Ejercicio resuelto de Biología · 2024

La 2ª edición de los Premios ACES-Margarita Salas, dedicada a la categoría de Ciencias Químicas y Medioambientales, se concede al profesor Francis Mojica, microbiólogo molecular internacionalmente reconocido por su descubrimiento de las secuencias CRISPR en microorganismos, su investigación abrió el camino para el desarrollo de las revolucionarias técnicas de edición genética CRISPR/Cas. (Fuente: https://www.fundacionareces.es)

a) Indica cuál es el fundamento de la técnica de edición genética CRISPR.
b) Indica el significado de secuencia palíndroma.
c) Define qué es un plásmido, en base a: naturaleza y localización dentro del nivel de organización celular.
d) Indica qué es y cómo funciona una enzima de restricción.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{fundamento}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{t}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cnica}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{edici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{gen}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tica}}\mathbf{\text{CRISPR.}}$

La técnica es la adaptación de un mecanismo natural de defensa de bacterias y arqueas: estas guardan en su genoma fragmentos del ADN de los virus que las han infectado, entre repeticiones palindrómicas, y los usan para reconocer y destruir a ese virus si vuelve a aparecer.

En el laboratorio se aprovechan sus dos piezas. Un ARN guía, que se diseña complementario de la secuencia del genoma que se quiere modificar, y una nucleasa, la proteína Cas9, que va unida a él. El ARN guía localiza la secuencia diana por apareamiento de bases y Cas9 corta las dos hebras del ADN justo en ese punto.

A partir de ahí actúan los mecanismos de reparación de la propia célula: si se deja que repare uniendo los extremos, se pierden o se añaden nucleótidos y el gen queda inactivado; si se aporta a la vez un fragmento molde, la célula lo incorpora por recombinación y el gen queda corregido o sustituido. Esa precisión, junto con lo barato del diseño del ARN guía, es lo que hizo revolucionaria la técnica.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{significado}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{secuencia}}\mathbf{\text{pal}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{ndroma.}}$

Es aquella cuya lectura en sentido $5^{\mathrm{\prime }}\to 3^{\mathrm{\prime }}$ es la misma en las dos hebras complementarias. Por ejemplo,

$5^{\mathrm{\prime }}\text{ GAATTC }{3}^{\mathrm{\prime }}$

$3^{\mathrm{\prime }}\text{ CTTAAG }{5}^{\mathrm{\prime }}$

Al ser simétricas, la misma enzima puede reconocer y cortar las dos hebras. De ahí viene el nombre de la técnica, pues las siglas CRISPR designan unas repeticiones palindrómicas cortas, agrupadas y regularmente interespaciadas.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Define}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{pl}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{smido,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{base}}\mathbf{\text{a:}}\mathbf{\text{naturaleza}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{localizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{dentro}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{nivel}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{organizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{celular.}}$

Por su naturaleza es una molécula de ADN bicatenario y circular, de pequeño tamaño y con capacidad de replicarse por sí misma, independiente del cromosoma. Suele llevar genes accesorios, como los de resistencia a antibióticos.

Por su localización se encuentra en el citoplasma de las células procariotas, junto al nucleoide pero separado del cromosoma bacteriano. Precisamente esa autonomía es lo que lo convierte en el vector más utilizado en ingeniería genética.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{funciona}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{restricci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$

Es una endonucleasa de origen bacteriano que reconoce una secuencia corta y palindrómica del ADN, de cuatro a ocho pares de bases, y corta las dos hebras dentro de esa secuencia. Su papel natural es defensivo: destruye el ADN vírico que entra en la bacteria, que protege el suyo propio metilándolo.

Según dónde corte deja extremos romos, si el corte de las dos hebras coincide, o extremos cohesivos, si está desplazado y quedan unas pocas bases desapareadas. Estos últimos son los útiles en el laboratorio: dos fragmentos cortados con la misma enzima tienen extremos complementarios y se emparejan espontáneamente, de modo que basta sellarlos con ADN ligasa para obtener ADN recombinante.