Plásmidos y clonado

Cuando mencionamos la palabra “clonado”, lo primero que se nos viene a la mente es la famosa oveja Dolly. Sin embargo, dentro de laboratorio de biología molecular, el clonado es más común a otra escala y en otro tipo de organismos.

El clonado in vitro es muy común y útil a la hora de buscar reproducir ciertos genes con el fin de producir proteínas o diferentes productos de interés en la industria farmacéutica o alimenticia. Es aquí donde intervienen los plásmidos, pequeñas moléculas de ADN circular, extracromosómicos y autoreplicables, muy comunes en las bacterias. Este ADN no forma parte del ADN del genoma principal, pero porta información esencial para la prosperidad del organismo, como por ejemplo, la resistencia a antibióticos. Cuando hablamos de clonación, nos referimos a los plásmidos como “vectores”.

Mediante el uso de técnicas de la ingeniería genética y expresándolo de un modo muy simplificado, es posible extraer un plásmido de una bacteria, abrirlo, insertarle una secuencia que contenga un gen de interés y cerrar nuevamente el plásmido. Aprovechando la capacidad de reproducción independiente del ADN cromosómico que tienen estas moléculas, es posible multiplicar fácilmente el número de copias. ¿Cómo?, insertando nuestro nuevo plásmido (conteniendo ya nuestro gen de interés) en una bacteria y creciendo la bacteria en un medio adecuado. La bacteria se multiplica rápidamente dando así muchos clones del gen insertado.

Temperatura y proteínas, tienen algo que ver?

Las enzimas son proteínas que pueden catalizar reacciones químicas, acelerando la ocurrencia de ciertos procesos biológicos. Sin ayuda de las enzimas, estos procesos tardarían mucho tiempo y la vida sería muy diferente a como la conocemos.

Las proteínas son complejas biomoléculas formadas por la unión consecutiva de aminoácidos. La interacción interna de estos aminoácidos mediante uniones iónicas y covalentes da lugar a la formación de estructuras tridimensionales muy estables a temperatura fisiológica.

Las enzimas conservan su funcionalidad mientras conserven su estructura y plegamiento adecuado. Temperaturas por debajo de la óptima las inactivan. Sin embargo, temperaturas por encima, ocasionan la ocurrencia de un proceso conocido como desnaturalización.

Cuando una proteína se desnaturaliza por acción de la temperatura, los enlaces entre moléculas pierden estabilidad, se rompen y la proteína pierde su estructura tridimensional, así como su funcionalidad.

Cuando una persona tiene fiebre, se produce un aumento de la temperatura media corporal, en ocasionas como mecanismo de defensa frente a la invasión de un virus o una bacteria. Se espera que las proteínas del organismo invasor no toleren la temperatura elevada que nuestras proteínas y enzimas internas podrían tolerar. Sin embargo, este mecanismo es nocivo incluso para nosotros mismos, por lo que siempre se busca descender la temperatura frente a la aparición de fiebre.

Los sistemas biológicos están diseñados para trabajar en condiciones adecuadas, si alteramos ciertos parámetros, el correcto funcionamiento siempre se verá afectado.

Genes saltarines!

En los genomas, tanto eucariotas (ej. plantas, animales,) como procariotas (ej. bacterias) existen secuencias de ADN que tienen la capacidad de “moverse” de un lugar a otro y reciben el nombre de transposones. En los eucariotas es más común la transposición mediante un intermediario de ARN (retrotransposición), lo que implica que la secuencia de ADN no salta de un sitio del genoma a otro, sino que es copiada y luego insertada, logrando duplicar la secuencia en cuestión y a su vez, ampliando el tamaño del genoma.

Estos elementos movibles tienen la capacidad de alterar el genoma, por ejemplo, llevando un gen de un lugar a otro o silenciando un gen debido a una inserción en el medio de la zona codificante. En humanos aproximadamente el 45% del genoma corresponde a este tipo de elementos movibles.

En bacterias, es más común la transposición directa de ADN. Existen Secuencias de Inserción (IS), donde un fragmento de ADN que posee solo el gen que codifica para la transposasa (enzima que ayuda al proceso de la transposición) se mueve de un sitio del genoma a otro. Por otro lado, aquellas secuencias que además de poseer la transposasa contienen también algún que otro gen, reciben el nombre de transposon.

Barbara McClintock fue la primera en estudiar este fenómeno en eucariotas, en particular, en la planta del maíz. Descubrió, entre otras cosas, que estos genes saltarines daban una diversidad fenotípica (apariencia y rasgos físicos definidos) increíble de una progenie a la otra. Por ello, recibió el premio Novel en 1983.

Los transposones son foco de estudio incluso hoy en día. Debido a que estas secuencias pueden moverse o autoreplicarse de un lugar del genoma a otro (incluso de cromosoma a cromosoma), ocasionan la aparición de mutaciones y por ende enfermedades. Se conocen enfermedades en humanos que son originadas por el efecto de la transposición, por ejemplo la inserción de un gen movible sobre otro codificante para alguna enzima esencial, como es el caso de la Hemofilia de tipo A y B, y la distrofia muscular Duchenne.

ADN de mamá y... mezcla

Sabemos que en el núcleo de nuestras células tenemos la información genética heredada que nos define y nos caracteriza. Éste ADN nuclear se origina en los animales como resultado de la unión de dos gametos conocidos, el óvulo y el espermatozoide.

La información genética de ambos padres se “mezcla” durante un proceso que incluye la recombinación cromosómica o crossing over. Aquí, los cromosomas intercambian secciones de su ADN dando origen a una variabilidad impresionante. Por ello, tenemos rasgos parecidos a nuestros padres, pero no existe posibilidad de que salgamos idéntico solo a uno de ellos.

Sin embargo, la información genética presente en el núcleo de nuestras células no es la única presente en nuestro organismo. Localizada también en las células, están las mitocondrias, organelas bien conocidas por ser motores energéticos, dado que producen la mayor parte del ATP (combustible energético) que requiere la célula, y en donde también encontramos ADN.

El ADN mitocondrial no es heredado de ambos padres ni mucho menos mezcla de ellos. Este ADN es pura y exclusivamente heredado de nuestra madre. Las primeras mitocondrias presentes en los primeros segundos posteriores a la unión de los gametos provienen del óvulo de la madre. Así es que, nuestro ADN mitocondrial, proviene de mamá. Tenemos entonces, más información genética por herencia materna que paterna? Bien, esa es una pregunta que generaría un gran debate.

Imagen: Microfotografía electrónica de una mitocondria. (http://www.genomasur.com/lecturas/Guia09.htm)

Jugoso o a punto? Mejor cocido.

Es muy común que nos aconsejen comer carne bien cocida, pero hay quienes la prefieren bien jugosa y otros “vuelta y vuelta”. Para gusto de algunos, el trozo de carne casi que dice “muuuu”. Es cuestión de gusto, ¿pero qué pasa cuando el gusto afecta a la salud?

No es un mito popular que el comer carne cruda traiga consecuencias para la salud. El listado de microorganismos patógenos y organismos dañinos que puedan ingresar a nuestro cuerpo mediante esta vía es bastante extenso. Partiendo por los más pequeños, como la salmonella o E. coli patógena, hasta organismos más grandes, como la tenia.

Las tenias pertenecen al filo platelminto, clase cestodos y se conocen también como “gusanos planos”. Son parásitos muy comunes y causan gran variedad de enfermedades y trastornos. Poseen una cabeza con pequeñas ventosas y ganchos que les permiten sostenerse y permanecer aferrados al tracto intestinal del huésped, posiblemente, un humano. Estos parásitos no poseen estómago, por lo que absorben los alimentos a través de su piel. Viven mientras permanecen adheridos, y están liberando huevos constantemente. Los huevos son infecciosos para el huésped y extiende el contagio a otras personas una vez expulsados del organismo.

Las dos tenias más conocidas son la tenia del ganado bovino (Taenia saginata) y la tenia del cerdo (Taenia solium). La primera puede llegar a medir hasta 6m. En los bovinos, el parásito puede albergarse en los músculos, pudiendo ser detectado a simple vista en un trozo de carne. La tenia de cerdo termina su ciclo en el ser humano, es decir, somos los huéspedes definitivos. Esta tenia puede enquistarse en el cerebro, músculos u otros órganos. El crecimiento de la tenia causa cisticercosis y puede ocasionar graves daños e incluso la muerte.

El ser humano puede infectarse no solo por comer carne cruda sino por falta de higiene, en especial cuando se tiene contacto con animales que pueden ser huéspedes intermediarios de estos parásitos.

La carne, cualquiera sea, mejor bien cocida. El calor alto en la cocción logra erradicar la posibilidad de infección, ya que éstos parásitos no sobreviven a temperaturas elevadas.

No voy a agregar una fotografía de una tenia en este post porque el parásito es realmente desagradable, pero ustedes pueden googlear, si lo desean. Sí voy a postear una fotografía de unas costillitas de cerdo como solo se prepara en Santa Fe.

Combustible para el cerebro

Nuestro cuerpo requiere diferentes nutrientes para poder funcionar adecuadamente. Cada órgano tiene su combustible preferencial y es por ello que la dieta debe ser lo más equilibrada posible de acuerdo a nuestras necesidades nutricionales.

El cerebro usa básicamente glucosa, aproximadamente unos 120 gramos al día, bastante, no? Si consideramos que el cuerpo completo requiere de aproximadamente unos 190 gramos al día, podríamos decir que el cerebro es realmente un goloso! En caso de falta de glucosa, el cerebro puede hacer uso de cuerpos cetónicos, compuestos que el organismo puede sintetizar haciendo uso de reservas mediante vías metabólicas complejas.

La importancia del desayuno radica fundamentalmente en la necesidad de reponer las reservas de glucosa que guardamos en el hígado y en los músculos en forma de glucógeno. Estas reservas se agotan luego de unas 12 horas sin ingesta de alimento, por ello es tan importante el desayuno. La glucosa que guardamos en hígado y músculos son usadas a lo largo del día para diferentes requerimientos, entre ellos, alguna urgencia del cerebro. Así que, siempre es bueno desayunar bien y, mi consejo extra: tener unos caramelos a mano para la hora de ir a dar un examen ;-)

Enzimas en el jabón en polvo

El uso de microorganismos en la industria está muy diversificado en estos tiempos. Las aplicaciones son muy variadas y van desde la alimenticia, como la producción de quesos y panes, hasta la petroquímica, poniendo como ejemplo a bacterias que son capaces de degradar el petróleo y generar productos inocuos para el medio ambiente.

En la industria textil y de químicos para limpieza podemos citar un bichito muy útil, el Bacillus lincheniformis. Esta bacteria es muy empleada para la elaboración de detergentes y jabones en polvo.

¿Dónde radica su potencial? Esta bacteria nos proporciona componentes que ayudan a degradar restos de comida o manchas en la ropa. Restos proteicos que puedan encontrarse en una prenda luego de haberla manchado con sangre, por ejemplo, se degradan con ayuda de la subtilisina, una proteasa (un tipo especial de enzima) obtenida de B. lincheniformis y comunmente secretada por otros bacilos.

La amilasa ayuda a degradar restos de almidón (proveniente de alimentos como la papa), y en particular, la extraída de esta bacteria, es muy resistente a la accion de proteasas, a temperaturas por sobre los 85 grados y a medios muy alcalinos.
El uso de enzimas en la industria para la producción de jabones lleva muchas décadas de constante mejora.

Algo más curioso aún, dónde podemos encontrar muchos B. lincheniformis?, en las plumas de las aves!