Ejercicio resuelto de Biología · 2023

La insulina es una hormona producida en el páncreas que controla el metabolismo de la glucosa. Su déficit o ausencia provoca la diabetes. Actualmente la industria farmacéutica produce insulina humana a partir de un cultivo bacteriano. Razone cómo es esto posible siendo dos organismos (el ser humano y la bacteria) tan diferentes. [1,25 puntos]

$\mathbf{\text{La}}\mathbf{\text{insulina}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{hormona}}\mathbf{\text{producida}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{p}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ncreas}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{controla}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{metabolismo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{glucosa.}}\mathbf{\text{Su}}\mathbf{\text{d}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ficit}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{ausencia}}\mathbf{\text{provoca}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{diabetes.}}\mathbf{\text{Actualmente}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{industria}}\mathbf{\text{farmac}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{utica}}\mathbf{\text{produce}}\mathbf{\text{insulina}}\mathbf{\text{humana}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{partir}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{cultivo}}\mathbf{\text{bacteriano.}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{esto}}\mathbf{\text{posible}}\mathbf{\text{siendo}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{organismos}}\mathbf{\text{(el}}\mathbf{\text{ser}}\mathbf{\text{humano}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{bacteria)}}\mathbf{\text{tan}}\mathbf{\text{diferentes.}}\mathbf{\text{[1,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Es posible porque, por muy distintos que sean un ser humano y una bacteria, los dos usan EL MISMO LENGUAJE GENÉTICO. Ese es el fundamento de todo, y conviene desarrollarlo por partes.

La razón de fondo es la UNIVERSALIDAD DEL CÓDIGO GENÉTICO. La correspondencia entre tripletes de nucleótidos y aminoácidos es prácticamente la misma en todos los seres vivos: el codón AUG significa metionina tanto en una célula pancreática humana como en Escherichia coli. Y no solo el código: la maquinaria que lo lee también es común. Las dos células usan ADN como material hereditario, transcriben con una ARN polimerasa, traducen en ribosomas con ARN de transferencia y forman enlaces peptídicos del mismo modo. Por eso, si se introduce el gen humano de la insulina en una bacteria y se coloca bajo el control de un promotor que la bacteria reconozca, esta lo transcribe y lo traduce como si fuera suyo, y la proteína que sale es insulina humana, idéntica a la del páncreas.

Esa universalidad es, además, una prueba de peso del origen común de todos los seres vivos: el código no se ha reinventado en cada linaje.

Hay dos DIFERENCIAS que sí obligan a tomar precauciones, y explicarlas completa la respuesta.

La primera es que el gen humano tiene INTRONES y la bacteria no sabe eliminarlos: carece de la maquinaria de corte y empalme. Si se le introdujera el gen tal como está en el cromosoma humano, la bacteria traduciría también los intrones y produciría una proteína sin sentido. La solución es no usar el gen directamente: se parte del ARN mensajero MADURO de las células beta del páncreas, que ya no tiene intrones, y con la enzima transcriptasa inversa se obtiene su ADN complementario; o bien se sintetiza el gen químicamente a partir de la secuencia conocida de la proteína.

La segunda es que la bacteria no realiza las MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES propias de una célula eucariota. La insulina se sintetiza en el páncreas como preproinsulina, que se recorta hasta proinsulina y, tras eliminar un fragmento central llamado péptido C, queda como dos cadenas, A y B, unidas por puentes disulfuro. La bacteria no hace esos cortes, así que en la práctica se introducen por separado los genes de las dos cadenas, se producen en cultivos distintos y después se unen químicamente in vitro; o bien se produce la proinsulina completa y se recorta luego con enzimas.

En cuanto al procedimiento concreto, es el del ADN recombinante. El gen —o el ADN complementario— y un plásmido bacteriano se cortan con la MISMA enzima de restricción, de modo que sus extremos cohesivos sean complementarios; la ADN ligasa sella la unión y se obtiene un plásmido recombinante. Ese plásmido se introduce en la bacteria por transformación, se seleccionan las que lo han incorporado gracias a un gen marcador de resistencia a un antibiótico y se cultivan en fermentadores industriales de miles de litros. La bacteria expresa el gen humano, y la insulina se purifica del cultivo.

La ventaja de todo esto es doble. Antes la insulina se extraía de páncreas de cerdo y de vaca: la cantidad estaba limitada por la disponibilidad de vísceras y, al no ser exactamente igual a la humana, provocaba reacciones alérgicas en algunos pacientes. La insulina recombinante es idéntica a la humana, se obtiene en cantidad ilimitada y con una pureza muy alta, y su producción no depende de la ganadería.