Ejercicio resuelto de Biología · 2023

PREGUNTA 8. EL MUNDO DE LOS MICROORGANISMOS Y SUS APLICACIONES. BIOTECNOLOGÍA. EL SISTEMA INMUNITARIO. LA INMUNOLOGÍA Y SUS APLICACIONES

8.1. A) Explique brevemente la participación de los microorganismos en el ciclo biogeoquímico del nitrógeno y su importancia.
B) Describa brevemente cómo se puede llevar a cabo la producción de una proteína humana como la insulina utilizando un plásmido como vector.
8.2. El SARS-CoV-2 es un coronavirus que posee distintas proteínas en su envoltura, esas moléculas son reconocidas por células defensivas para iniciar la respuesta del sistema inmune humano, A) ¿Cuáles son esas células? B) ¿Cómo actúan?

$\mathbf{\text{8.1.}}\mathbf{\text{A)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{participaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{microorganismos}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{ciclo}}\mathbf{\text{biogeoqu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{nitr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{importancia.}}$

El nitrógeno es el elemento más abundante de la atmósfera, pero en ella se encuentra como nitrógeno molecular, una molécula con un triple enlace tan estable que ni las plantas ni los animales pueden aprovecharla. Todo el nitrógeno que entra en la materia viva pasa necesariamente por los microorganismos, y en el ciclo intervienen en cuatro etapas.

La fijación transforma el nitrógeno atmosférico en amoniaco. La realizan bacterias con la enzima nitrogenasa: unas viven libres en el suelo, como *Azotobacter*, otras son cianobacterias, y las más importantes viven en simbiosis en los nódulos de las raíces de las leguminosas, como *Rhizobium*.

La amonificación devuelve al suelo, en forma de amonio, el nitrógeno orgánico de los cadáveres, los restos vegetales y las excreciones. La llevan a cabo bacterias y hongos descomponedores.

La nitrificación oxida ese amonio hasta nitrato en dos pasos: las bacterias del género *Nitrosomonas* lo transforman en nitrito y las del género *Nitrobacter* pasan el nitrito a nitrato. Son bacterias quimioautótrofas, que obtienen energía de esas oxidaciones. El nitrato es la forma en que las raíces de las plantas absorben el nitrógeno.

La desnitrificación cierra el ciclo: bacterias anaerobias como *Pseudomonas* reducen los nitratos hasta nitrógeno molecular, que vuelve a la atmósfera.

Su importancia es difícil de exagerar. El nitrógeno forma parte de los aminoácidos, y por tanto de todas las proteínas, y de las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos: sin él no hay vida posible. Como solo los microorganismos saben abrir el triple enlace del nitrógeno atmosférico, son ellos los que hacen accesible ese elemento al resto de los seres vivos. De ahí también la práctica agrícola de alternar los cultivos con leguminosas, que enriquecen el suelo gracias a sus bacterias simbiontes.

$\mathbf{\text{8.1.}}\mathbf{\text{B)}}\mathbf{\text{Describa}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{puede}}\mathbf{\text{llevar}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{cabo}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{producci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na}}\mathbf{\text{humana}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{insulina}}\mathbf{\text{utilizando}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{pl}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{smido}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{vector.}}$

El procedimiento consta de cinco pasos.

Primero se obtiene el gen humano de la insulina. Lo habitual es partir del ARN mensajero de las células del páncreas y copiarlo a ADN mediante la transcriptasa inversa, de modo que el gen obtenido carezca de intrones; la bacteria no sabría eliminarlos, porque no tiene maquinaria de maduración.

Segundo, se prepara el vector. Se extrae de la bacteria un plásmido, una pequeña molécula de ADN circular independiente del cromosoma, y se corta con una enzima de restricción. Con esa misma enzima se han cortado los extremos del gen, de manera que los extremos cohesivos de uno y otro son complementarios.

Tercero, se unen. El gen se aparea con el plásmido abierto y la ADN ligasa sella los enlaces fosfodiéster: se obtiene un plásmido recombinante, que lleva el gen humano insertado.

Cuarto, se introduce el plásmido recombinante en bacterias, normalmente *Escherichia coli*, por transformación. Después hay que seleccionar las que realmente lo han incorporado, y para eso los plásmidos llevan un gen marcador, habitualmente de resistencia a un antibiótico: basta cultivar en un medio con ese antibiótico para que solo sobrevivan las bacterias transformadas.

Quinto, esas bacterias se cultivan en grandes fermentadores industriales. Al multiplicarse copian también el plásmido, y transcriben y traducen el gen humano, de modo que fabrican insulina. Solo queda extraerla y purificarla.

La ventaja de este método es doble: se obtiene insulina humana, idéntica a la del paciente y por tanto sin riesgo de reacciones alérgicas, y se obtiene en cantidades ilimitadas, frente a la que antes se extraía del páncreas de cerdos y vacas.

$\mathbf{\text{8.2.}}\mathbf{\text{A)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{esas}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lulas?}}$

Las células que reconocen esas proteínas de la envoltura del virus e inician la respuesta son, en primer lugar, las células presentadoras de antígeno de la inmunidad inespecífica: los macrófagos y, sobre todo, las células dendríticas.

A ellas se suman, ya dentro de la respuesta específica, los linfocitos B, que reconocen el antígeno directamente gracias a los anticuerpos que llevan anclados en su membrana, y los linfocitos T, que solo lo reconocen si se lo presentan las anteriores.

$\mathbf{\text{8.2.}}\mathbf{\text{B)}}\mathbf{\text{¿C}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{act}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{an?}}$

Los macrófagos y las células dendríticas capturan por fagocitosis al virus o a los restos de células infectadas y lo digieren en sus lisosomas. No destruyen del todo las proteínas: conservan pequeños fragmentos de ellas, los péptidos antigénicos, y los exponen en su superficie unidos a las moléculas del complejo principal de histocompatibilidad. Después migran hasta los ganglios linfáticos, donde muestran ese antígeno a los linfocitos.

Los linfocitos T colaboradores reconocen el antígeno así presentado y se activan. Su papel es de mando: secretan interleucinas que ponen en marcha las dos ramas de la respuesta específica.

Los linfocitos B que hayan reconocido esas mismas proteínas de la envoltura, y que reciban las interleucinas, proliferan y se diferencian en células plasmáticas, que secretan grandes cantidades de anticuerpos específicos. Estos se unen a las espículas del virus, las bloquean y le impiden acoplarse al receptor de la célula: son los anticuerpos neutralizantes.

Los linfocitos T citotóxicos, activados también por las interleucinas, reconocen las células que ya están infectadas, porque exhiben en su membrana fragmentos de las proteínas víricas, y las destruyen liberando perforinas e induciendo su apoptosis. Con ello se corta la producción de nuevos virus.

De todo el proceso quedan, por último, linfocitos B y T de memoria, que son los que hacen que una reinfección se resuelva con una respuesta secundaria rápida e intensa, y en los que se basa la vacunación.