Ejercicio resuelto de Biología · 2024

PREGUNTA 7. BIOTECNOLOGÍA



7.1. A) Explique brevemente la tecnología que está representada en la figura 8 e indique una de sus aplicaciones en salud.
B) ¿Cuál es la función del sistema CRISPR/Cas9 en la naturaleza?
7.2. A) Indique a qué grupo de microorganismos pertenecen Lactobacillus y Saccharomyces, y explique brevemente la reacción de interés biotecnológico en la que participan.
B) Cite una aplicación de cada uno de estos microorganismos en procesos biotecnológicos.

$\mathbf{\text{7.1.}}\mathbf{\text{A)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tecnolog}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{est}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{representada}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{figura}}\mathbf{\text{8}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{aplicaciones}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{salud.}}$

La figura representa el sistema CRISPR/Cas9, una técnica de edición del genoma que permite modificar una secuencia concreta de ADN dentro de una célula viva.

Consta de dos piezas. Una es la proteína Cas9, una nucleasa capaz de cortar las dos hebras de la doble hélice, que en el dibujo se representa con unas tijeras. La otra es una molécula de ARN, el ARN guía, diseñada en el laboratorio para que su secuencia sea complementaria de la región del genoma que se quiere modificar.

El ARN guía se aparea con esa región del ADN y arrastra consigo a la Cas9, que corta la doble hélice exactamente en ese punto. A partir de ahí actúan los mecanismos de reparación de la célula: si repara uniendo los extremos sin molde suele introducir errores que inactivan el gen, y si se le proporciona una secuencia molde la copia, con lo que se puede corregir una mutación o insertar un gen nuevo en la posición elegida.

Una aplicación en salud es la terapia génica de enfermedades hereditarias causadas por un solo gen: ya se emplea para corregir la mutación responsable de la anemia falciforme y de la beta-talasemia en las células madre de la médula ósea del propio paciente. Otra es la modificación de linfocitos T para dirigirlos contra las células tumorales en el tratamiento de determinadas leucemias.

$\mathbf{\text{7.1.}}\mathbf{\text{B)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{sistema}}\mathbf{\text{CRISPR/Cas9}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{naturaleza?}}$

En la naturaleza el sistema CRISPR/Cas9 no es una herramienta de laboratorio, sino un mecanismo de defensa de bacterias y arqueas frente a los virus que las infectan, los bacteriófagos, y frente a plásmidos extraños. Funciona, salvando las distancias, como una inmunidad adquirida de los procariotas.

Cuando una bacteria sobrevive a la infección de un virus, guarda un pequeño fragmento del ADN de ese virus en una región propia de su genoma, la región CRISPR, formada por repeticiones cortas separadas por esos fragmentos capturados. Queda así un archivo de las infecciones sufridas.

Si el mismo virus vuelve a atacar, la bacteria transcribe esos fragmentos y obtiene pequeños ARN que actúan de guía: reconocen por complementariedad el ADN del virus y dirigen hasta él a la nucleasa Cas9, que lo corta y lo inactiva. La infección se aborta antes de que el virus pueda multiplicarse.

Lo que hizo la biotecnología fue tomar prestado ese mecanismo y sustituir el ARN guía natural por uno de diseño, para dirigir el corte hacia cualquier secuencia elegida.

$\mathbf{\text{7.2.}}\mathbf{\text{A)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{microorganismos}}\mathbf{\text{pertenecen}}\mathbf{\text{Lactobacillus}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Saccharomyces,}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{explique}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{inter}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{biotecnol}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{gico}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{participan.}}$

*Lactobacillus* es una bacteria, es decir, un microorganismo procariota, sin núcleo ni orgánulos membranosos y con pared celular de peptidoglucano.

*Saccharomyces* es un hongo, en concreto una levadura, es decir, un microorganismo eucariota unicelular, con núcleo y orgánulos y con pared celular de quitina y glucanos.

Los dos participan en fermentaciones, procesos catabólicos que se realizan en el citosol y en ausencia de oxígeno, en los que la materia orgánica no llega a oxidarse por completo. Su finalidad es regenerar el NAD oxidado que la glucólisis necesita para seguir funcionando, y su rendimiento energético es bajo: dos ATP por molécula de glucosa.

*Lactobacillus* lleva a cabo la fermentación láctica: el ácido pirúvico procedente de la glucólisis se reduce directamente a ácido láctico. En la leche, la lactosa se hidroliza primero en glucosa y galactosa, y el ácido láctico que se acumula baja el pH y hace precipitar la caseína, con lo que la leche cuaja.

*Saccharomyces* lleva a cabo la fermentación alcohólica: el ácido pirúvico se descarboxila a acetaldehído, liberando dióxido de carbono, y el acetaldehído se reduce a etanol.

$\mathbf{\text{7.2.}}\mathbf{\text{B)}}\mathbf{\text{Cite}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{aplicaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{microorganismos}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{procesos}}\mathbf{\text{biotecnol}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{gicos.}}$

*Lactobacillus* se emplea en la fabricación del yogur: se añade a la leche pasteurizada y su fermentación láctica la acidifica, la cuaja y le da su sabor característico, además de conservarla. También interviene en la elaboración de quesos, del chucrut, de los encurtidos y del ensilado del forraje.

*Saccharomyces* se emplea en la fabricación del pan: el dióxido de carbono que desprende su fermentación queda atrapado en la masa y la hace subir, mientras que el etanol se evapora durante el horneado. También se emplea en la elaboración de la cerveza y del vino, donde el producto de interés es el etanol, y en la producción industrial de bioetanol como combustible.