente de las células vegetales (entre ellas, las células del algodón que es el principal componente de la tela de jean). Mediante un proceso controlado (temperatura, tiempo, cantidad y tipo de celulasa) se logran diferentes texturas de jean. También se usa la enzima celulasa en la industria del papel (que está formado por celulosa) para lograr diferentes texturas.

La biotecnología moderna Actualmente, los científicos comprenden mucho más cómo ocurren los procesos biológicos que permiten la fabricación de productos biotecnológicos. Esto les ha permitido desarrollar nuevas técnicas a fin de modificar o imitar algunos de esos procesos y lograr una variedad mucho más amplia de productos. Los científicos hoy saben, además, que los microorganismos sintetizan compuestos químicos y enzimas que pueden emplearse eficientemente en procesos industriales. Estos conocimientos dieron lugar al desarrollo de la biotecnología moderna. A diferencia de la biotecnología tradicional, la biotecnología moderna surge en la década de los ’80, y utiliza técnicas, denominadas en su conjunto ingenieríagenética, para modificar y transferir genes de un organismo a otro. El siguiente esquema resume la definición actual del término biotecnología: Biotecnología tradicional



Empleo de organismos para la obtención de un producto útil para la industria

ágina La biotecnología es17 | P el empleo de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil

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A través de la biotecnología moderna es posible producir insulina humana en bacterias y, consecuentemente, mejorar el tratamiento de la diabetes. Por ingeniería genética también se fabrica la quimosina, enzima clave para la fabricación del queso y que evita el empleo del cuajo en este proceso. La ingeniería genética también es hoy una herramienta fundamental para el mejoramiento de los cultivos vegetales. Por ejemplo, es posible transferir un gen proveniente de una bacteria a una planta, tal es el ejemplo del maíz Bt. En este caso, los bacilos del suelo fabrican una proteína que mata a las larvas de un insecto que normalmente destruyen los cultivos de maíz. Al transferirle el gen correspondiente, ahora el maíz fabrica esta proteína y por lo tanto resulta refractaria al ataque del insecto. La biotecnología moderna avanza y, en la actualidad, son muchos los países que utilizan las técnicas de ingeniería genética para la obtención de diferentes productos que tienen aplicación en la producción de alimentos, de medicamentos, y de productos industriales. ACTIVIDADES Actividad 1. Comprensión de conceptos 1. ¿A qué se denomina biotecnología tradicional? 2. Aportar ejemplos de productos que se obtiene a través de la biotecnología tradicional, y que se emplean en diferentes industrias. 3. Explicar cuál es la función de las enzimas y dar ejemplos de enzimas que se emplean en productos biotecnológicos. 4. ¿Cuál es la principal diferencia entre la biotecnología tradicional y la moderna? 5. Enumerar ejemplos de productos obtenidos por biotecnología moderna.

Actividad 2: Biotecnología en esquemas



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El siguiente esquema representa las técnicas de la biotecnología tradicional y de la biotecnología moderna empleadas en la obtención de nuevos cultivos. 1. ¿Qué representan las cadenas o hileras de eslabones dibujadas en el esquema? 2. ¿Por qué se representan estas cadenas de diferente color? 3. ¿Qué representa el

eslabón pintado de color rojo? 4. Observar las flechas empleadas en cada esquema y su dirección. ¿Qué diferencia hay entre ambos esquemas y a qué se atribuye? 5. ¿Cuál es la principal diferencia que se observa entre ambos esquemas en las características de la nueva variedad obtenida? Actividad 3. Novedades de Biotecnlogía A continuación se reproducen dos artículos publicados recientemente en Novedades del sitio www.porquebiotecnologia.com.ar Papas transgénicas con más carotenoides Publicado el 25/11/2004 Investigadores del Instituto Escocés de Investigaciones Agrícolas en Invergowrie, Escocia, desarrollaron plantas transgénicas de dos variedades de papa, las llamadas Desiree y Mayan Gold, transformadas genéticamente para producir niveles mucho más altos de carotenoides. Los resultados fueron publicados recientemente en la revista científica TheJournalof Experimental Botany. Los carotenoides son pigmentos que les otorgan a las frutas y hortalizas, como la zanahoria, el tomate, los cítricos y los pimientos, sus característicos colores rojo, amarillo y naranja. Además, se cree que estos pigmentos protegen contra el cáncer, las enfermedades cardíacas y el deterioro de la visión en la vejez. Por ejemplo, el licopeno, presente en los tomates, se lo ha relacionado con un efecto protector frente al cáncer de próstata. La luteína y la zeaxantina, presentes en las verduras de hojas oscuras, frutas, maíz y yema de huevo, aparentemente demoran la degeneración macular relacionada con la edad (enfermedad común del ojo asociada con el envejecimiento, que destruye gradualmente la nitidez de la visión central). Los investigadores introdujeron el gen de la enzima fitoeno-sintasa (crtB) de la bacteria Erwiniauredovora, en las plantas de papa, junto con los elementos genéticos necesarios para producir la enzima en los tubérculos. Los ensayos demostraron que los tubérculos de las plantas transformadas efectivamente contenían altos niveles de carotenoides, en particular, violaxantina, luteína, anteraxantina y beta-caroteno. Este trabajo es muy importante ya que la papa es la cuarta fuente de calorías en el mundo, y toda mejora nutricional que se haga en los tubérculos tiene un beneficio potencial enorme.

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Petunias transgénicas tolerantes a heladas Publicado el: 23/12/2004 El grupo de investigadores de la Universidad de Toledo (Ohio, Estados Unidos) creó petunias que sobreviven a temperaturas muy bajas. A través de la introducción de un gen proveniente de la planta modelo Arabidopsisthaliana, lograron que las petunias sobrevivieran a 22º grados Fahrenheit (-5º Celsius). “Podríamos transformar genéticamente a cualquier otro cultivo”, señaló R. V. Sairam, miembro del grupo de investigación. La modificación también confiere tolerancia a la sequía y a la salinidad. Las plantas tolerantes a heladas les permitirían a los productores reducir la temperatura de los invernaderos considerablemente. "Suena interesante”, declaró Gene Klotz, propietario de KlotzFlower Farm. “Los costos de calefacción hoy constituyen al menos el 35% de los costos totales de la producción”. Las petunias serán ensayadas por el Departamento de Agricultura, que además financió el proyecto. Probarán a qué temperatura pueden cultivarse y cómo crecen y cuánto tiempo las petunias transgénicas sobreviven a esa temperatura. Preguntas para el análisis del texto: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

¿A qué tipo de técnica, tradicional o moderna, se refieren estas notas? ¿Dónde se realizan estos desarrollos? ¿Cuál es el organismo modificado en cada caso? ¿Cuál es la modificación practicada? ¿Cuál es el organismo de origen, del cual se obtiene el gen de interés? ¿Cuáles son las ventajas que ofrecería el nuevo producto (al consumidor y/o al productor)?

¿Qué es la Ingeniería Genética? De los genes a la ingeniería genética Cuando los científicos comprendieron la estructura de los genes y cómo la información que portaban se traducía en funciones o características, comenzaron a buscar la forma de aislarlos, analizarlos, modificarlos y hasta de transferirlos de un organismo a otro para conferirle una nueva característica. Justamente, de eso se trata la ingeniería genética, que se podría definir como un conjunto de metodologías que permite transferir genes de un organismo a otro y expresarlos (producir las proteínas para las cuales estos genes codifican) en organismos diferentes al de origen. El ADN que combina fragmentos de organismos diferentes se denomina ADN recombinante. En consecuencia, las técnicas que emplea la ingeniería genética se denominan técnicas de ADN recombinante. Así, es posible no sólo obtener proteínas recombinantes de interés sino también mejorar cultivos y animales. Los organismos que reciben un gen que les aporta una nueva característica se denominan organismos genéticamente modificados (OGM) o transgénicos. A su vez, la ingeniería genética es lo que caracteriza a la biotecnología moderna que implementa estas técnicas en la producción de bienes y servicios útiles para el ser humano, el ambiente y la industria (ver Cuaderno Nº1).

Etapas para la obtención de un organismo transgénico



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La siguiente tabla resume los pasos básicos de la ingeniería genética empleados para transformar un organismo, y se ejemplifica con un caso concreto: Metodología

Caso: obtención de maíz Bt que produce una proteína recombinante que le confiere resistencia a determinados insectos

1. Identificar un carácter deseable en el organismo de 1. Identificar el carácter “resistencia a insectos” en el organismo origen de origen, la bacteria del suelo Bacillusthuringiensis (Bt) 2. Encontrar el gen responsable del carácter deseado 2. Encontrar al gen que lleva las instrucciones para esta (gen de interés), aislarlo y caracterizarlo. característica, aislarlo y caracterizarlo. 3. Combinar dicho gen con otros elementos necesarios 3. Combinar este gen con otros elementos genéticos para que sea (vector) para que éste sea funcional en el organismo funcional en una planta: especialmente una secuencia receptor promotora (y ligarlo a un vector adecuado para transformar plantas) 4. Transferir el gen de interés, previamente 4. Transferir este gen a células de maíz (organismo receptor). introducido en el vector adecuado, al organismo receptor. 5. Crecer y reproducir el organismo receptor, ahora 5. Identificar las células de maíz que recibieron el gen (células modificado genéticamente. transformadas) y regenerar, a partir de estas células, una planta adulta resistente a insectos.

Técnicas de Ingeniería Genética o del ADN Recombinante La obtención de un organismo transgénico mediante técnicas de ingeniería genética implica la participación de un organismo que dona el gen de interés y un organismo receptor del gen que expresará la nueva característica deseada. Por ejemplo, para el caso particular de la producción de una variedad de maíz que resista el ataque de insectos, el organismo dador es la bacteria del suelo denominada Bacillusthuringiensis (Bt) de la cual se extrae el gen que determina la síntesis de la proteína insecticida, y el organismo receptor del gen es la planta de maíz. Las etapas y técnicas involucradas en este proceso serían: 1. Corroborar que existe un gen que codifica para la característica de interés. Cuando se encuentra una característica en un organismo que resulta interesante para transferir a otro organismo debe verificarse que es producto de un gen. Se identifica el gen de interés por medio de cruzamientos a partir de una característica que se expresa, y se verifican las proporciones

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mendelianas (ver Cuadernos 40 y 41). Si la característica se atribuye a una proteína, que es producto directo de un gen, será más sencillo transferir esa característica a un organismo que no la tiene. 2. Clonar el gen de interés.Clonar un gen significa tenerlo puro en el tubo de ensayos, o mejor aún, dentro de un vector (una molécula mayor de ADN que permite guardar fragmentos de ADN en forma estable y práctica por más tiempo). La tarea de clonar un gen involucra varias técnicas (ver Cuaderno Nº 67): i) Extracción de ADN; ii) Búsqueda de un gen entre la mezcla de genes del ADN; iii) Secuenciación; iv) Construcción del vector recombinante. El ADN de interés se inserta en plásmidosvectores que son moléculas de ADN lineales o circulares en las cuales se puede “guardar” (clonar) un fragmento de ADN. Los más usados son los plásmidos de origen bacteriano.

Los plásmidos pueden extraerse de las bacterias e incorporarse a otras, a través del proceso de transformación. Los plásmidos fueron modificados por los investigadores para ser empleados como vectores (vehículos). Así, el gen de interés puede insertarse en el plásmido-vector e incorporarse a una nueva célula.

El desarrollo de estas técnicas fue posible en gran medida por el descubrimiento de las enzimas de restricción. Las enzimas de restricción reconocen secuencias determinadas en el ADN. De esta manera, conociendo la secuencia de un fragmento de ADN, es posible aislarlo del genoma original para insertarlo en otra molécula de ADN. Hay muchas enzimas de restricción obtenidas a partir de bacterias y que sirven como herramientas para la ingeniería genética.



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Las enzimas de restricción reconocen secuencias de 4, 6 o más bases y cortan generando extremos romos o extremos cohesivos. Estos extremos, generados en diferentes moléculas de ADN, pueden sellarse con la enzima ADN ligasa y generar así una molécula de ADN nueva, denominada recombinante.

Para tener gran cantidad y fácil disponibilidad del ADN de interés, el vector se inserta dentro de bacterias (E. coli), las cuales crecen fácil y rápidamente. O sea, la bacteria se utiliza como “multiplicadora” del vector, y por ende del inserto de interés. Esta es una etapa de “amplificación” del ADN para poder tener gran cantidad para secuenciarlo, caracterizarlo, y luego poder hacer con él ADN recombinante.

En placas de Petri se cultivan las bacterias. Se originan colonias de bacterias iguales (clones). Las bacterias transformadas, que incorporaron el plásmido y el gen de interés, se seleccionan por medio de antibióticos y por reacciones con indicadores de color.

3. Caracterizar el gen de interés. A partir de conocer la secuencia del gen se puede, mediante bioinformática, comparar esta secuencia con las de genes ya conocidos para determinar a qué gen se parece, y se le asigna una posible función. Una vez predicha la función del gen clonado por medio de análisis informático, se debe proceder a confirmar la función real in vivo, o sea corroborar que en un sistema biológico funciona acorde a lo que se prevé. Para ello se suele transferir el gen a un organismo modelo, en el cual se pueda expresar el gen y medir su función. En el ejemplo del maíz, el gen Bt se puede transferir primero a las especies modelo Arabidopsisthaliana y Nicotianatabacum (ver Cuaderno Nº 50). 4. Modificar el gen de interés. Si así se desea se puede agregar, deletar o mutar secuencias dentro de la región codificante, y agregar secuencias (promotor, terminador, intrones) para que se pueda expresar en el sistema de interés. Por ejemplo: si se clona un gen Bt de una bacteria para luego ponerlo en maíz, se debe agregar un promotor que funcione bien en plantas, es decir, que permita que



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las células vegetales expresen la proteína Bt. El promotor es una región fundamental del gen ya que determina cuándo y dónde se expresará el gen.

EPÍGRAFE: Inserto preparado para ser transferido. Fuente: http://www.agronort.com/informacion/abcbiotec/abcbio6.html

5. Transformación de un organismo con el gen de interés. Una vez hecha la construcción genética con el gen y promotor deseado, se elige el método de transformación más indicado para el organismo que se desea hacer transgénico. 6. Caracterización del OGM. Una vez obtenido el OGM, se lo analiza desde el punto de vista molecular y biológico. Para el análisis molecular se debe demostrar, entre otras cosas, si tiene una (o más) copias del transgén, y cómo y en qué tejidos se expresa el gen. Para analizar en qué tejido, momento y cantidad se expresa el gen se analiza la presencia del ARN mensajero y de la proteína recombinante codificados por el transgén (ver Cuaderno Nº 49 y Nº67). Para la caracterización biológica, el OGM se analiza desde el punto de vista del objetivo (en este ejemplo, si el maíz resulta efectivamente resistente a los insectos) y desde el punto de vista que sea necesario acorde al OGM en cuestión. Si será utilizado como alimento y se lo cultivará a campo, entonces se deberá hacer el análisis de riesgo alimentario y ambiental (ver Cuadernos 62 y 60, respectivamente). Hasta el momento se ha utilizado la ingeniería genética para producir, entre otras aplicaciones: • • • • •



Vacunas, por ejemplo contra la hepatitis B Fármacos, como la insulina y la hormona del crecimiento humano, tanto en células transformadas y crecidas in vitro como en bacterias recombinantes y animales transgénicos Enzimas para disolver manchas, como las que se usan en los detergentes en polvo, mayormente por medio de microorganismos recombinantes (transgénicos) que crecen en biorreactores. Enzimas para la industria alimenticia, como las empleadas en la elaboración del queso y en la obtención de jugos de fruta, entre otras. Plantas resistentes a enfermedades, entre otras características. 24 | P á g i n a

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ACTIVIDADES ACTIVIDAD 1. Repaso de conceptos A continuación se presentan pares de términos. Redactar para cada par de conceptos un breve texto (entre 5 y 8 líneas) en el cual ambos conceptos estén relacionados. a. ingeniería genética / genes b. ADN recombinante / transgénico c. Clonar / plásmido d. ADN / enzimas de restricción e. Maíz Bt / proteína recombinante ACTIVIDAD 2. Interpretación de esquemas

Analizar cada esquema y responder a las consignas: Esquema a. ¿Qué representa el esquema? b. ¿Cuál es la característica que se transfiere de un organismo a otro? c. ¿Qué componente celular se transfiere de un organismo a otro? d. ¿Qué características presenta el organismo que aporta el rasgo deseado? e. ¿Qué ventaja podría representar obtener un cultivo de maíz con esta nueva característica? f. ¿Quién se vería beneficiado con este nuevo cultivo transgénico? ¿Por qué? Esquema 2

2 3

1

4

a. ¿Qué representa el esquema? b. Ubicar en los números del esquema los siguientes conceptos: extraer el ADN; transformación de células; clonar el gen; modificar el gen de interés; cultivo de OGM. Esquema 3 a. Explicar qué representa el esquema. b. Indicar qué etapa representa cada número.



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ACTIVIDAD 3. Simulación: Producción de insulina recombinante La actividad propone reproducir en clase el proceso de producción de una proteína recombinante a través de la representación de roles y el empleo de materiales que simulen los componentes celulares y sus productos. Materiales: Modelos de papel o cartulina que representen las siguientes estructuras: - Célula bacteriana (Nota: se puede dibujar en el pizarrón) - Célula eucariota humana (Nota: se puede dibujar en el pizarrón) - Plásmido bacteriano circular - Cromosoma humano con el gen de insulina - 25 modelos de bacterias - 60 tarjetas con el rótulo “insulina” - cartulina con forma de tijera (que representaría las enzimas de restricción) - cartulina con forma de envase de goma de pegar (que representaría las enzimas ligasas) Desarrollo de la actividad: 1. Ubicar el plásmido en la célula que corresponde. 2. Ubicar el cromosoma humano con el gen de la insulina en la célula correspondiente. 3. Extraer el plásmido de la bacteria y cortar con la enzima de restricción. 4. Cortar con la misma enzima el gen de la insulina del cromosoma humano. 5. Formar el ADN recombinante ligando el gen de la insulina humana con el plásmido abierto. 6. Insertar el plásmido que contiene el gen de la insulina en una nueva bacteria (proceso de transformación). 7. La bacteria transformada se multiplica y se obtienen muchas bacterias, cada una con un plásmido con ADN recombinante. 8. Cada bacteria produce varias moléculas de insulina a partir del gen humano. 9. Se extrae la insulina de las bacterias transformadas. 10. Se purifica la insulina y se envasa para su comercialización y administración a personas diabéticas.



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Biotecnología moderna en animales Los animales transgénicos A diferencia de la biotecnología vegetal y de los microorganismos recombinantes (transgénicos) que ya se aplican a algunos sectores de la producción, los beneficios que puede ofrecer la modificación de animales a través de la ingeniería genética está en sus comienzos. Sin embargo, ya existen desarrollos importantes en marcha, y la Argentina es uno de los países que lidera en este sector. Concretamente, la empresa argentina Biosidus ha obtenido en 2002 terneros transgénicos que producen en su leche la hormona de crecimiento humana que se aplicaría para tratar patologías del crecimiento en los niños. Por otra parte, recientemente se ha publicado el primer caso de vacunos modificados genéticamente para mejorar su calidad, y no para producir fármacos. Ocurrió en Nueva Zelanda donde se logró la creación de vacas transgénicas que producen leche con alto contenido de proteínas, destinada a la fabricación de quesos. Pero... ¿qué es un animal transgénico? Es un animal genéticamente modificado al que le transfieren un gen o grupo de genes con el fin de obtener un producto de interés.

Algo de historia Los ratones fueron los primeros animales transgénicos, y se obtuvieron en la década de 1980, paralelamente con el advenimiento de la ingeniería genética. El primer ratón transgénico, producto de una investigación publicada en la prestigiosa revista científica Nature en 1982, producía la hormona de crecimiento de rata. Esto hacía que el ratón transgénico produjera mucha más hormona de crecimiento que el ratón “silvestre”, por lo cual se veía bastante más grande que él. Este experimento constituyó una revolución porque mostraba que un gen de una especie podía introducirse en otra especie diferente, integrarse al genoma del receptor, y expresarse (la proteína se fabrica y el organismo manifiesta la característica asociada). Desde ese momento los ratones transgénicos constituyeron una herramienta fundamental en el laboratorio para el estudio de la fisiología animal y sirvieron de modelos experimentales para entender las bases de muchas enfermedades que afectan al hombre. Más adelante, crearon el primer ratón knockout (KO), esto significa que se le anula la actividad de un gen para analizar los efectos producidos. Esta técnica resultó clave para estudiar la función de los genes. Los ratones transgénicos se obtienen por: 1. microinyección del ADN en el óvulo fecundado: el ADN se introduce por medio de un capilar, bajo el microscopio, en el ovocito fecundado. Esto se debe hacer muchas veces porque en ocasiones los ovocitos o los núcleos se rompen y los óvulos transformados resultan escasos. 2. microinyección del ADN en células embrionarias: el organismo adulto será una quimera ya que no todas las células incorporan el nuevo gen. Entonces, se utilizarán solo los animales que tengan el gen en sus gametas y por lo tanto lo transmitan a su descendencia. Esta técnica es más fácil y eficiente que la anterior a pesar de que se descarten animales.



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Microinyección de ovocitos fecundados El gen que se inserta está dentro del plásmido de una bacteria E. Coli. Se introduce todo el plásmido (con el gen de interés y con otras secuencias del plásmido) y una vez dentro del núcleo de la célula el ADN se integra al material genético del animal.

Los ratones transgénicos se utilizan fundamentalmente: • Como herramientas de laboratorio para estudiar los genes, su función, y cómo se regula su expresión si se cambia el lugar o el tiempo de expresión de ese gen. Por ejemplo, se puede hacer que la proteína se manifieste en todos los tejidos, o que se exprese en adultos en lugar del organismo recién nacido. • Como modelos de enfermedades para el desarrollo de drogas y estrategias de tratamiento.

Otros animales transgénicos

Hoy es posible obtener animales transgénicos grandes, como ovejas, cabras, cerdos y vacas. Esto se debe en parte al desarrollo de las técnicas de clonación. La ingeniería genética permite modificar genéticamente animales, con diferentes aplicaciones: • ayudar a los investigadores a identificar, aislar y caracterizar los genes y así entender cómo funcionan. • servir como modelos de enfermedades que afectan al hombre y así poder desarrollar nuevas drogas y nuevas estrategias de tratamiento. • como fuente de tejidos y órganos para transplantes en humanos. • para mejoramiento del ganado y otros animales de importancia económica. • para producir leche con mayor valor nutricional o que contenga proteínas de importancia farmacéutica (que se purifican de la leche en grandes cantidades). Tracy fue la primera oveja transgénica, antes de la “famosa” Dolly, y vivió entre 1991 y 1998. Producía 40 g/l de alfa-1-antitripsina (un fármaco) en la leche. Fue hecha transgénica por la técnica de microinyección. Dolly fue la primera oveja obtenida por clonación a partir de células somáticas. Fue una revolución porque sentó las bases para crear posteriormente animales transgénicos grandes, y desde el punto de vista de

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la biología se conseguía hacer por primera vez lo que se puede hacer con una planta, es decir regenerar



todo el organismo a partir de una célula somática adulta (de la ubre). Dolly vivió entre 1997 y 2003, y murió con muchas complicaciones propias de un individuo de más edad ya que sus células derivan de una célula original adulta.

La modificación genética de animales El genoma de los animales se puede modificar: • Insertando genes de la misma especie o de una especie diferente (por ejemplo para que una vaca produzca en su leche la hormona de crecimiento humana). • Alterando ciertos genes presentes en el animal de manera que esta modificación se transmita a la descendencia. En general esta estrategia está relacionada con conocer la función de ese gen. Clonación de animales La oveja adulta A dona una célula somática (de la ubre). La oveja adulta donante aporta un óvulo no fecundado al cual se le extrae el núcleo para sacar su información genética, que se va a reemplazar por el núcleo de la célula somática de A. Se fusiona la célula de la oveja A y el óvulo no fecundado que tiene la potencialidad del óvulo, con la información genética diploide (2n) de la oveja adulta. Esta célula, in vitro, origina un embrión para que después se implante en una oveja nodriza que es diferente a la oveja donante y a la oveja A. La oveja nodriza aporta el útero. Al cabo de un tiempo nace el animal clonado que es genéticamente idéntico al animal A.

La producción de determinadas proteínas en la leche de animales transgénicos es particularmente interesante cuando esas proteínas se requieren en gran cantidad o son muy complejas. La producción en leche permite, además, una purificación relativamente simple de la proteína de interés. Como la producción de la nueva molécula no debe interferir con el crecimiento y metabolismo del animal, se introduce el gen de interés junto con una secuencia (promotor) que permite su expresión únicamente en la glándula mamaria. De esta forma se consiguió la expresión de genes que producen sustancias con función farmacológica en glándulas mamarias de ovejas, de cabras y de vacas.



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La primera ternera transgénica desarrollada por clonación fue obtenida por BioSidus en Argentina, y produce la hormona de crecimiento humana en su leche. Mansa es una ternera argentina que nació en 2002. Fue la primera ternera clonada y transgénica, y pertenece a una serie de experimentos que realiza la empresa Bio Sidus. Esta investigación empezó con el nacimiento de Pampa en 2001, la primera ternera clonada del mundo (no transgénica) que demuestra que las vacas se pueden clonar y se pueden hacer transgénicas. Pampa se hizo con una técnica similar a Dolly pero en lugar de células de la ubre se utilizaron células fetales. Luego llegó Pampa Mansa y sus hermanas que, además, son transgénicas. Obtención de animales transgénicos Ver infografía en el siguiente link:



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http://www.lanacion.com.ar/Archivo/Nota.asp?nota_id=532215

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Mansa se obtuvo a partir de células de un feto de la raza lechera Jersey, de las que se extrajeron células de tipo fibroblasto, que forma parte del tejido conectivo. A los fibroblastos se les incorporó el gen que codifica para una proteína que es la hormona de crecimiento humana (el plásmido transformado se incorpora al genoma). El óvulo, al que se le sacó el núcleo, fue aportado por una vaca de raza Aberdeen Angus. El óvulo y el fibroblasto se fusionaron y de esta forma se obtuvieron células con la información genética de una célula fetal pero con el agregado del gen para la hormona de crecimiento humana. Estas células se cultivaron in vitro y el embrión resultante se implantó en el útero de una vaca nodriza Aberdeen Angus. Luego de 278 días nació Mansa que produce la hormona de crecimiento humana en su leche.

Una vez que se tiene el animal transgénico, es posible obtener otros idénticos a partir de la clonación. De esta forma se puede conservar y multiplicar alguna característica beneficiosa. La clonación permite, además, recuperar animales en extinción para proteger la especie, obtener tejidos y órganos para transplantes y también stemcells (“células madre”) que son células embrionarias totipotentes que sirven para generar diferentes tejidos. Estas células se pueden transformar y emplear con fines terapéuticos en determinadas enfermedades y en trasplantes. En los próximos años se esperan avances en estos desarrollos biotecnológicos. En Argentina, ya se obtuvieron descendientes de Mansa, una dinastía de animales transgénicos que integran el “tambo farmacéutico”.

ACTIVIDADES

ACTIVIDAD 1. Repaso de conceptos A continuación se sugieren preguntas para repasar los conceptos trabajados: 1. ¿Cuándo se logró obtener los primeros animales transgénicos, y por qué se lo consideró un hecho revolucionario para la ciencia? 2. La clonación es un proceso natural y habitual en las plantas. ¿Por qué, entonces fue tan novedoso en el caso de los animales? 3. La técnica para la obtención de Dolly, la primera oveja clonada, empleaba células adultas, ya diferenciadas, empleadas para extraer el ADN. ¿En qué se diferencia la técnica empleada actualmente para obtener terneros clonados en la Argentina ¿Cuál es la característica que se le incorporó a Mansa y cuál es el beneficio que trae? 4. ¿Cuál es el aporte de la clonación para la obtención de los terneros transgénicos? ACTIVIDAD 2. Análisis del esquema de clonación A continuación se presenta una guía de preguntas que pretende ayudar a interpretar el esquema de clonación. 1. ¿Qué tipo de células aporta cada animal, y en qué se diferencian en cuanto a su contenido de ADN? 2. ¿Por qué se elimina el ADN del óvulo? . 3. ¿Por qué se elige un óvulo para introducir el ADN? 4. En esta técnica no ocurre la fecundación, ¿cómo se obtiene entonces la cantidad total de ADN necesaria para el desarrollo normal del nuevo individuo? 5. ¿Interviene en este caso un animal de sexo masculino? Justificar la respuesta. 6. ¿Por qué la oveja que nace es idéntica a la oveja A? 7. ¿Qué representa la foto ubicada en el extremo derecho superior?

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8. ¿Qué se debería cambiar en esta técnica para que el animal clonado sea un macho?

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ACTIVIDAD 3. Análisis de artículo periodístico Fuente: La Nación, 22 de diciembre de 2004. Por Nora Bar.

Nació el primer ternero argentino capaz de reproducir un gen humano

Cuando se lo cruce con una hembra normal, la mitad de la descendencia también será transgénica • Las vacas transgénicas producen hormona de crecimiento humana • Así se perpetúa la estirpe Poco más de dos años después de haber obtenido la primera ternera transgénica que produce hormona de crecimiento humana en su leche, la empresa argentina BioSidus acaba de ponerle el broche de oro a su programa de "tambo farmacéutico del tercer milenio": en el corral aséptico que la compañía posee en la provincia de Buenos Aires nació Pampero, el primer bovino de sexo masculino cuyo ADN contiene el gen humano. Pampero es el macho que asegura la perpetuación de la estirpe transgénica y un logro que vuelve a poner a la Argentina en la primera línea de la investigación mundial en este tema. Es de color miel y tiene los ojos dulces de su madre biológica, Pampa Mansa, pero difiere como el día de la noche de la vaca que lo gestó en su útero durante 39 semanas. Se trata de un ternero absolutamente extraordinario: cuando madure, cada uno de sus espermatozoides contendrá el gen humano de la hormona de crecimiento, que su progenie heredará de acuerdo con la rigurosa lógica de las leyes de Mendel. "Con un programa constante de obtención de semen -explica el doctor Marcelo Criscuolo, director ejecutivo de BioSidus-, que puede guardarse congelado en nitrógeno líquido, uno tiene asegurada la conservación de la estirpe para siempre." La ecuación tecnológica es impecable. El producto de una eyaculación de Pampero alcanzará para inseminar entre doscientas y trescientas vacas "normales" con las técnicas de rutina. La mitad de los hijos serán transgénicos. De éstos, la mitad será de sexo femenino, es decir, vacas productoras de grandes cantidades de hormona de crecimiento humana en su leche (entre seis y siete gramos por litro). Mientras que una vaca puede dar hasta tres kilos de hormona sin purificar por mes, un fermentador de 500 litros, trabajando seis días por semana, puede producir como mucho sesenta gramos. Con el 10% de la producción láctea de una de estas vacas se puede abastecer el mercado local de esta proteína, que se utiliza, entre otras cosas, para tratar el enanismo hipofisario. Con unas 14, se puede abastecer el mercado mundial. Con esta producción, la Argentina podría ser el primer fabricante mundial de hormona de crecimiento. Así de sencillo. "Nosotros teníamos un sistema muy eficiente, pero costoso, basado en la clonación, la generación de embriones, la transferencia embrionaria, el parto por cesárea... Ahora, para este fármaco no necesitamos seguir produciendo vacas por clonación, porque el semen de Pampero puede generar todas las vaquitas transgénicas que uno quiera, con la identidad genética asegurada y por el método más económico que pueda pensarse, que es la inseminación", afirma Criscuolo. El nacimiento de Pampero representa la culminación de un programa que se inició hace alrededor de siete años, poco después de que la oveja Dolly se convirtiera en el primer mamífero de la historia obtenido a través de la clonación de un animal adulto. Una breve cronología permite advertir la rapidez con que se fueron cumpliendo las metas que se propuso el equipo de investigación de BioSidus.



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El 6 de agosto de 2002 nació Pampa, la primera vaca clonada del país; el 24 de septiembre de 2004 nació Pampa Mansa, primera vaca clonada transgénica; el 5 de enero de este año nacieron Pampa Mansa I y II, y el 7 del actual nació Pampero. Todos los animales están en perfecto estado de salud y aunque nacen en condiciones de estricta asepsia se crían de una forma lo más parecida posible a la habitual. "Con el nacimiento del macho transgénico perpetuador casi todas las posibilidades que tiene esta tecnología fueron exploradas con éxito", subraya Criscuolo. Para Marcelo Argüelles, presidente de BioSidus, el logro no sólo se debe al nivel científico de los investigadores locales, sino también a la pericia y la experiencia del personal de campo, que tiene un entrenamiento que califica de "fenomenal". "Para evitar riesgos, el equipo trabaja en un corral aséptico e incluye veterinarios vestidos con traje de astronauta y paisanos de guardapolvo blanco -cuenta-. También participa un neonatólogo; hay un desfibrilador a mano. Son ellos los que hacen nacer al animal sin problemas." "El doctor Salaberry, que hace las cesáreas, es un veterinario de gran experiencia, capaz de «sacar» al ternero en menos de tres minutos -agrega Criscuolo-. Pero además, cuando en el laboratorio se preparan embriones para ser implantados, no hay mucho tiempo, de modo que mantenemos más de doscientas madres receptoras «en ciclo», listas para ser utilizadas. Hay encargados de controlarlas dos veces por día..." Se estima que el mercado anual de hormona de crecimiento local ronda los 7.000.000 de dólares. El mercado mundial para la indicación de enanismo hipofisario es de mil millones de dólares. Existe además un mercado potencial en crecimiento por la suma de nuevas indicaciones: baja talla, síndrome de deficiencia de hormona de crecimiento en mayores de 65 años, antiaging. "Estoy absolutamente seguro de que es importantísimo invertir en investigación -dice Argüelles-. Es algo que va mucho más allá de la satisfacción que puede proporcionar, algo a lo que creo que el empresario argentino no le encontró el gusto. La investigación tiene una gran utilidad y una gran capacidad de generar riqueza, que es finalmente el objetivo del hombre de negocios. Claro que hay que aceptar cierto riesgo y planificar a largo plazo..." Tras el éxito, el equipo de BioSidus se dispone ahora a conquistar otra meta: el próximo desafío es producir vacas capaces de originar insulina en su leche. "Es un objetivo que presenta algunas dificultades, pero ya estamos analizando la técnica en el laboratorio", dice Criscuolo.

Preguntas para el análisis del artículo: 1. Teniendo en cuenta que en 2002 se obtuvo Pampa Mansa, ¿cuál es la novedad que presenta la nota en 2004? 2. ¿A qué se refiere el copete con “hembra normal”? 3. ¿Cómo se obtuvo Pampero? 4. ¿Por qué la mitad de los hijos de Pampero serán transgénicos? 5. ¿Por qué la mitad serán machos? 6. ¿Por qué se denomina “tambo farmacéutico” al programa de la empresa productora? 7. ¿Cuál es la ventaja de producir un fármaco en la leche? 8. ¿Cuál es el próximo objetivo que estaría en marcha?



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Utilización de la biotecnología para mejorar la salud La salud y la enfermedad en la historia Desde tiempos remotos, el hombre sueña con derrotar enfermedades y, así, prolongar su vida. Los métodos para lograrlo fueron variando en diferentes épocas y culturas de acuerdo con las creencias y los conocimientos del momento acerca del cuerpo humano y de su funcionamiento. Los pueblos de la Antigüedad le atribuían a las enfermedades un origen sobrenatural. Por lo tanto, también la curación tenía un carácter mágico y debían realizarla magos, hechiceros o sacerdotes (aún hoy en pueblos aborígenes se mantienen estas prácticas). En la Grecia del siglo V a. C. surgió una escuela de medicina, encabezada por Hipócrates, que comenzó a concebir el origen natural de las enfermedades. La tarea del médico consistía en ordenar reposo al paciente, procurar que estuviese limpio, hacerlo respirar aire puro e ingerir una dieta simple y sana. A partir de entonces, el estudio del cuerpo humano despertó interés y curiosidad. Ya en el Renacimiento (siglos XV a XVII) se concluyó que la única forma de aprender acerca del cuerpo humano era a través de la observación y la experimentación. La invención del microscopio óptico, en el siglo XVII, permitió descubrir la presencia de los microorganismos y posteriormente se los reconoció como causantes de enfermedades. En el siglo XVIII el doctor inglés Edward Jenner dio el primer paso en el desarrollo de las vacunas (término que deriva de “vaca”) al experimentar en un niño un método preventivo contra la viruela que en esos tiempos diezmaba a la población. Esto culminó en 1980 con la erradicación en el mundo de la viruela, y con el desarrollo de numerosas vacunas para prevenir enfermedades. A partir del siglo XIX y hasta la actualidad, la ciencia y la tecnología avanzaron aceleradamente. Esto ha permitido conocer detalles de la estructura y del funcionamiento del cuerpo humano, identificar las causas de muchas enfermedades y encontrar la forma de prevenirlas, de curarlas o tratarlas. Uno de los hitos de la medicina fue el descubrimiento de la penicilina en el siglo XX por Alexander Fleming, el antibiótico más usado actualmente en el mundo que logró curar las infecciones y salvó innumerables vidas. A partir de este descubrimiento, se desarrollaron muchos otros antibióticos (ver Cuaderno Nº 51). Durante las últimas décadas con el advenimiento de la biotecnología moderna, el conocimiento de la estructura y el funcionamiento del ADN, se están desarrollando nuevas técnicas para diagnosticar, prevenir, tratar y curar enfermedades. El estudio del genoma humano (ver Cuaderno Nº 55) permitirá acelerar la identificación de aquellos genes causantes de enfermedades, y aportará valiosa información a las investigaciones científicas en el área de la salud. La biotecnología proporciona un amplio rango de usos potenciales en animales y humanos. Biotecnología y salud: presente y futuro Cada individuo posee una "receta" única de ADN que lo identifica, determina sus características y funciones. Es decir que los individuos de cualquier especie, cruce o línea híbrida pueden ser identificados por pequeñas diferencias en su secuencia de ADN (se podría detectar una diferencia de una letra en un millón). Pero, esto requiere de técnicas moleculares que permitan el estudio detallado del ADN.



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Existe un gran número de técnicas moleculares, llamados marcadores moleculares, que permiten estudiar



directamente segmentos de ADN de los individuos, para así obtener su ADN 'fingerprints', en otras palabras, conocer su identidad molecular o “huellas dactilares de ADN”. Esta “huella dactilar” puede ser usada para determinar las relaciones de paternidad o parentesco, para analizar a los donantes y receptores de órganos en programas de transplante, unir sospechosos con la evidencia de ADN en la escena del crimen (ver Cuaderno Nº 69), o servir como indicativo de pedigree para mejoramiento en semillas y ganado. Existen muchas otras aplicaciones de las herramientas biotecnológicas en el área de la medicina y la salud, como se detalla a continuación: • Diagnóstico de enfermedades El desarrollo de técnicas para el diagnóstico de enfermedades infecciosas o hereditarias es una de las aplicaciones de mayor impacto de la tecnología del ADN. Al utilizar las técnicas de secuenciación de ADN y de PCR (“Reacción en Cadena de la Polimerasa” que permite tener una gran cantidad de copias de un segmento de ADN determinado) los científicos pueden diagnosticar infecciones virales, bacterianas o fúngicas. La tuberculosis, el SIDA y muchas otras enfermedades infecciosas, son diagnosticadas mediante técnicas de PCR (ver Cuaderno Nº 67) en forma más sencilla y rápida que por los métodos tradicionales, permitiendo la intervención y tratamientos más tempranos. Las enfermedades hereditarias son aquellas ligadas a la herencia genética. Actualmente se conocen las alteraciones genéticas que originan muchas enfermedades hereditarias y por lo tanto es posible no sólo explicarlas sino también diagnosticarlas y controlar a los portadores de esos genes para posibilitar su diagnóstico precoz y evitar el desarrollo de la enfermedad. En las familias en las que se conoce que el riesgo de transmitir una enfermedad hereditaria es alto, el análisis genético de los futuros padres así como el diagnóstico prenatal son de un gran valor para poder anticiparse al problema. Además de la técnica de PCR, se utilizan otros métodos diagnósticos de enfermedades, como los anticuerpos monoclonales, los chips de ADN y los biosensores (ver Cuaderno Nº 68 y Nº69). • Producción de proteínas recombinantes: La recombinación de genes humanos en el ADN de bacterias es una de las posibilidades más importantes que ofrece la biotecnología. Esta técnica posibilita obtener proteínas humanas con fines terapéuticos en sistemas de crecimiento rápido. El ejemplo más conocido es la obtención de insulina humana a partir de la inserción del gen que la produce en plásmidos de la bacteria Escherichiacoli. Esta técnica es de gran valor porque las bacterias, al duplicar su número cada 20 minutos, producen en poco tiempo muchas copias del gen humano inserto en su ADN y en consecuencia, grandes cantidades de proteínas recombinantes (ver Cuaderno Nº 49). Actualmente, los fármacos provenientes de organismos recombinantes se producen básicamente en tres sistemas: bacterias (fundamentalmente E. Coli), en levaduras, y en células de mamífero (en placas de laboratorio). Entre muchos ejemplos, se pueden nombrar: ü Los factores de coagulación VIII, IX y VIIa, indicados en el tratamiento de algunos tipos de hemofilia, producidos en cultivo de células de mamífero.

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ü Algunas hormonas, como la folículo estimulante, tirotrofina, gonadotrofina coriónica (en células de mamífero), insulina, hormona de crecimiento, paratifoidea (en E. coli) y glucagon e insulina (en levaduras). ü Anticoagulantes como la irudina y activadores del plasminógeno tisular (en los tres sistemas). ü Factores hematopoyéticos como el interferón alfa y gamma, producidos en E. coli. ü Anticuerpos monoclonales Anti-IgE , Anti-TNF y Anti-IL2, producidos en cultivo de células de mamífero.

Si bien, hasta el momento, estas proteínas recombinantes son producidas solamente en estos tres sistemas, con el advenimiento de las técnicas de ingeniería genética que permitieron obtener animales y plantas transgénicos surgió también la posibilidad de utilizar a éstos como productores de proteínas recombinantes de interés farmacológico. Es decir, producir estas proteínas recombinantes en animales o plantas en vez de en biorreactores o fermentadores industriales en donde crecen las bacterias. La estrategia de utilizar animales de granja (ovejas, vacas, cerdos, cabras, gallinas, conejos, etc.) como fábricas de productos farmacológicos recombinantes se denomina “Granja farmacológica”. Como ejemplo de una proteína producida en un animal transgénico se puede nombrar a la hormona de crecimiento humano para tratar casos de enanismo. Esta hormona es producida por la primera vaca transgénica, llamada Pampa Mansa, y es un desarrollo de investigadores argentinos. Pampa Mansa, que nació en 2002, es transgénica y clonada y produce en su leche la hormona de crecimiento humano. Estudios que le fueron realizados en Octubre de 2003, demostraron que comenzó a dar leche con buenos niveles de hormona de crecimiento (ver Cuadernos Nº 9, Nº 47 y Nº 49). • Producción de antibióticos Los antibióticos son moléculas con actividad antimicrobiana (inhiben el crecimiento de otros microorganismos). Originalmente, los antibióticos para uso humano se obtenían como parte del metabolismo de hongos y bacterias, por lo que se consideran la primera aplicación de la biotecnología a la industria farmacéutica. Hoy en día, muchos de ellos se fabrican de manera sintética en laboratorios farmacéuticos, imitando la receta del producto natural. Actualmente, los laboratorios farmacéuticos dedican tiempo y dinero a la búsqueda de nuevos antibióticos ya que muchos que fueron alguna vez altamente efectivos han perdido utilidad frente a los organismos patógenos, debido a que los microorganismos desarrollan resistencia frente a antibióticos que en el pasado les resultaban letales. Al ser los antibióticos productos del metabolismo secundario, suelen generarse naturalmente en concentraciones muy bajas. Es por eso que una vez elegidas las bacterias productoras, y utilizando técnicas de ingeniería genética, se busca la manera de mejorarlas en el laboratorio para transformarlas en “superproductoras”. Por ejemplo, se puede aumentar el número de copias de los genes que codifican para las enzimas que intervienen en la producción del antibiótico. De esta forma se fabricará, a partir de una misma célula, más cantidad del producto final. También, una vez conocidas las enzimas que participan en la síntesis del antibiótico, la ingeniería genética permite transferir estos genes a organismos más fáciles de crecer y manipular en el laboratorio, como

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Escherichiacoli, para que éstos produzcan el antibiótico deseado en forma más rápida (ver Cuaderno Nº



51) • Producción de vacunas recombinantes Las vacunas constituyen un método preventivo, mediante el cual el individuo adquiere inmunidad permanente contra algún agente patógeno específico. Tradicionalmente, las vacunas son preparadas a base del agente que causa la enfermedad, pero en un estado no patogénico. Estas vacunas, si bien son muy eficaces, presentan algunas dificultades ya que no todos los microorganismos se pueden cultivar en el laboratorio, la producción a menudo es cara, se requieren medidas muy estrictas para asegurar la completa inactivación o la atenuación adecuada de la cepa.

Es por eso que, desde principios de la década de 1980, se están desarrollando nuevas vacunas que, posiblemente, remplazarán en un futuro a las vacunas tradicionales. Estas nuevas vacunas son

producidas por ingeniería genética, basadas en la molécula de ADN y en las secuencias de aminoácidos que contienen la información genética con la cual el organismo patógeno produce la enfermedad. Las investigaciones se centran en mejorar las vacunas ya existentes para lograr respuestas inmunitarias más eficaces, buscar nuevas vías de administración, y unir varias vacunas en una única aplicación para reducir el número de inyecciones. El primer exponente de vacunas recombinantes comercializada fue la vacuna contra la hepatitis B y en la actualidad se están desarrollando investigaciones en vacunas contra el virus del HPV (virus papiloma humano que genera verrugas genitales), la malaria (enfermedad que mata a casi 3 millones de personas por año), el citomegalovirus (que provoca un síndrome similar a la mononucleosis), la shigella (provoca diarrea), el herpes y enfermedades parasitarias como la toxoplasmosis. También se están probando vacunas contra el HIV (virus que causa el sida), y contra el cólera o el dengue, y varios tipos de cáncer. Además del desarrollo de nuevas vacunas, se están estudiando otras vías de administración de las vacunas, como la nasal (a través de las mucosas) o intradérmicas (en la piel, aunque sin pinchazo). Otra opción de administración de vacunas muy interesante la constituyen aquellas que podrían ingerirse con los alimentos o “vacunas comestibles” (ver Cuaderno Nº 71 y Nº 74). El objetivo de estas investigaciones es desarrollar, mediante ingeniería genética, frutas o productos lácteos que sean iguales a los productos que se consumen habitualmente excepto por una única diferencia: la presencia de una proteína capaz de iniciar la respuesta inmune en el organismo. De esta forma, cuando el alimento es ingerido, se confiere inmunidad contra determinados agentes patógenos específicos. Así, estos alimentos pueden emplearse como vacunas comestibles para seres humanos y animales. Se espera que dentro de un tiempo las papas, los tomates, las bananas, la lechuga y la espinaca puedan prevenir enfermedades como la diarrea infantil, la hepatitis B y E, el SIDA, la rabia y la fiebre aftosa, entre otras. Por el momento, la mayoría de las vacunas comestibles se encuentran en proceso de desarrollo y evaluación, por lo que se deberá esperar un tiempo para que estos productos se encuentren disponibles en el mercado. Actividad 1. Repaso de conceptos Responder a las siguientes preguntas

1. ¿Cómo fue variando a lo largo del tiempo la relación entre el hombre y su salud? 2. ¿Qué relación hay entre el desarrollo de la Biología Molecular, el estudio del genoma humano y las investigaciones en el área de la salud? 3. ¿Qué es la PCR y cómo se utiliza en el diagnóstico de enfermedades?



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4. ¿Cuáles son los sistemas en los que se producen actualmente las proteínas recombinantes? Dar algunos ejemplos de proteínas recombinantes producidas en estos sistemas. 5. ¿Qué es un antibiótico y que aporta la biotecnología a su desarrollo? 6. ¿Qué es una vacuna? ¿Cuál es la diferencia entre las vacunas tradicionales y las recombinantes? 7. ¿Qué es una vacuna comestible?

Terapias basadas en el uso de células madre El gran interés que se tiene en el empleo de células madre es utilizarlas para realizar terapias celulares y transplante de tejidos. La célula madre ideal para estos tratamientos en humanos debería cumplir con ciertos requisitos: 1- ser pluripotente, 2-autoreplicarse indefinidamente, 3-poseer un fenotipo estable caracterizado molecularmente, 4-carecer de potencial carcinogénico (que no tienda a desarrollar tumores) 5-ser susceptible de modificación genética para, si se desea, realizarle cambios como la introducción de genes terapéuticos pre-transplante. Existen varias alternativas de tratamiento con células madre: A) Emplear células madre embrionarias El mayor potencial terapéutico en este caso sería emplear células del mismo paciente que necesita un tratamiento (autotransplante), evitando así problemas de rechazo. Para obtener células madre embrionarias de un paciente adulto se realiza la “clonación terapéutica”: se toman núcleos de células del cuerpo del paciente y se los transfiere a un óvulo al que se le ha quitado su núcleo. De esta forma se obtiene un embrión (con material genético del paciente) que se desarrolla in vitro hasta la etapa de blastocisto. En ese momento se obtienen células embrionarias que se cultivan para posteriormente diferenciarlas al tipo celular necesario para la terapia celular o injerto. B) Emplear células madre de sangre de cordón umbilical: La sangre de cordón umbilical está enriquecida en células madre hematopoyéticas, precursoras de los distintos tipos celulares presentes en la sangre. El transplante de células de cordón es una práctica frecuente a nivel mundial para el tratamiento de enfermedades hematológicas y oncohematológicas (como la leucemia o los linfomas) así como para otros tipos de cáncer en cuyo tratamiento sea necesario reconstruir la médula ósea dañada por la quimioterapia, y para el tratamiento de patologías menos frecuentes como algunas anemias y trastornos metabólicos. Por ahora, varias de las aplicaciones 38 | P á g i n a

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de estas células madre son similares a las de un transplante de médula ósea con algunas ventajas, como



la menor complejidad quirúrgica y una mayor facilidad de hallar muestras compatibles (figura 4). Actualmente se han creado en el mundo (también en la Argentina) bancos de sangre de cordón umbilical, públicos y privados, donde la madre puede depositar la sangre del cordón umbilical de su hijo para un potencial uso en beneficio de ese mismo niño o de algún receptor compatible. Para ello, a partir de la sangre del cordón y de la placenta obtenida durante el parto, se purifican células madre y se las conserva en nitrógeno líquido a una temperatura de 196ºC bajo cero, pudiendo ser descongeladas en cualquier momento para su uso.

Figura 4. Transplante de células madre de cordón umbilical para el tratamiento de enfermedades hematológicas. (Infografía del diario Clarín)

Recientemente algunas investigaciones científicas han demostrado que, a partir de las células madre presentes en la sangre de cordón, se pueden obtener otros tipos celulares (por ej. hueso y cartílago, células neuronales, etc.) que podrían emplearse para el tratamiento de otro tipo de enfermedades. Aunque estos resultados son preliminares, el porvenir de esta terapéutica es prometedor. C) Emplear células madre de adulto Se habría demostrado cierta flexibilidad de las células madre de adultos no solo para convertirse en tipos celulares del tejido que habitan, sino también para originar células de otros tejidos no

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relacionados. La investigación para profundizar los conocimientos en esta dirección brindaría una



posibilidad de terapias celulares o autotransplantes. D) Reprogramar células somáticas Otra alternativa, aún lejana, es aprender a partir de los estudios con células madre cómo se podría tomar una célula adulta diferenciada (por ej. un hepatocito), con su información genética “programada” y lograr convertirla en otro tipo celular (por ej., una neurona). Algunas enfermedades que podrían mejorarse por terapia celular

A) Enfermedades cardíacas El uso de células madre en terapias de reemplazo para tejidos dañados como el músculo cardíaco, válvulas, vasos y células de conducción eléctrica, tiene un gran potencial. Esto se vio reforzado por hechos recientes como la identificación de células multipotentes en el corazón (figura 5), así como también por una mejor comprensión de los procesos que conducen a una célula madre embrionaria a diferenciarse en una célula cardíaca.

Figura 5. Células progenitoras cardíacas post-natales podrían diferenciarse a células endoteliales para la formación de vasos sanguíneos, a células musculares cardíacas y a células de conducción que coordinan la actividad eléctrica del corazón. (Tomado de Srivastava e Ivey, Nature 2006)

El éxito de las futuras terapias en esta área depende en parte de obtener más información acerca de los procesos involucrados en la diferenciación de las células cardíacas. Se debe asegurar que las células implantadas se integren correctamente al músculo cardíaco y resolver problemas de compatibilidad en el caso que las células provengan de otro donante. Una solución sería generar células madre embrionarias a partir de células del paciente. B) Enfermedades sanguíneas Por décadas, el transplante de células hematopoyéticas ha sido empleado para el tratamiento de enfermedades de la sangre y del sistema inmunológico. El desafío actual es disminuir el riesgo de tales transplantes y aumentar el número de pacientes que pueden someterse a dicho tratamiento. Para lograr

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estos objetivos, se necesitara mejorar los protocolos clínicos y conocer mejor el funcionamiento de las células madre. C) Enfermedades neurodegenerativas Desórdenes neurológicos como el mal de Parkinson y la esclerosis múltiple son causados por la pérdida de neuronas y otras células del sistema nervioso llamadas “células de la glía”. En los últimos años se han podido regenerar exitosamente esos tipos celulares a partir de células madre en cultivo. Las células madre aisladas son transplantadas al cerebro y/o columna vertebral dañados, directamente o luego de una modificación genética durante la etapa de cultivo. Más recientemente, los científicos se han esforzado por entender cómo lograr que las células madre presentes en el sistema nervioso central del adulto estimulen la formación, y prevengan la muerte, de las neuronas y las células de la glía cercanas a ellas. Los resultados obtenidos hasta el momento aspiran al desarrollo de terapias exitosas para restaurar y preservar las funciones del cerebro y de la columna vertebral. D) Diabetes En los diabéticos dependientes de insulina, el trasplante de células productoras de insulina en el páncreas es un gran desafío para la medicina regenerativa. Hasta el momento, se han logrado obtener in vitro células tipo b (productoras de insulina) a partir de células madre embrionarias y de células madre de adultos (aunque en este caso con bajo rendimiento). Aunque quedan incógnitas por resolver, es probable que en los próximos años se cuente con los elementos necesarios para convertir esta técnica en una alternativa terapéutica para los pacientes que sufren diabetes. E) Reconstrucción de órganos y tejidos Más allá del transplante de células específicas, el potencial terapéutico de las células madre consiste en reconstruir tejidos complejos e incluso órganos, con plena funcionalidad. La “ingeniería de tejidos y órganos” aún está en desarrollo, pero existen resultados experimentales que la sustentan. Un ejemplo es la obtención en Estados Unidos de arterias artificiales usando como base células de musculatura lisa extraídas de vacas. Estas arterias se implantaron en cerdos (sustituyendo a porciones de arterias de las patas) y funcionaron algunas semanas sin obstruirse. Ventajas, desventajas y perspectivas Ambos tipos de células madre, embrionarias y adultas, ofrecen diferentes posibilidades en relación a su potencial uso en terapias celulares de regeneración de tejidos dañados. Las embrionarias pueden generar todos los tipos celulares del organismo porque son pluripotentes. En cambio, las adultas generalmente están limitadas en su diferenciación a los tipos celulares presentes en el tejido de origen, aunque algunas evidencias sugieren que han conservado la plasticidad necesaria para poder originar otros tipos celulares relacionados a otros tejidos diferentes. Sin embargo, una ventaja potencial de la utilización de células madre adultas es que las propias células del paciente pueden ser multiplicadas fuera de su organismo (in vitro) para ser luego reintroducidas en su organismo. Así no



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existiría riesgo de rechazo al implante por el sistema inmunológico, problema que sí podría existir si se



implantan células madre embrionarias obtenidas de algún donante. En todos los casos es importante recalcar que, más allá de lo prometedoras que son estas alternativas terapéuticas, aún están en etapa de investigación. Situación en la Argentina La Argentina, junto con México y Brasil, es pionero en América Latina en la creación de un Banco Público de Sangre de Cordón Umbilical en el Hospital de Pediatría Dr. Juan P. Garrahande Buenos Aires. Allí se recolecta sangre de cordones umbilicales de recién nacidos cuyas madres han decidido donarlos en forma anónima para ponerlos a disposición de la población infantil y adulta que necesite células madre hematopoyéticas. Además, existen emprendimientos privados que ofrecen a los futuros padres el servicio de obtención y preservación de células madre de cordón obtenidas durante el parto. Por ahora, existen algunos casos aislados de aplicación de terapias con células madre en Argentina. Como en la Argentina no existe legislación que reglamente el uso de terapias celulares, se creó una comisión en el Ministerio de Salud de la Nación que se ocupa de estas nuevas tecnologías médicas. Esta comisión determina que toda terapia experimental como la mencionada requiere de un permiso expreso, para asegurar el bienestar del paciente y la rigurosidad científica del procedimiento. Existen en la cámara de Diputados de la Nación algunos proyectos relacionados con el uso de células madre para distintas terapias. Entre ellos, uno que plantea “beneplácito por el estudio clínico para el autotrasplante de células madre capaz de regenerar las zonas del corazón dañadas por el Mal de Chagas”, desarrollado por el doctor Jorge Trainini, jefe del Servicio de Cirugía Cardíaca del Hospital Presidente Perón, de Avellaneda, provincia de Buenos Aires y con la participación del hospital Rawson de la provincia de San Juan y el Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario FatalaChabén".” Consideraciones éticas relacionadas a la terapia celular La terapia celular está rodeada de dilemas éticos y legales de distinta envergadura. El más fuerte se relaciona con la “clonación terapéutica”: el uso de células clonadas a partir del propio paciente para la obtención de células madre embrionarias para la realización de autotrasplantes sin problemas de rechazo inmunológico (ver El Cuaderno Nº 9 y 47). Surgen entonces varios cuestionamientos de índole biológica, filosófica, ética y teológica. Cada país determina su propia legislación. En general, en los países de Europa continental, la situación respecto del uso de embriones humanos es más restrictiva, no siendo el caso de los países anglosajones, especialmente Estados Unidos. De todas formas, muchas de esas normativas se redactaron antes de la obtención de células madre embrionarias humanas. Por lo tanto, la percepción de los beneficios de esta terapia podría promover la modificación de algunas de ellas. ACTIVIDADES Actividad 1. Repaso de conceptos a) ¿Qué relación hay entre las células madre y las células especializadas? Aportar un ejemplo concreto. b) Qué tipos de células madre existen? ¿En qué radica su diferencia?

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c) ¿Cuál sería la principal ventaja de emplear células madre del propio individuo para realizar un transplante? d) ¿A qué se denomina clonación terapéutica? e) ¿Qué son los bancos de sangre de cordón umbilical y cuál sería su utilidad? f) ¿Qué tratamiento con células madre se podría hacer a una persona adulta que requiere un transplante de médula ósea y no conserva células madre embrionarias propias?



Actividad 2. Cómo desarrollar una terapia basada en células madre

(La actividad está basada en el material disponible en el sitio del Centro de aprendizaje de la ciencia genética, Universidad de Utah - http://learn.genetics.utah.edu/units/stemcells/)

El objetivo de la actividad consiste en interpretar y discutir cada uno de los pasos en el camino hacia un tratamiento de terapia celular.

Introducción: Una terapia exitosa implica comprender cómo funcionan las células madre, además de contar con un protocolo confiable que asegure que las células madre van a provocar sólo el efecto deseado en el cuerpo. Para entender cómo se desarrollan estas terapias, se propone examinar un ejemplo concreto: una terapia con células madre para tratar la enfermedad de Parkinson que tiene un precedente en los años 80, cuando se ensayó exitosamente en una rata modelo para esa enfermedad (es decir, que presentaba síntomas semejantes al Parkinson humano). Desde entonces, muchos grupos de investigación trabajan en los pasos para el desarrollo de una terapia exitosa para tratar personas que padezcan esta enfermedad. Paso 1: Definir el problema Los enfermos de Parkinson experimentan dificultades en el movimiento, el equilibrio y el habla. Estos problemas son el resultado de la muerte de células cerebrales especializadas llamadas neuronas dopaminérgicas que producen naturalmente dopamina (sustancia química que ayuda a controlar los movimientos musculares). El tratamiento actual consiste en disminuir los síntomas administrando drogas que aumentan la dopamina en el cerebro, pero hasta ahora no existe cura. a) ¿Cómo podría ayudar la terapia celular para el tratamiento del Parkinson? b) Ubicar en el siguiente esquema las siguientes leyendas según los pasos que seguiría un tratamiento celular: La dopamina transmite las señales nerviosas; las células nerviosas muertas no producen dopamina; nuevas células nerviosas producen dopamina; células madre implantadas



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Paso 2: Hallar el tipo correcto de célula madre Para reemplazar las células muertas, los investigadores necesitan encontrar células madre que puedan ser diferenciadas en neuronas dopaminérgicas. ¿Qué tipos de células madre podrían usar? ¿Cuáles serían las mejores candidatas? Paso 3: Buscar histocompatibilidad entre las células madre y el paciente receptor del transplante El sistema inmunológico reacciona frente a componentes ajenos al organismo, incluso células y tejidos extraños. Por lo tanto, las células madre de un dador corren el riesgo de ser rechazadas por el sistema inmunológico del paciente receptor. ¿Cómo se podría evitar este rechazo? Paso 4: Introducir las células madre en el lugar correcto Colocar las células madre en el tejido dañado generalmente requerirá procedimientos quirúrgicos, de tal forma que las células madre lleguen al lugar blanco sin causar mayor daño al paciente. ¿Dónde colocarían los cirujanos las células madre para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson? Paso 5: Lograr que las células madre trasplantadas cumplan su función Luego de la inyección, las células madre deben sobrevivir en su nuevo ambiente, y producir dopamina ¿Existe 100% de eficiencia en el proceso (es decir que las células madre se comportarán como es de esperar)? Actividad 3. Análisis de un artículo periodístico y debate A PARTIR DE LA LECTURA DEL SIGUIENTE ARTÍCULO PERIODÍSTICO RESPONDE: a) ¿De qué se trata la medida adoptada por el Presidente Bush?. b) ¿Qué implicancias tiene la medida tomada?

Diario El Mundo, 19-07-06

Bush veta la ley de investigación con células madre

§ El presidente de EEUU utiliza por primera vez su derecho de veto; el último en hacerlo fue Bill Clinton 44 | P á g i n a § La reforma ampliaba los fondos federales para la investigación con células madre embrionarias

WASHINGTON.- Como se esperaba, el presidente George W. Bush ha bloqueado la legislación que ampliaba la

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Bibliografía þ AGRO INNOVA, REVISTA INSTITUCIONAL. INIA presentó primicia tecnológica mundial: Transferencia interespecífica de embriones en camélidos. Año 2 edición n°7, Marzo 2011. þ ALBERTS, Bruce y otros. (1996). Biología Molecular de la Célula. Barcelona. Omega. 3° edición. þ ALBERTS, Bruce; Dennos, Bray; Hopkin, Karen; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith y Walter, Peter, Introducción a la Biología Celular. Madrid, Médica Panamericana, 2006. þ ALJANATI, David y Otros. Biología III. Los códigos de la vida. Ediciones Colihue SRL, Buenos Aires,2004. þ ALZOGARAY, Raúl. Una tumba para los Romanov. Siglo XXI Editores. Buenos Aires.2005 þ BAKER, J.J. y Allen, G.(1974) Biología e investigación científica .Fondo educativo interamericano, México. þ BAYNES J. y otros. (2005). Bioquímica Médica. Editorial HarcourtBrace. 2º edición. þ BLANCO, Antonio. (2006). Química Biológica. Bs. As. El Ateneo. 8º edición. þ CASTRO, R. Y otros. Actualizaciones en biología. Eudeba, Buenos Aires, 1996. þ CURTIS, H. y BARNES, N.Biología. Editorial Panamericana, Buenos Aires, 1993. þ DE ROBERTIS, Eduardo (h); Hib, José, Fundamentos de biología celular y molecular. Buenos Aires, El Ateneo, 2004. þ DÍAZ, Alberto y Golombek, Diego (comps). adn,50 años no es nada. Buenos Aires, Siglo xxi.Editores, 2004. þ FLORES, G. Y otros . Proyecto Biología. CONICET. Buenos Aires.1999. þ FOLGARAIT, Alejandra, Manipulaciones genéticas. Buenos Aires, Norma, 1992. þ GILBERT, Scott, Biología del desarrollo. Buenos Aires, Médica Panamericana, 2005.

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ANEXO



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