El ADN y la ingeniería genética

El ADN es un polímero formado por unidades repetitivas llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está compuesto por tres elementos esenciales:

1. Un grupo fosfato: Derivado del ácido fosfórico, aporta el carácter ácido a la molécula.
2. Una desoxirribosa: Un azúcar de cinco carbonos (pentosa).
3. Una base nitrogenada: Hay cuatro tipos: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T).

Los nucleótidos se unen entre sí mediante el enlace fosfodiéster, que conecta el carbono 5' de una azúcar con el carbono 3' de la siguiente, formando el esqueleto de la cadena.

En 1953, James Watson y Francis Crick propusieron el modelo de doble hélice, basándose en gran medida en las imágenes de difracción de rayos X obtenidas por Rosalind Franklin.

• Cadenas antiparalelas: Las dos hebras de ADN corren en direcciones opuestas ($5' \rightarrow 3'$ y $3' \rightarrow 5'$).
• Complementariedad de bases: Las bases se sitúan hacia el interior. La Adenina siempre se empareja con la Timina ($A=T$) mediante dos puentes de hidrógeno, y la Guanina con la Citosina ($G\equiv C$) mediante tres puentes de hidrógeno.
• Esta complementariedad es la clave para la copia y transmisión de la información genética.

Si estiráramos el ADN de una sola célula humana, mediría unos 2 metros. Para caber en el núcleo, debe compactarse:

1. Cromatina: Es el ADN asociado a proteínas llamadas histonas.
2. Nucleosomas: La estructura de "collar de perlas" donde el ADN se enrolla alrededor de octámeros de histonas.
3. Cromosomas: El grado máximo de empaquetamiento, visible solo durante la división celular.

Antes de que una célula se divida, debe duplicar su ADN para que las células hijas reciban la misma información.

• Es un modelo semiconservativo: cada nueva molécula de ADN conserva una hebra original y sintetiza una nueva.
• La enzima ADN polimerasa es la encargada de añadir los nucleótidos complementarios con gran precisión.

La información del ADN no sale del núcleo. Para fabricar proteínas en el citoplasma, se crea una copia intermedia de ARN mensajero (ARNm).

• La ARN polimerasa abre el ADN y sintetiza una cadena de ARN.
• Diferencias clave: El ARN es monocatenario, tiene el azúcar ribosa y sustituye la Timina por Uracilo (U).

La traducción ocurre en los ribosomas. Aquí, el mensaje del ARNm se lee en grupos de tres letras llamados codones.

• Cada codón corresponde a un aminoácido específico (existen 20 aminoácidos diferentes).
• El Código Genético es el "diccionario" que traduce codones en aminoácidos. Es universal (casi todos los seres vivos usan el mismo) y degenerado (varios codones pueden codificar el mismo aminoácido).
• El proceso finaliza cuando se forma una cadena polipeptídica que se pliega para ser una proteína funcional.

1. Génicas: Afectan a un solo gen (cambio de una base por otra).
2. Cromosómicas: Afectan a la estructura de un cromosoma (pérdida o duplicación de fragmentos).
3. Genómicas: Afectan al número total de cromosomas (ej. Trisomía 21 o Síndrome de Down).

Estas pueden ser causadas por agentes mutagénicos como la radiación UV, rayos X o sustancias químicas (alquitrán del tabaco).

• Negativas: Pueden causar enfermedades hereditarias o cáncer.
• Neutras: No producen cambios apreciables.
• Positivas: Son la fuente de la variabilidad genética, permitiendo que la selección natural actúe y los organismos evolucionen.

Las células tienen un ejército de enzimas de reparación que patrullan el ADN para corregir errores durante la replicación. Si estos mecanismos fallan, la estabilidad del genoma se ve comprometida, lo que puede derivar en un crecimiento celular descontrolado.

• Enzimas de restricción: Actúan como "tijeras moleculares" que cortan el ADN en secuencias específicas.
• ADN ligasas: Actúan como "pegamento" para unir fragmentos de ADN de diferentes orígenes.
• El resultado es el ADN recombinante, una molécula artificial que combina genes de distintas especies.

La Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) permite obtener millones de copias de un fragmento de ADN en pocas horas. Utiliza una enzima resistente al calor, la Taq polimerasa, y un aparato llamado termociclador. Es fundamental para el diagnóstico de enfermedades como el COVID-19.

La secuenciación permite leer el orden exacto de las bases (A, T, C, G) de un gen. La huella genética utiliza regiones variables del ADN para identificar personas en medicina forense o pruebas de paternidad, separando fragmentos mediante electroforesis en gel.

Son seres vivos cuyo genoma ha sido alterado. Los transgénicos son un tipo de OMG que contiene genes de otra especie.

• Agricultura: Plantas resistentes a sequías o plagas.
• Biofábricas: Bacterias modificadas para producir medicamentos.

La biotecnología ha revolucionado la salud:

• Insulina: Antes se extraía de cerdos; hoy la producen bacterias modificadas.
• Terapia génica: Consiste en introducir genes funcionales en células de un paciente para corregir un defecto genético.
• Células madre: Uso de células con capacidad de convertirse en cualquier tejido para medicina regenerativa.

La clonación consiste en obtener copias genéticamente idénticas de un organismo, célula o molécula.

• Clonación reproductiva: Crear un individuo idéntico (ej. la oveja Dolly).
• Clonación terapéutica: Obtener tejidos para trasplantes sin rechazo inmunológico.

Finalizado en 2003, este proyecto logró el mapeo completo de los genes humanos. Esto ha abierto la puerta a la medicina personalizada, donde los tratamientos se diseñan según el perfil genético del paciente, aunque plantea dudas sobre la privacidad de los datos genéticos.

• CRISPR: Una herramienta de edición genética muy precisa y barata. ¿Debemos usarla para eliminar enfermedades o para crear "bebés a la carta"?
• Patentes: ¿Es ético que una empresa sea dueña de la secuencia de un gen humano?
• El límite ético suele establecerse en no modificar la línea germinal (óvulos y espermatozoides) para evitar cambios permanentes en la especie humana.

En España, la investigación genética está regulada por la Ley de Investigación Biomédica y supervisada por la Comisión Nacional de Reproducción Humana Asistida. Se prohíbe la clonación reproductiva humana y se garantiza el derecho a la información y el consentimiento del paciente en cualquier prueba genética.