CLONATGE MOLECULAR

El clonatge molecular o de gens consisteix en unir un fragment d’ADN anomenat ADN estrany amb un altre ADN anomenat ADN receptor capaç de replicar-se de manera autònoma i així poder obtenir moltes còpies del fragment d’ADN. L’objectiu final pot ser guardar aquestes copies per a posteriors estudis o aconseguir que aquest fragment estrany s’expressi. S’anomena ADN recombinant el format per l’ADN estrany més l’ADN receptor.

————–/————/—————
d’ADN
estrany

———————————————
ADN receptor

————————–/———–/———————
ADN recombinant

 [kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/x2jUMG2E-ic" width="425" height="350" wmode="transparent" /]

Normalment s’introdueixen gens al genoma d’un individu que n’està mancat. La tècnica per aconseguir això s’anomena Enginyeria Genètica.

Aquesta tècnica és possible gràcies a uns enzims anomenats Enzims de Restricció que reconeixen seqüències específiques de l’ADN i tallen cada vegada que troben aquestes seqüències.

Per fer possible la formació d’ADN recombinant cal introduir el fragment d’ADN estrany aïllat dintre d’una altra cèl•lula anomenada cèl•lula hoste, en la qual aquest ADN es replicarà i s’expressarà. Per a introduir el fragment d’ADN estrany dintre de la cèl•lula hoste s’utilitzen vectors de clonatge.

S’utilitzen com a cèl•lules hoste:

• Cèl•lules procariotes: bacteris
  – Esterichia coli
  – Bacillus subtilis

• Cèl•lules eucariotes:
  – Llevats: Sacharomyces cerevisiae
  – Cèl•lules de mamífer

Les cèl•lules hoste han de complir unes característiques:

– Han de ser de creixement ràpid
– Han de poder créixer en un medi de cultiu barat
– No han de ser patògenes
– Han de poder acceptar el vector fàcilment
– Han de ser estables en cultius

.

CLONATGE DE GENS EN BACTERIS

Tipus de vectors per a clonar gens en bacteris:

• Plasmidis: són ADNs circulars extracomosòmics que es troben als bacteris. Tenen replicació independent, existeixen moltes còpies per cèl•lula (20-30 còpies per cèl•lula), accepten fragments d’ADN de 9Kb i presenten gens resistents als antibiòtics.

• Fags: són virus que parasiten als bacteris, tenen una replicació independent dintre de la cèl•lula bacteriana, penetren fàcilment, produeixen moltes còpies i molt ràpidament.

• Cosmidis: és una molècula mixta entre un plasmidi i un fag, de fet és un plasmidi al qual se li incorporen els extrems cohesius (lloc per on es tallar l’ADN del fag i que posteriorment permet la l’encapsulació).

•  Vectors artificials “navette”.

• YAC: cromosomes artificials de llevats.

• MAC: cromosomes artificials de mamífers.

Els vectors de clonatge han de complir una sèrie de característiques:

• Han de poder replicar-se dintre de la cèl•lula hoste.

• Han de ser petits i poder suportar una gran càrrega d’ADN.

• No han d’alterar la cèl•lula hoste.

• Han de ser estables dintre de la cèl•lula hoste.

• Han de presentar marcador seleccionables (permetre distingir quines cèl•lules hoste els han incorporat i quines no. Normalment si la cèl•lula hoste és un bacteri s’utilitza un gen que presenti resistència a un determinat antibiòtic).

• Han de presentar llocs únics per a enzims de restricció.

• Han de ser de fàcil utilització i aïllament

En la seva utilització s’han de seguir els següents passos

1. Preparació del vector: Tallar el vector amb un enzim de restricció que talli pel locus desitjat i tractar es extrems per evitar l’autotancament.

2. Preparació de l’ADN que es vol clonar: (ADN estrany): Tallar l’ADN amb el mateix enzim de restricció.

3. Formació de l’ADN recombinant: la unió dels extrems es realitza amb una ligasa.

4. Elecció de la cèl•lula hoste segons el vector i la finalitat de la clonació.

SELECCIÓ DE COLONIES QUE CONTENEN EL GEN CLONAT

Si la clonació s’ha fet en bacteris, per reconèixer quines bacteris han incorporat el gen estrany es fa un cultiu en un medi amb antibiòtic (el vector ha de portar com a marcador un gen que li confereix resistència a l’antibiòtic que es posa al medi de cultiu). Si han incorporat el vector creixeran en el medi de cultiu, sinó, no.

ESTUDI DE L’EXPRESSIÓ DEL GEN CLONAT

L’expressió del gen pot presentar problemes en la cèl•lula hoste, per tant s’han de seleccionar els hostes que a més de contenir el gen, aquest s’expressi.

• Si el gen s’expressa en la cèl•lula hoste la seva detecció és fàcil, ja que detectarem el seu producte que serà una determinada proteïna.

• Si el gen no s’expressa, per a la seva detecció s’utilitzen anticossos o sondes d’ADN.

APLICACIONS DEL CLONATGE DE GENS EN BACTERIS

A- Producció de substàncies humanes amb finalitat terapèutica o industrial

Els primers gens humans introduïts en bacteris per tal d’obtenir substàncies d’interès terapèutic han estat el gen de la insulina, el gen de l’hormona del creixement, el gen de l’interferó i el gen del factor VIII de la coagulació

• 1982: La insulina és una molècula encarregada de regular els nivells de glucosa en sang. Està formada per dues cadenes d’aminoàcids de 21 i 30 aminoàcids cada una. Un cop aïllades les dues seqüències d’ADN que codifiquen cada cadena s’introdueixen per separat amb plasmidis dintre de bacteris, darrere de l’operó lac. En afegir lactosa al medi els bacteris comencen a sintetitzar les dues cadenes. Després es retiren, es purifiquen, s’uneixen les dues cadenes i s’obté la insulina humana madura. És una via molt ràpida i molt rendible d’obtenció d’insulina. A més, es tracta d’insulina humana en lloc d’insulina porcina o bòvida, que és la que hi havia abans al mercat, això evita els problemes de rebuig que es plantejaven en molts de casos.

• 1982: L’hormona del creixement (rhGH) és una proteïna de 191 aminoàcids. També ha estat clonada en bacteris mitjançant plasmidis i introduïda en un lloc regulat per l’operò lac. S’utilitza per tractar alguns casos de nanisme.

• Anys 90: L’interferó és una proteïna de molts aminoàcids, també s’ha clonat en bacteris, encara que la taxa d’obtenció és molt baixa. Limita a anul•la els efectes de la infecció; s’utilitza per a tractament de càncers i de malalties víriques.

• Anys 90: El factor VIII de la coagulació és una proteïna necessària per la coagulació de la sang, també ha estat clonada en bacteris. S’utilitza per a tractar l’hemofília.

• 1988: Lipolasa, enzim utilitzat per la neteja de roba.

• Proteases, enzim utilitzat per al encuirat de pells.

• Enzims que permeten transformar els olis de baixa qualitat com el de palma, amb olis de característiques més desitjables.

B- Llibreries genòmiques o bancs d’ADN

Les llibreries genòniques o bancs d’ADN contenen clonat de forma trossejada tot l’ADN d’un genoma, tant els gens coneguts com els desconeguts, com l’ADN que no porta cap informació, o bé fragments d’ADN que contenen informació rellevant per a projectes d’investigació concreta. Permet obtenir moltes còpies d’un determinat fragment o gen per a el seu estudi.

Hi ha centres d’investigació que emmagatzemen fragments d’ADN d’un determinat tipus en funció de la seva línea d’investigació, com per exemple el Banc Nacional d’ADN, el banc d’ADN en fibromiàlgia , el banc d’ADN de l’hospital de Reus per a malalties neuropsiquiàtriques, etc.

Altres bancs d’ADN emmagatzemen mostres d’ADN per tal d’identificar criminals, cadàvers de fets catratòfics o criminals i persones desaparegudes. Actualment a Espanya hi ha tres bancs d’ADN amb aquesta finalitat: ADN-Humanitas i ADN-Veritas (responsabilitat de la Policia Nacional) i el Projecte Fènix (responsabilitat de la Guàrdia Civil). La finalitat de l’ADN-Veritas  és facilitar el treball d’identificació de criminals al cos de policia. Per això, en aquesta base trobem informació tant de criminals (les autoritats determinen quins han de donar una mostra biològica per ser analitzada i fitxada) com dels vestigis biològics trobats en l’escena del crim. Això permet que quan s’introdueix el codi d’ADN a l’ordinador d’algun vestigi biològic trobat, aquest cerqui a les seves bases de dades si algun criminal té el mateix o si hi ha cap vestigi biològic més amb el mateix codi. Els altres dos bancs, ADN-Humanitas i Projecte Fènix, tenen com a finalitat la  identificació de cadàvers de fets catastròfics i de persones desaparegudes, a partir de la comparació de l’ADN d’aquests amb el dels familiars.

Per a obtenir bancs genòmics és important l’elecció del vector ja que interessa que el fragment a clonar sigui el més llarg possible (amb fags s’obté més nombre de còpies, però no admeten fragments tant llargs com els plasmidis o els cosmidis)

.

CLONATGE DE GENS EN CÈL.LULES EUCARIOTES

Introduir un gen a una cèl•lula eucariota és força més complicat que introduir-lo dintre d’un bacteri. Es pot realitzar amb plasmidis i amb virus però també s’utilitzen tècniques alternatives com: la microinjecció (introducció d’ADN amb una microxeringa i un micromanipulador) o l’ús d’una pistola que dispara microbales de metall recobertes d’ADN.

La introducció de gens es pot fer a una cèl•lula somàtica o a una cèl•lula germinal, en el primer cas només la cèl•lula somàtica o les que s’han originat a partir d’ella tindran incorporat el gen. En el darrer cas tots els individus descendents tindran incorporat el gen en qüestió.

L’introdució de gens en cèl.lules germinals permet obtenir organismes transgènics, organismes que porten incorporat un gen estrany. Són molt els casos de vegetals i animals que han esta moficats genèticament, més endavant en veurem alguns exemples i ens ocuparem de la polèmica que han suscitat.

L’introducció de gens en cèl•lules somàtiques és utilitzat com a teràpia gènica per a curar determinades malalties. Normalment s’utilitza de forma experimental en animals, però, recentment s’ha començat a utilitzar en humans malgrat la diversitat d’opinions respecte a la seva utilització.

Adreçes d’interés:

http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/contratapa/aprendiendo/capitulo13.htm

LA TÈCNICA DE LA PCR

La clonació de gens i, en general d’ADN ha estat possible gràcies a una tècnica inventada al 1980, la PCR ( acrònim anglès de polymerase chain reaction) per Kary Mullis que li va suposar el premi Nobel de Química al 1993. La PCR va ser patentada al 1987 per la companyia Cetus per a la qual treballava Mullis.

La PCR és un mètode ràpid i versàtil d’ampliació in vitro de seqüències d’ADN o d’ARN. Permet ampliar una petita part d’ADN, anomenat ADN diana, d’una mostra d’ADN. Això permet obtenir una gran quantitat de copies d’un gen o d’un fragment d’ADN que ens interessi estudiar o que ens interessi clonar.

La tècnica es basa en la desnaturalització/hibridació de l’ADN. La desnaturalització  consisteix en el trencament dels ponts d’hidrogen que estabilitzen les dues cadenes d’ADN que formen la doble hèlix, quan s’escalfa la molècula d’ADN, això provoca que les dues cadenes es separin. Si la solució d’ADN es deixa refredar les dues cadenes es tornen a unir, s’hibriden o renaturalitzen, gracies a la complementarietat de les seves bases.

A l’especificitat del reconeixement de les bases complementaries s’uneix la capacitat de l’ADN de replicar-se in vitro. Per a que tingui lloc la replicació es necessita un enzim, l’ADN-polimerasa, que catalitza la replicació afegint nucleòtids complementaris de la cadena motllo de l’ADN (cadena paterna) a l’extrem 3′ de la cadena nova (cadena filla). La replicació necessita a més a més un primer, és a dir un fragment d’ADN monocatenari que hibride amb l’extrem 3′ lliure de l’ADN de la cadena motllo, a partir del qual podrà començar a actuar l’ADN-polimerasa.

En una reacció bàsica de la PCR.

• Dos primers que són complementaris de les regions dels dos costats del gen o seqüència d’ADN que es vol amplificar.

• Una ADN-polimera específica, la Tq-polimerasa (obtinguda de l’espècie bacteriana Thermus aquaticus) que és termoestable i permet que tota la reacció transcorri en el mateix vial, sense necessitat d’afegir ADN-polimeras fresca, ja que no es desnaturalitza en augmentar la temperatura del vial.

Un cicle de la PCR consta de:

1. Desnaturalització de la doble helix d’ADN.

2. Hibridació amb la cadena de primers específics.

3. Elongació de les noves cadenes.

El nombre de cadenes obtingudes dintre del vial augmenta exponencialment en augmentar el nombre de cicles de la PCR, de manera que partint d’una sola cadena, en 30 cicles es poden obtenir fins a 10 elevat a 9 còpies de la cadena original.

AVANTATGES D’AQUESTA TÈCNICA

•  Ús fàcil.

• Rapidesa.

• Repetitivitat.

• Sensibilitat.

• És bastant econòmica i hi ha molt oferta al mercat.

LIMITACIONS D’AQUESTA TÈCNICA

• Pèrdua d’eficàcia de la polimerització per formació de dímers de primers.

• Desnaturalització de la Taq.

• Contaminació d’ADN extern.

APLICACIONS DE LA PCR

• Diagnosi de malalties infeccioses: detecció de l’ADN de l’agent infecciós en una mostra clínica.

• Diagnosi de mutacions associades a malalties genètiques: detecció del gen anormal causant de la malaltia, ja sigui en adults o en anàlisi prenatal.

• Anàlisi de seqüències d’ADN en mostres envellides com els restes fòssils. En aquest cas permet obtenir moltes còpies d’ADN molt escàs o molt degradat.

• Medecina forense.

• Clonació posterior.

• Obtenció de sondes d’ADN.

• Seqüenciació d’ADN.

• Mutagènesi dirigida.

LA CANÇÓ DE LA PCR

Per tal de fer publicitat dels seus termorecicladors (aparells per la realització de la PCR) la empresa Bio-Rad, va editar un vídeo musical que us presento a continuació amb la lletra de la cançó.

 [kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/x5yPkxCLads" width="425" height="350" wmode="transparent" /]

The PCR Song

There was a time when to amplify DNA,
You had to grow tons and tons of tiny cells.
Then along came a guy named Dr. Kary Mullis,
Said you can amplify in vitro just as well.

Just mix your template with a buffer and some primers,
Nucleotides and polymerases, too.
Denaturing, annealing, and extending.
Well it’s amazing what heating and cooling and heating will do.

——PCR, when you need to detect mutations.
——PCR, when you need to recombine.
——PCR, when you need to find out who the daddy is.
——PCR, when you need to solve a crime.
——(repeat chorus)

La possibilitat de modificar espècies animals i vegetals mitjançant l’Enginyeria Genètica va suscitar moltes esperances en el camp de la sanitat i de l’alimentació,  així va nèixer la tècnica per crear organismes transgènics o organismes modificats genèticament (OMG). Un organisme transgènic és aquell que s’ha desenvolupat a partir d’una cèl·lula en la qual s’han introduït gens estranys i que els ha incorporat al seu genoma.

VEGETALS TRANSGÈNICS

Introduir un gen a un organisme vegetal representa un procés més sezill que en el cas de fer-ho a un organisme animal. Es pot introduir el gen a una cèl·lula del vegetal mitjançant bacteris que presentin plasmidis amb el gen. Posteriorment, a partir d’aquesta cèl·lula, es pot obtenir una plàntula que en desenvolupar-se originarà la planta adulta amb el gen estrany incorporat a totes les seves cèl·lules. Les plantes transgèniques originen llavors transgèniques que s’utilitzen per obtenir noves plantes transgèniques.

Entre els vegetals transgènics podem destacar:

• Varietats transgèniques de blat de moro que resisteixen les gelades gràcies a la incorporació d’un gen d’un peix de l’Àrtic molt resistent al fred, varietats que resisteixen  determinades plagues gràcies a la incorporació d’un gen d’una espècie de blat resistent a les plagues, varietats que resisteixen alguns herbicides gràcies a la incorporació d’un gen bacterià.

• Varietats transgèniques del blat més nutritives i més resistents a les plagues i als herbicides gràcies a la incorporació de determinats gens d’insectes i bacteris.

• Varietats transgèniques del tomàquet que maduren més lentament perquè anul·la l’expressió del gen de la maduració en introduir aquest mateix gent però en sentit invers.

• Varietats transgèniques d’arròs, soja patata, etc..

ANIMALS TRANSGÈNICS

La introducció de gens estranys a un animal es realitza per microinjecció del gen al zigot, de manera que totes les cèl·lules del nou individu portin incorporat el gen. la tècnica es més complexa i fa necessària la fecundació in vitro.

Les aplicacions més importants s’han portat a terme en peixos, ja que en tenir fecundació externa és més fàcil l’obtenció i manipulació de les gàmetes i la introducció del gen al zigot abans de la unió dels dos pronuclis, el de l’òvul i el de l’espermatozoide; d’aquesta manera s’obtenen embrions transgènic. Amb aquestes tècniques s’ha obtingut: 

• Carpes transgèniques que creixen més ràpidament perquè porten un gen de l’hormona del creixement que és sensible als metall, de manera que quan s’afegeix zinc, o un altre metall, a la dieta el creixement és entre 20  i 46% més ràpid.

• Salmons transgènics que resisteixen millor les baixes temperatures gràcies a la incorporació d’un gen d’una espècie de pelaies de l’Àrtic.

• En mamífers s’ha aconseguit ratolins transgènics en els quals es produeix una mutació en el gen de l’hormona de creixement i posteriorment se’ls introdueix el gen de l’hormona de creixement de la rata, amb això s’aconsegueix que produeixin fins a 800 vegades més hormona de creixement que els ratolins normals, essent individus amb triple pes i triple mida. Però l’aplicació més important és la transferència d’un gen causant d’una malaltia humana en un ratolí, amb això s’aconsegueixen ratolins amb la malaltia en els quals es poden experimentar diferents mètodes de tractament.

• Un altre camp en el que es treballa és el de mamífers que excreten amb la llet un determinat producte (proteïna), normalment es tracta d’un medicament difícil d’aconseguir al laboratori. Per aconseguir que el gen del producte s’expressi a la llet es canvia el promotor del gen per un promotor del gen de la lactoglobulina o el de la caseïna, les dues proteïnes principals de la llet. El gen estrany s’expressarà fàcilment i el seu producte es trobarà a llet, ja que el seu promotor serà reconegut com el de la caseïna o lactoglobulina. En aquest sentit s’ha obtingut:    

  • Rates transgèniques que porten a la llet una proteïna (activador del plasminogen) capaç de dissoldre trombres. La quantitat és de 300 nanograms per litre.

  • Ovelles transgèniques que produeixen a la seva llet el factor antihemofílic humà IX utilitzat en el tractament d’hemofílics. La quantitat és de 5 micrograms per litre.

  • Vaques transgèniques que porten un gen que inhibeix el creixement de determinats bacteris, la llet de les quals és un aliment molt adequat per a persones amb el sistema immunològic molt disminuït.

• En aus es treballa en dues àrees: 

  • Una de les àrees més intenses és la construcció de pollastres transgènics que porten gens resistents a agents patògens, per exemple la introducció del gen de ratolí que dona resistència a la grip aconsegueix teixits de pollastre resistents a la grip aviar.

  • Però un dels camps en el que s’intenta aprofundir és en l’aprofitament de l’ou com a medi on s’excreten productes de gens que previament s’hagin introduït a la gallina.

• A començaments de l’any 2001 va ser notícia la introducció d’un gen de medusa en el genoma d’un primat, Maccacus Rhesus, el nou individu anomenat Andy (ANDi ) es va desenvolupar amb normalita i els òrgans que incorporaren el gen van adquirir un color verd. Va ser el primer cas d’una experiència d’aquest tipus en un animal tan pròxim a l’home.

• Al desembre de 2007 un grup de científics sudcoreans va crear uns gats d’angora turcs que emetien un resplendor fluorescent, especialment en algunes parts com el musell, orelles i ulls, quan s’exposaven a llum ultraviolada. Això va ser possible gracies a la introducció d’un gen que codifica una proteïna que provoca fluorescència vermella. El material genètic que codifica aquesta proteïna provenia de una sèrie de virus molts dels qual causen malalties com l’estomatitis vesicular al bestiar boví o altres associats a la leucèmia.

ALIMENTS TRANSGÈNICS

Els risc dels aliments transgènics es pot considerar des de diferents punts de vista, el risc que comporten per a la salut, el risc per al medi ambient i el problema socioeconòmic que pot suposar que la tecnologia dels transgènics estigui en mans d’unes poques multinacionals.

EL RISC PER A LA SALUT

La majoria de científics consideren inexistent el risc per a la salut derivat de la ingestió de productes transgènics, entre altres fets destaquen que ingerim els organismes morts i que és impossible la transferència d’un gen mitjançant la digestió; suposar que un gen que ingerim pugui passar al nostre ADN i formar part d’ell es tant com dir que si mengem pollastre ens poden ser transferits els gens que codifiquen la formació d’ales.

El risc que els OMG pot comportar per a la salut ve per un altre camí, ve de la introducció de gens marcadors juntament amb els gens estrany  que confereix la característica desitjada; això pot comportar un cert perill si aquest gen marcador és, per exemple, un gen resistent a un antibiòtic. Els gens marcadors resistents als antibiòtics  s’introdueixen juntament amb el gen estrany. Però  després de la clonació  del gen es pot detectar, sense necessitat de esperar que la planta arribi a adulta, si a l’embrió o a la plàntula sortida de l’embrió s’ha incorporat aquest gen estrany. Simplement es sotmet a un tractament amb l’antibiòtic del qual se li ha conferit resistència i aquelles plantes que hi són resistents són les que han incorporat el gen. El rics potencial que això comporta és que aquests gens resistents als antibiòtics puguin passar als bacteris, creant-se noves soques de bacteris resistents a antibiòtics; i si aquests antibiòtics són els que utilitzem els humans en el tractament de malalties bacterianes, el perill és evident.

Hi ha dos mecanismes de transferència del gen resistent a un antibiòtic des de la planta transgènica al bacteri:

• Un primer mecanisme  és a través dels animals que s’alimenten de les plantes transgèniques. Aquest gen pot ser transferit als bacteris del tub digestiu dels animals els quals es dispersaran al medi amb les desfetes fecals. Cal dir no obstant que molts dels bacteris del tub digestiu ja són resistents als antibiòtics.

• Un segon mecanisme té lloc a través de les fulles o arrels en descomposició que hi ha al sòl, les quals poden transferir el gen resistent als bacteris del propi sòl, molts d’aquests bacteris són bacteris productors de malalties en humans.

En aquest aspecte hi trobem defensors i detractors, en el primer cas hi trobem els biotecnòlegs de les empreses pioneres en el comerç de llavors transgèniques en el segon cas hi trobem organitzacions ecologistes i organitzacions defensores de una alimentació natural, però també i trobem científics de gran credibilitat. Cal dir de totes maneres que tots dos ocupen posicions massa radicals i extremistes. Si bé és cert que el risc zero no existeix i que encara és massa aviat per poder arribar a conclusions definitives,  la possibilitat que els aliments transgènics provoquen un perjudici per la salut és remot i el problema que suposa la utilització de marcadors genètics de resistència als antibiòtics pot ser eliminat utilitzant tècniques alternatives. Cal tenir en compte que els aliments transgènics que han obtingut el permís de comercialització han hagut de passar una sèrie de proves de laboratori destinades a demostra la seva innocuïtat sanitària molt més rigoroses que qualsevol altre aliment.

EL RISC PEL  MEDI AMBIENT

El risc per al medi ambient és més real. El principal problema és la disminució de variabilitat que això comporta, ja que les poblacions de l’espècies o varietats transgèniques en ser més resistent a gelades, herbicides, plagues, etc. augmenten en perjudici d’altres espècies menys resistents. Aquesta disminució de variabilitat pot ser negativa, ja que qualsevol factor ambient negatiu que es presenti destruirà tota la població (teoria darwiniana de la selecció natural)

Un altre problema són els creuaments entre l’espècie transgènica i altres varietats silvestres del costat, tot i que s’intenta evitar la pol·linització amb altres espècies un esdeveniment d’aquest tipus deixaria fora de control molts descendents transgènics.

Però cal recordar que l’agricultura  per sí mateixa és un atac a la biodiversitat i els riscos dels OGM no són diferents dels derivats d’ una agricultura intensiva. S’ha de treballar, per tant per preservar la biodiversitat en tots els camps: tecnològic, ecològic i socioeconòmic.

EL PROBLEMA SOCIOECONÒMIC

de fet, és quan es parla d’economia quan comença el debat més aferrissat sobre els transgènics.

La tecnologia per a produir OMG està en mans d’unes poques empreses multinacionals, aquestes empreses han començat a patentar els seus productes. Fins ara només eren patentables les tècniques, no s’acceptaven patents d’éssers vius, però  fins fa poc això ha canviat, així trobem quantitat de productes transgènics ja patentats com: llavors de blat de moro,  de soja, de cotó,  d’hortalisses, etc.. Això obliga que els agricultors que vulguin utilitzar aquestes llavors han de comprar-les a les multinacionals, no poden crear les seves pròpies llavors. El comerç de trangènics, d’aquesta manera, queda en mans d’uns pocs.

Els defensors dels productes transgènics addueixen l’estalvi econòmic que suposa la menor utilització de plaguicides en el tractament d’aquestes plantes transgèniques i el major rendiment que el seu conreu suposa (més quantitat de producte per hectàrea), propagant,  fins i tot,  que la solució per eradicar la fam del món passa per la utilització d’aquests transgènics en el Tercer Món.  Els detractors responen que encara que fos certa la menor utilització de plaguicides, cosa que es posa en dubte,  els preus de les llavors transgèniques només són assequibles per uns quants, resulten cares pels agricultors i impossibles d’importar per part del països pobres, cosa que, a la llarga, contribuirà a accentuar les diferencies entre el món desenvolupat i el Tercer Món. A més a més les empreses capdavanteres en productes transgènics també ho són en herbicides i altres productes agroquímics directament relacionats en el conreu d’aquestes i altres plantes donant lloc a la creació de monopolis en el sector agroalimentari.

EL COMERÇ DELS TRANSGÈNICS

Principals empreses productores de llavors transgèniques	milions de dòlars
DuPont (EEUU)	1.835
Montsanto (EEUU)	1.800
Novartis (SUI)	1.000
Aventis (FRA)	733
AstraZeneca (RU-HOL)	428
Savia (MEX)	412
KWS (ALE)	370
AgriBoitech (EEUU)	370
Sakata (JAP)	349
Takii (JAP)	300

Les cinc primeres empreses són responsables del

• – 60% del mercat global de plaguicides

• – 23% del mercat de llavors

• – pràcticament del 100% del mercat de llavors transgèniques

L’ENFRONTAMENT ENTRE ELS EE UU I LA CE

Hi ha una forta polèmica en quant a l’etiquetatge i la comercialització d’aliments que porten en la seva composició productes transgènics. Els EEUU, principal exportador de productes transgènics i defensor de la lliure circulació d’aquests productes s’enfronta a la CE més reticent a la seva utilització i més exigent en el seu etiquetatge. Àustria  i Luxemburg van ser amenaçats amb un possible processament per haver-se negat a que un producte transgènic autoritzat (blat de moro de la empresa Novartis) fos conreat i comercialitzat en el seu territori. Però la campanya organitzada per l’empresa Monsanto per a convèncer als europeus de la seguretat dels aliments modificats genèticament va estar un fracàs i fins i tot el príncep Carles d’Anglaterra va fer unes declaracions dient que mai es posaria a la boca un aliment transgènic.

EL PROTOCOL  DE BIOSEGURETAT DE TRANSGÈNICS

Durant bastants anys s’ha intentat signar un Protocol de bioseguretat de transgènics entre delegacions de més de 100 països. Aquest Protocol vol intentar regular el comerç dels aliments transgènics. Des del primer moment el grup de Miami, format pels Estat Units i els seus aliats (Canadà, Argentina, Uruguai, Xile i Austràlia), principals exportadors de gra s’hi van oposar per por que una normativa sobre seguretat biològica i sobre protecció del medi pugues posar en perill les seves exportacions de llavors transgèniques.

Finalment al febrer del  2000 a Montreal (Canadà) es va arribar a un acord entre el Grup de Miami i els altres 122 països. Es va firmar el Conveni de Biodiversitat de les Nacions Unides que va entrar en vigor al 2002  ratificat per 50 països. El protocol només inclou els transgènics vius (llavors), i deixava a banda els seus derivats com pinsos, farines, galetes, etc.; però intentà regular el comerç dels primers i permet que un país es pugui oposar a l’entrada d’un producte transgènic viu per motius de bioseguretat i perill pels ecosistemes del país receptor.

Malgrat tot queden encara molts punt enlaire com són: l’etiquetatge, les proves adequades per rebutjar la importació de certs productes, i el seguiment dels efectes  a la salut i a la diversitat del medi dels organismes transgènics.

El terme organismes clònics s’utilitza per designar individus que tenen idèntica informació genètica. L’existència d’organismes clònics no és nova, hi ha organismes clònics des que la vida va aparèixer a la Terra. Els individus originats per reproducció asexual, aquella en la qual no hi ha fecundació, són individus clònics, és el cas dels bacteris que es reprodueixen per simple divisió cel·lular (tot i així existeixen mecanismes de recombinació gènica per produir variabilitat), el cas del vegetals que es reprodueixen per esqueix o el cas d’animals que es reprodueixen per partenogènesi, reproducció asexual que origina nous individus a partir d’un òvul matern sense fecundar.

Però és quan apliquem el terme a mamífers, animals de reproducció sexual amb fecundació interna, quan això agafa rellevància, és la possibilitat de modificar l’espècie humana la que ha impressionat al conjunt de la població. En mamífers, tot i així, també trobem individus clònics originats de forma natural; és el cas del bessons univitel·lins, que s’originen a partir d’una sola fecundació, un sol òvul es fecundat per un sol espermatozoide originant el zigot que comença a dividir-se en 2, 4, 8, 16, … cèl·lules originant l’embrió; en els primers estadis de divisió aquest embrió es divideix en dos, cadascun d’ell es desenvolupa com un embrió independent obtenint després del naixement dos individus idèntics genèticament, és a dir dos individus clònics.

A la dècada dels vuitanta i noranta les notícies sobre clonació van ocupar  de manera continuada els mitjans de comunicació; les tècniques de clonació d’embrions per bipartició de l’embrió o clonació d’embrions per separació de blastòmers, i les tècniques de clonació per transferència de nuclis de cèl·lules somàtiques van estar aplicades a mamífers, la primera fins i tot a embrions humans. Això va iniciar el debat sobre la seva utilització, sobre les seves conseqüències i sobre la seva legislació.

La tècnica de clonació d’embrions per bipartició de l’embrió s’ha estat aplicada extensiblement als regnes vegetal i animal. Als laboratoris de biotecnologia, la clonació de vegetals per obtenir plantes idèntiques és  una tècnica habitual i el mateix succeeix amb els animals de granja. Vegem en què consisteix aquesta tècnica.

La tècnica de clonació d’embrions per separació de blastòmers  data de la dècada del 50 quan Briggs y King van aconseguir granotes idèntiques a partir de blastòmers que van fusionar amb ovòcits de la mateixa espècie. 30 anys desprès va arribar la clonació de mamífers, Illmensee y Hope en Bar Harbor Maine (EE.UU) van aconseguir ratolins idèntics a partir de blastòmers que van fusionar amb zigots de la mateixa espècie prèviament enucleats. Als anys 80 s’aconseguiren clonacions de la majoria d’espècies d’interès econòmic. (Veure Tabla 1). Vegem en que consisteix aquesta tècnica.

L’obtenció de mamífers clònics obria el camí a la clonació d’embrions humans, aconseguir-ho no plantejava cap dificultat. El gran impediment el trobem en el terreny ètic, en la barrera moral que suposa manipular el procés de reproducció humana. La primera gran polèmica començà quan al 1993 un equip de científics de la Universitat George Washington va aconseguir, per primera vegada,  produir en un laboratori, a partir d’un embrió humà, diversos embrions clònics per la tècnica de separació de blastòmers.

El terme organismes clònics s’utilitza per designar individus que tenen idèntica informació genètica. L’existència d’organismes clònics no és nova, hi ha organismes clònics des que la vida va aparèixer a la Terra. Els individus originats per reproducció asexual, aquella en la qual no hi ha fecundació, són individus clònics, és el cas dels bacteris que es reprodueixen per simple divisió cel·lular (tot i així existeixen mecanismes de recombinació gènica per produir variabilitat), el cas del vegetals que es reprodueixen per esqueix o el cas d’animals que es reprodueixen per partenogènesi, reproducció asexual que origina nous individus a partir d’un òvul matern sense fecundar.

Però és quan apliquem el terme a mamífers, animals de reproducció sexual amb fecundació interna, quan això agafa rellevància, és la possibilitat de modificar l’espècie humana la que ha impressionat al conjunt de la població. En mamífers, tot i així, també trobem individus clònics originats de forma natural; és el cas del bessons univitel·lins, que s’originen a partir d’una sola fecundació, un sol òvul es fecundat per un sol espermatozoide originant el zigot que comença a dividir-se en 2, 4, 8, 16, … cèl·lules originant l’embrió; en els primers estadis de divisió aquest embrió es divideix en dos, cadascun d’ell es desenvolupa com un embrió independent obtenint després del naixement dos individus idèntics genèticament, és a dir dos individus clònics.

A la dècada dels vuitanta i noranta les notícies sobre clonació van ocupar  de manera continuada els mitjans de comunicació; les tècniques de clonació d’embrions per bipartició de l’embrió o clonació d’embrions per separació de blastòmers, i les tècniques de clonació per transferència de nuclis de cèl·lules somàtiques van estar aplicades a mamífers, la primera fins i tot a embrions humans. Això va iniciar el debat sobre la seva utilització, sobre les seves conseqüències i sobre la seva legislació.

Al febrer de 1997 el terme organisme clònic va estar en boca de tothom quan la notícia del naixement de l’ovella Dolly va invair tots el mitjans de comunicació  Un grup de científics de l’Institut Roslin d’Escòcia aconseguien crear una ovella clònica a partir d’una cèl·lula adulta.

Dolly és un individu clònic obtingut per una tècnica diferent a la clonació d’embrions, en aquest cas la informació genètica de Dolly és idèntica a la d’una ovella adulta de la qual es va utilitzar una sola cèl·lula somàtica obtinguda d’una glàndula mamaria. Vegem en que consisteix aquesta tècnica.

.

.

.

.

.

• DOLLY VA SER MARE. Dolly al febrer de 1998 va donar llum a un vedell sa. 

• PERÒ DOLLY VA MORIR PREMATURAMENT

El principal problema que presentà Dolly va ser l’edat del seu genoma (ADN), aquest tenia una edat superior a l’edat biològica de l’ovella, ja que era el genoma d’una ovella adulta.

El nostre ADN envelleix igual que ho fa el nostre cos, de fet la causa de l’envelliment general és aquest “envelliment” de l’ADN.  A continuació us presento una explicació molt sintetitzada d’aquest fet:

L’ADN es duplica abans de la divisió cel·lular o mitosi per tal que les cèl·lules filles tinguin la mateixa dotació genètica que la cèl·lula mare. Però aquesta duplicació no és perfecta.

L’ADN dels extrems dels cromosomes, telòmers, està molt cargolat, això constitueix una dificultat per l’acció dels enzims que intervenen en la duplicació de l’ADN (lligases, ARN-polimersa  i ADN-polimersa).

Existeixen uns enzims, telomerases, que intenten corregir aquesta errada, però amb l’edat l’efecte de les telomerases va disminuint.

Al principi aquest efecte no és important perquè els telòmers contenen ADN repetitiu (“ADN-xatarra) que no codifica proteïnes. Però amb els anys, els telòmers s’han escurçat tant que es poden veure afectats fragments d’ADN (gens) que sí codifiquen proteïnes, i això és el que determina la disminució de les defenses immunològiques que comporta l’aparició de malalties com: determinats tipus de càncer, més vulnerabilitat a les infeccions, malalties degeneratives, etc.; la reducció de la capacitat motriu i intel·lectual; la disminució de col·làgena i elastina de la pell … , és  a dir l’envelliment.

Així al 1990 l’investigador Ian Wilmut va anunciar que els telòmers de Dolly eren més curts que els d’una ovella normal.

Dolly, al sis anys de vida, va començar a patir malalties pròpies d’ovelles de 10-11 anys (la mitjana de vida d’una ovella és de 11-12 anys), artritis, problemes respiratoris, etc. Una malaltia pulmonar degenerativa va portar als seus creadors a sacrificar-la als després de sis anys del seu naixement.

• ALTRES EXPERIÈNCIES EN CLONACIÓ.

Avenços aconseguit en clonació després de l’ovella Dolly.

La secta dels Raelians.

El primer bebè humà clonat: veritat o fals?

Què diu la llei sobre la clonació humana?

Problemes ètics de la clonació

En individus de reproducció sexual quan té lloc la fecundació es produeix la unió d’un òvul (amb la meitat de cromosomes: n) amb un espermatozoide (amb la meitat de cromosomes: n). Això garanteix l’intercanvi de material genètic entre individus. El zigot és la cèl·lula que es forma desprès de la fecundació i té 2n cromosomes, aquesta cèl·lula té la capacitat de originar tot l’organisme i, per tant, qualsevol tipus de teixit i d’òrgan de l’organisme adult. El zigot comença a dividir-se per mitosi i així s’inicia el desenvolupament embrionari

Durant les primeres divisions del zigot es forma una esfera compacta: mòrula, en aquest moment totes les cèl·lules poden encara originar un nou individu adult, de manera que si les separem cadascuna origina un nou individu (és el que passa en el cas de bessons univitelins).

.

Als pocs dies comença una especialització, es produeix la blàstula, en aquest moment unes cèl·lules es desplacen a la superfície, aquestes cèl·lules seran les que originaran la placenta, dintre queda una cavitat plena de líquid amb unes quantes cèl·lules que formen la massa cel·lular interna, aquestes cèl·lules per separat no poden originar un individu adult, però si poden originar qualsevol tipus cel·lular o teixit, són les que originen totes  les parts de l’organisme adult.

UNA CÈL·LULA MARE és una cèl·lula  amb capacitat de autorenovació, és a dir que pot produir més cèl·lules mares i que pot reproduir-se indefinidament. En animals superiors s’han classificat en dos grups:

A) Cèl·lules mare embrionàries:

• Són cèl·lules mare pluripotents, és a dir, a partir d’elles es poden originar tots els  tipus cel·l·ulars i teixits de l’adult. Aquestes cèl·lules mare es troben a la fase de blàstula.

• Són cèl·lules que només es poden obtenir mitjançant una fecundació in vitro, ja que només és poden obtenir a la fase blàstula que té 7 dies de vida (moltes vegades encara no se sap que s’està embarassada).

• S’utilitzen de formes diferents:

1. es poden injectar dintre del malalt per regenerar teixits o òrgans danyats: teràpies cel·lulars.

2. es pot realitzar una clonació terapèutica

Amb la CLONACIÓ TERAPEÚTICA es pretén obtenir cèl·lules d’un tipus determinat, teixits o òrgans, però no individus clònics adults. Es tracta de realitzar una clonació amb cèl·lules somàtiques, però l’embrió que s’obté només serveix per a obtenir les cèl·lules mare embrionàries i als 14 dies aproximadament es destrueix. No es pot implantar a l’úter d’una dona.

• El pacient dona unes quantes cèl·lules somàtiques de les quals s’agafa el nucli, 2n, i s’elimina el citoplasma.

• S’agafa un òvul i s’extreu el nucli, n.

• Es col·loca el nucli d’una cèl·lula somàtica, 2n, a dintre de l’òvul desnucleat.

• Es crea un embrió artificial fins la fase de blàstula.

• S’agafen les cèl·lules de la massa interna d’aquest embrió en fase de blàstula i es tracten per a que es diferencien el tipus de cèl·lules, teixit u òrgan que es vol obtenir

Problemes científico-tècnics actuals de la clonació terapèutica:

• Encara s’ha d’avançar molt en obtenir una tècnica adient per aconseguir que les cèl·lules mares embrionàries es diferencien en tots els tipus cel·lularS de l’organisme adult

• La injecció de cèl·lules mares en organismes adults desencadena la formació de tumors (experimentat en ratolins).

• Hi ha el risc que el nucli de la cèl·lula somàtica pugui portat alguna mutació

• L’altre problema és l’edat biològica de les cèl·lules, ja que el nucli és d’una cèl·lula adulta, per tant l’edat del material hereditari no coincideix amb l’edat biològica del tipus cel·lular obtingut.

Problemes ètics de la clonació terapèutica:

• Es treballa amb embrions humans obtinguts per clonació i els no utilitzats es destrueixen.

• L’obtenció d’un embrió humà per clonació obre el camí a la clonació d’individus humans, tècnica rebutjada per la major part dels científics.

B) Cèl·lules mare adultes o òrgano-específics:

• Són cèl·lules capaces d’originar un tipus cel·lular, un teixit o un òrgan concret, però no qualsevol tipus cel·lular, són multipotens però no pluripotens.

• Exemples d’aquestes cèl·lules són: les del cordó umbilical, les de la medul·la òssia (donen tots el tipus de cèl·lules sanguínies), les del greix subcutani, algunes cèl·lules del cervell i les cèl·lules mare mesenquimals (donen ossos, cartílags, lligament, etc).

• Es pretén aconseguir que aquestes cèl·lules es reprogramen (transdiferencien) i puguin donar qualsevol tipus cel·lular de l’adult. Actualment s’està investigant una tècnica que consisteix en introduir citoplasma d’un òvul dintre d’aquestes cèl·lules pera reprogramar-les.

• La investigació en aquest camp pretén trobar cèl·lules mare d’adult en tots els teixits i òrgans.

.

Exposició “In vitro, des de les mitologies de la fertilitat als límits de la ciència”. Departament de la Generalitat. Barcelona 1992

.

.

.

.

TERÀPIA GÈNICA

S’entén per teràpia gènica la transferència d’ADN exogen a les cèl·lules d’un individu amb l’objectiu de subsanar les deficiències ocasionades pel mal funcionament d’un gen.

Es coneixen més de 3000 malalties degudes a la deficiència o alteració d’algun gen. La forma de realitzar la teràpia gènica pot ser diferent segons el tipus cel·lular afectat. Però el principal problema es troba en fer que la incorporació del gen introduït sigui efectiva, es a dir, pugui replicar-se i expressar el seu producte.

La introducció del gen normal podria realitzar-se:

• A les cèl·lules germinals. Això faria que l’individu transmetés a la seva descendència el gen normal, evitant així la transmissió del gens defectuós, el qual podria ser eliminat de la població amb l’avantatja que això suposaria per al bagatge genètic de l’espècie. Amb la tecnologia actual això encara no és possible, però totalment imaginable en un futur pròxim. Manipular la línea germinal dels individus plantejarà qüestions legals i morals difícils de resoldre quan la teràpia genètica germinal sigui a la pràctica possible.

• A cèl·lules somàtiques. En aquest cas es cura només a l’individu que té la malaltia, però si aquest es reprodueix el gen passa a la seva descendència, per tant no és eliminat del bagatge genètic de la població. La majoria de tècniques utilitzades per a la incorporació del gen encara estan en fase d’experimentació. Entre elles cal destacar:

• La retirada de cèl·lules de la medul·la òssia, per mitja d’una punció als ossos dels malucs, i la introducció del gen correcte mitjançant un virus, tornant-les al corrent sanguini perquè s’implantin de nou a la medul;la òssia. És una tasca difícil ja que els gens introduïts s’expressen molt poc a poc i es poden produir alteracions de la seva expressió. Malgrat això és una de les tècniques més utilitzades. Aquesta tècnica ha estat aplicada al tractament de malalties com la talassèmia, malaltia caracteritzada pe la delecció d’un gen que provoca la formació d’hemoglobines anormals donant lloc a anèmies més o menys greus. El síndrome d’immunodeficiència severa múltiple (SCID), malaltia que provoca un error als limfòcits produint un mal funcionament del sistema immunitari, és una malaltia que implica la mort del pacient a menys que estigui totalment aïllat en un medi estèril, és coneguda amb el nom de nens bombolla; i d’altres com la fenilcetonúria, la hipercoterolèmia familiar, la fibrosis cística, l’artritis reumatoide, l’esclerosi múltiple, etc…

• Incorporació d’un teixit prèviament banyat amb ADN que conté el gen correcte.

• La introducció del gen mitjançant una pistola que dispara microbales de metall, generalment d’or, recobertes amb ADN que conté el gen correcte.

En tots els casos hi ha que tenir en compte que es tracta de tècniques en experimentació de les quals es deriven efectes secundaris molts d’ells encara desconeguts. Per exemple  al 2000 a Paris es van fer els primers tractaments amb nens que patien SCID, però al 2002, quan onze nens ja havies estat curats, dos d’ells van manifestar símptomes de leucèmia que va fer que el tractament s’aturés en tots els nens. Al 2004 es va tornar a reprendre el tractament amb tècniques una mica diferents, però al 2005 un d’ells  va desenvolupar un càncer, això va fer que a Paris suspenguessin tots els tractaments. Malgrat tot nous tractaments s’estan desenvolupant a Universitats de Califòrnia i de Washington.

Algunes dades

El nombre de tractaments experimentals de teràpia gènica que estaven en marxa aprovats per les autoritats sanitàries, hospitals, universitats i governs al 2005 eren:

• 66694 en EE.UU.
• 664 en Alemanya
• 39 en Suïssa
• 18 en França
• 17 en Bèlgica
• 15 en Australia
• 12 en Canadà
• 10 en Itàlia
• 10 en Japó
• 3 en Espanya
• 50 en altres països

De tots aquests experiments:

• 63% estaven en la fase I: realitzats en animals o en cultius cel.lulars.
• 14% en la fase II: eren experiments controlats en pacients humans.
• 21% estaven en transició entre la fase I i la II.
• 18% havien arribat a la fase II: utilitzat com a tractament general de pacients.

EL TERME EUGENÈSIA

Ha estat utilitzat des del segle XIX per designar la ciència i les pràctiques que tracten de millorar la dotació genètica de la humanitat. Alguns autors distingeixen dos tipus d’eugenèsia:

• Eugenèsia negativa que té com objectiu evitat la multiplicació de gens desfavorables i inclou:

  • El consell genètic: diagnosis prenatal de l’ADN del fetus mitjançant les tècniques de l’amniocentesi, la punció coriònica o la cordocentesi, o l’anàlisi de l’ADN del pares que tenen antecedents de determinades malalties hereditàries.

  • La teràpia gènica en cèl·lules somàtiques de l’individu que presenta la malaltia.

• Eugenèsia positiva que fomenta la multiplicació de gens favorables i persegueix la millora de la dotació genètica de la humanitat. Els mètodes proposat són:

  • La selecció germinal, de la qual n’és defensor el genètic i premi Nobel H.J. Muller.

  • La clonació d’individus. Malgrat tot el que s’ha especulat sobre ella cal remarcar dos punts importants. En primer lloc les tècniques per la clonació de mamífers presenten encara molts problemes: la taxa de supervivència dels fetus és només del 4%, un altre problema que es posa de manifest és el fet que tots els mamífers obtinguts per clonació presenten defectes biològics importants com: envelliment i mort prematura, malformacions, mal funcionament d’òrgans, etc. En segon lloc cal tenir en compte que la clonació es fa del genoma d’un individu, no de l’individu, ja que l’individu és el resultat de dos factors: el genotip (conjunt de gens que presenta) i l’ambient (conjunt de memes que presenta).