Ejercicio resuelto de Microbiología y biotecnología · Biología

La biotecnología y la inmunología son dos pilares de la ciencia moderna que han cambiado radicalmente nuestra esperanza y calidad de vida. Mientras que la inmunología estudia cómo nuestro cuerpo se defiende de los invasores, la biotecnología nos da las herramientas para "editar" o potenciar esas defensas.

a) Si estuvieras planificando un procedimiento de clonación celular, ¿qué características deberían tener las células hospedadoras seleccionadas? [0,3 puntos]

b) En una expedición oceanográfica descubren en fuentes hidrotermales una bacteria capaz de producir una enzima que degrada plásticos. El hallazgo es muy interesante, pero te planteas que cultivar este organismo en el laboratorio es imposible. ¿Qué técnica biotecnológica emplearías para producir la enzima en masa en un laboratorio convencional? Razona la respuesta. [0,4 puntos]

c) Indica de manera razonada qué tipo de biotecnología se centra en el empleo de microorganismos para la obtención de biocombustibles. [0,3 puntos]

d) El siguiente gráfico representa la producción de anticuerpos a lo largo del tiempo después de haber suministrado a un animal un antígeno. El antígeno 1 se inyectó en los días 0 y 28. El antígeno 2 sólo el día 28. Interpreta las curvas A y B. ¿A qué tipo de respuesta inmunitaria se refieren? [0,6 puntos]



e) En relación a la cuestión anterior, si el animal hubiera estado vacunado frente a un virus portador del antígeno 2, ¿cómo habría sido la evolución de la curva B? [0,4 puntos]

$\textbf{a) Si estuvieras planificando un procedimiento de clonación celular, ¿qué características deberían tener las células hospedadoras seleccionadas? [0,3 puntos]}$

Las células hospedadoras deben reunir varias condiciones: crecer y dividirse con rapidez en un medio de cultivo sencillo y barato, ser fáciles de manipular y de transformar —esto es, capaces de incorporar el ADN exógeno—, mantener y replicar establemente el vector introducido, y no ser patógenas para quien las manipula.

Conviene además que expresen correctamente el gen clonado y, si el producto lo requiere, que sepan hacer las modificaciones postraduccionales necesarias. Por eso se emplean habitualmente bacterias como $\textit{Escherichia coli}$ o levaduras como $\textit{Saccharomyces cerevisiae}$.

$\textbf{b) En una expedición oceanográfica descubren en fuentes hidrotermales una bacteria capaz de producir una enzima que degrada plásticos. El hallazgo es muy interesante, pero te planteas que cultivar este organismo en el laboratorio es imposible. ¿Qué técnica biotecnológica emplearías para producir la enzima en masa en un laboratorio convencional? Razona la respuesta. [0,4 puntos]}$

La técnica adecuada es la $\textbf{tecnología del ADN recombinante}$, es decir, la clonación del gen que codifica la enzima y su expresión en un microorganismo hospedador fácil de cultivar.

El procedimiento sería: aislar el ADN de la bacteria, localizar y cortar el gen de interés con enzimas de restricción, insertarlo con la ADN ligasa en un vector —un plásmido con su promotor y un marcador de selección—, introducir ese vector en $\textit{E. coli}$ y cultivar las bacterias transformadas en un fermentador. Así se obtiene la enzima en cantidad, sin necesidad de reproducir en el laboratorio las condiciones extremas de presión y temperatura de la fuente hidrotermal, que es justo lo que hacía inviable cultivar el organismo original.

$\textbf{c) Indica de manera razonada qué tipo de biotecnología se centra en el empleo de microorganismos para la obtención de biocombustibles. [0,3 puntos]}$

Es la $\textbf{biotecnología blanca}$ o industrial, la que aplica microorganismos y enzimas a los procesos productivos para sustituir la química tradicional por procesos menos contaminantes y con menor consumo energético.

La obtención de bioetanol por fermentación de azúcares con levaduras, o la de biogás por digestión anaerobia de residuos con bacterias metanogénicas, encaja de lleno en esa definición: se usan microorganismos como fábricas para obtener un producto de interés industrial, en este caso energético.

$\textbf{d) El siguiente gráfico representa la producción de anticuerpos a lo largo del tiempo después de haber suministrado a un animal un antígeno. El antígeno 1 se inyectó en los días 0 y 28. El antígeno 2 sólo el día 28. Interpreta las curvas A y B. ¿A qué tipo de respuesta inmunitaria se refieren? [0,6 puntos]}$

La $\textbf{curva A}$ corresponde al antígeno 1, que se inyecta dos veces. Tras la primera inyección, el día 0, hay un periodo de latencia de varios días y luego una subida modesta de anticuerpos —del orden de 10 unidades— que decae enseguida: es la $\textbf{respuesta primaria}$. Tras la segunda inyección, el día 28, la concentración se dispara hasta unas 10 000 unidades, sube mucho más deprisa y se mantiene más tiempo: es la $\textbf{respuesta secundaria}$, mediada por los linfocitos B de memoria generados en el primer contacto.

La $\textbf{curva B}$ corresponde al antígeno 2, inyectado por primera y única vez el día 28. Su comportamiento es el de una $\textbf{respuesta primaria}$: latencia larga, pico bajo —similar al de la primera exposición al antígeno 1— y descenso rápido, porque el organismo no guardaba memoria de ese antígeno.

La comparación de ambas curvas demuestra a la vez la memoria y la especificidad del sistema inmunitario: la respuesta reforzada solo se produce frente al antígeno ya conocido.

$\textbf{e) En relación a la cuestión anterior, si el animal hubiera estado vacunado frente a un virus portador del antígeno 2, ¿cómo habría sido la evolución de la curva B? [0,4 puntos]}$

Habría sido una respuesta secundaria, es decir, una curva parecida a la que describe A a partir del día 28: el periodo de latencia se acortaría a uno o dos días, la concentración de anticuerpos subiría mucho más deprisa, alcanzaría un valor varios órdenes de magnitud mayor y se mantendría elevada durante más tiempo. Además, los anticuerpos producidos serían mayoritariamente IgG y de mayor afinidad, en lugar de las IgM iniciales.

La razón es que la vacuna, al contener el antígeno 2 sin capacidad patógena, ya habría provocado una respuesta primaria y habría dejado linfocitos B y T de memoria específicos. En eso consiste precisamente la inmunidad artificial activa que proporcionan las vacunas.