Ejercicio resuelto de Biología · 2022

En 1993 se otorgó el premio Nobel de Química a Kary Mullis, inventor del sistema PCR.

a) ¿En qué consiste esta técnica? [0,3 puntos]

b) ¿Por qué cree que esta técnica revolucionó la biología molecular? [0,3 puntos]

c) ¿Qué es la ingeniería genética? [0,4 puntos]

$\textbf{a) ¿En qué consiste esta técnica? [0,3 puntos]}$

La PCR o reacción en cadena de la polimerasa es una técnica que permite obtener millones de copias de un fragmento concreto de ADN a partir de una cantidad mínima de muestra, y hacerlo en un tubo de ensayo, sin necesidad de células.

Necesita cuatro ingredientes: el ADN molde, dos cebadores o primers —fragmentos cortos de ADN complementarios de los extremos de la región que se quiere copiar, y que son los que delimitan qué se amplifica—, nucleótidos libres y una ADN polimerasa termoestable, la Taq polimerasa, obtenida de la bacteria $\textit{Thermus aquaticus}$, que vive en aguas termales y cuya enzima no se desnaturaliza al calentar.

El proceso es un ciclo de tres etapas que se repite entre treinta y cuarenta veces:

Desnaturalización, a unos $95\,^\circ\text{C}$: el calor separa las dos hebras del ADN.

Hibridación o anillamiento, en torno a $55\,^\circ\text{C}$: los cebadores se unen por complementariedad a los extremos de la región elegida.

Extensión, a unos $72\,^\circ\text{C}$: la Taq polimerasa alarga los cebadores sintetizando la hebra complementaria.

Como en cada ciclo se duplica el número de moléculas, el crecimiento es exponencial: $2^{n}$ copias tras $n$ ciclos, es decir, más de mil millones en treinta ciclos y en un par de horas.

$\textbf{b) ¿Por qué cree que esta técnica revolucionó la biología molecular? [0,3 puntos]}$

Porque resolvió de un golpe el problema de la cantidad de muestra, que hasta entonces era el cuello de botella de toda la disciplina.

Antes de la PCR, para trabajar con un gen había que clonarlo en bacterias y cultivarlas durante días, y se necesitaba una cantidad apreciable de material de partida. Con la PCR basta con unas pocas moléculas —el ADN de una sola célula, de un pelo, de una gota de sangre seca o de un resto arqueológico— para obtener en dos horas todo el ADN que haga falta, y además solo del fragmento que interesa.

Eso abrió aplicaciones que antes eran impensables: el diagnóstico de enfermedades infecciosas por detección directa del genoma del patógeno —las pruebas de COVID-19 son PCR—, el diagnóstico genético de enfermedades hereditarias, la identificación de personas en medicina forense y en pruebas de paternidad, la secuenciación de genomas, incluido el Proyecto Genoma Humano, y el estudio de ADN antiguo. Es, además, sencilla, rápida y barata, lo que la ha convertido en la técnica de rutina de cualquier laboratorio.

$\textbf{c) ¿Qué es la ingeniería genética? [0,4 puntos]}$

Es el conjunto de técnicas que permiten manipular de forma deliberada y dirigida el material genético de un organismo: aislar un gen, cortarlo, unirlo a otro ADN, introducirlo en una célula distinta, amplificarlo, secuenciarlo o editarlo.

Su base es la tecnología del ADN recombinante, que combina en una misma molécula fragmentos de procedencias distintas. Es posible porque el código genético es universal: un gen humano introducido en una bacteria se transcribe y se traduce en ella igual que en nosotros.

Sus herramientas fundamentales son las enzimas de restricción, que cortan el ADN por secuencias concretas dejando extremos cohesivos; la ADN ligasa, que sella las uniones; los vectores —plásmidos, virus, cromosomas artificiales—, que transportan el gen hasta la célula receptora; la propia PCR, que amplifica; los métodos de secuenciación, y hoy la edición génica con CRISPR-Cas9.

Conviene distinguirla de la biotecnología: la biotecnología es el campo amplio del uso de seres vivos para obtener productos, y la ingeniería genética es una de las herramientas —la más potente— de que dispone.