Lab Basics (8): Corta y pega: diseña tu propio clon

A las personas fácilmente impresionables, tendentes a simplificar la complejidad de los organismos vivos con un "esto debe ser cosa de un dios que lo diseña y lo organiza todo", les debe resultar intrigante que los científicos moleculares andemos todo el rato hablando de los ácidos nucleicos y las proteínas como si fueran bolas de plastilina, o bloques de Lego, fáciles de manipular a nuestro antojo. Pero no hay que olvidar que son moléculas y que los humanos nos limitamos a utilizar propiedades químicas y leyes físicas que nos hemos encontrado dadas: es ciencia y no magia que los enlaces atómicos puedas romperse bajo ciertas condiciones y formarse en otras. Nos limitamos a aprovecharnos de ello.

En 1975, Nathans y Smith descubrieron que las bacterias producían unas enzimas muy curiosas para protegerse del ADN extraño (viral) susceptible de atacar su material genético: las endonucleasas o enzimas de restricción. Estas proteínas actúan como auténticas “tijeras moleculares”, capaces de cortar el esqueleto fosfato de la doble cadena de ADN sin dañar las bases nitrogenadas. Premio Nobel al canto: la ingeniería genética estaba en marcha, más conocida como "esto lo quito de aquí para ponerlo allá porque me interesa más", o, para los respetuosos de las jerarquías divinas, jugar a ser Dios.

Las enzimas de restricción son proteínas que pueden ser purificadas de cultivos a nivel industrial de las bacterias que las producen, y que dan nombre a la enzima en cuestión: EcoRI (E. coli cepa RI) por poner un ejemplo arquetípico. Hay cientos de ellas comercializadas con precios variables (de 20 euros a 200 en función de la rareza y concentración). El ADN bacteriano está protegido de sus propias enzimas por presentar grupos metilo (-CH3).

Las diferentes enzimas de restricción no cortan el ADN al azar, sino porque se unen a él tras reconocer una secuencia concreta (diana de restricción). De lo contrario no cortan nada. Las dianas suelen ser secuencias cortitas y los trozos de ADN resultantes pueden tener extremos romos o con fragmentos de secuencias protuberantes. Un extremo protuberante de una cadena de ADN "A" puede unirse a un extremo protuberante con secuencia complementaria de la cadena de ADN "B", que es la gracia del tema.

Las enzimas requieren para actuar unas condiciones especiales, para lo cual el proceso de digestión que tiene lugar en el tubo debe darse poniendo en contacto el ADN que se desea cortar con las enzimas de interés, un tampón con iones apropiados y la temperatura idónea apara la enzima (habitualmente, 37ºC), y dejar que las tijeras corten durante 1 hora o más horas.

Un batallón de otras proteínas colaboran en los procesos de ingeniería genética: ligasas (el pegamento necesario para que los fragmentos de ADN cortados puedan volverse a unir), polimerasas especiales que cortan extremos protuberantes y los vuelven romos, otras proteínas que impidan que un fragmento digerido vuelva a unirse solo...Un maletín de manualidades puesto al servicio de tu propio diseño de material genético.

Podéis entreteneros comprobando que cualquier secuencia es susceptible de contener dianas de restricción inventándoos una secuencia en un buscador de dianas aquí.

De lo que hemos aprendido en las entradas anteriores de la serie podemos deducir cuales son los procedimientos habituales: se purifican los ADN de interés, se amplifica la región concreta que deseemos cortar y pegar; los fragmentos de ADN digeridos pueden diferenciarse por electroforesis; podemos purificar ese ADN y disponer de su secuencia para buscar las dianas de restricción que contenga y elegir las enzimas de restricción adecuadas. Cortamos los fragmentos deseados y los podemos unir entre sí, uniendo moléculas de ADN de distinta procedencia. Pegamoslos fragmentos y ese ADN se puede introducir en una célula para que se replique normalmente (bacteriana o eucariota dependiendo de las modificaciones que después queramos que tenga la proteína).

Lo más habitual es que las víctimas de todos esos procesos sean las propias bacterias. A una bacteria a la cual se le ha introducido un fragmento de material genético procedente de otro organismo se le llama "clon" (a distinguir de lo que la mayoría de la gente entiende por "clonación"). A nivel comercial disponemos de cromosomas bacterianos circulares modificados (vectores) que contienen una región rica en dianas de restricción para que sea fácil cortar y pegar nuestro gen de interés, con regiones que permitan que ese gen se exprese en bacterias o células eucariotas, y otro gen que produce una proteína con propiedades antibióticas de manera que podamos matar las bacterias que no han introducido ese vector clonado y nos quedemos sólo con las amables bacterias que contienen nuestro vector y resisten al antibiótico, aparte de contener nuestro gen y/o producir nuestra proteína de interés.



También podemos cortar y pegar nuestro gen al gen que codifique una proteína fluorescente de manera que cuando se fabrique nuestra proteína, lleve colgando un farol luminoso que nos indique dónde está (esto lo veremos en una entrada posterior).

La lista de aplicaciones industriales, farmacéuticas y científicas es enorme: produccion de anticuerpos, proteínas de interés humano (producción de insulina para diabéticos, por ejemplo), generación de vacunas (como la de la hepatitis), modificación genética de plantas y animales (¡¡es la base de los transgénicos!!), terapia génica, y aplicaciones en medicina forense.

No obstante, la producción industrial por bacterias modificadas genéticamente de moléculas para consumo humano tiene muy mala prensa a raíz del trágico caso Showa Denko, en el que a finales de los 80 murieron 38 personas y más de 1500 quedaron seriamente afectadas por consumo de un suplemento dietético (L-triptófano) producido por bacterias modificadas al que no se le realizaron los debidos controles sanitarios; los grupos contrarios a la comercialización de alimentos transgénicos lo tienen como ejemplo preferido y más letal de los peligros de la manipulación genética. Vamos, es que no hay muchos más que hayan sido letales...Y no, la enfermedad de las vacas locas no es un ejemplo de efectos nocivos derivados de la manipulación genética, porque es una enfermedad infecciosa, producida por priones.