Ejercicio resuelto de Biología · 2024

Pregunta 9. La insulina recombinante humana fue la primera proteína producida por ingeniería genética en bacterias Escherichia coli, siendo aprobado su uso terapéutico en pacientes diabéticos en 1982.\na. Explica, utilizando como ejemplo las bacterias del texto, qué es un organismo genéticamente modificado. (Calificación 0.5 puntos)\nb. ¿Qué son las enzimas (o endonucleasas) de restricción? ¿Qué conexión tienen con lo expuesto en el texto en relación a la modificación genética? (Calificación 0.5 puntos)\nc. ¿Qué son los plásmidos? ¿Qué conexión tienen con lo expuesto en en el texto en relación a la modificación genética? (Calificación 0.5 puntos)\nd. La insulina es una proteína no glucosilada, esto es, compuesta únicamente por aminoácidos. ¿Por qué no se puede obtener una proteína recombinante glucosilada en bacterias? ¿Qué tipo de células se deberían utilizar para obtener proteínas recombinantes glucosiladas? (Calificación 0.5 puntos)\n

$\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{Explica,}}\mathbf{\text{utilizando}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{ejemplo}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{bacterias}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{texto,}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{organismo}}\mathbf{\text{gen}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ticamente}}\mathbf{\text{modificado.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Un organismo genéticamente modificado es aquel cuyo material genético ha sido alterado en el laboratorio, mediante técnicas de ingeniería genética, de una manera que no se produciría de forma natural por reproducción ni por recombinación. Cuando el gen introducido procede de otra especie, como aquí, se habla además de organismo $\mathbf{\text{transg}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{nico}}$.

Las bacterias del texto son el ejemplo clásico: a una $\mathit{\text{Escherichia}}\mathit{\text{coli}}$ se le ha insertado el $\mathbf{\text{gen}}\mathbf{\text{humano}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{insulina}}$, un gen que jamás habría llegado a una bacteria por vías naturales. La bacteria lo incorpora, lo replica al dividirse y, sobre todo, lo $\mathbf{\text{expresa}}$: transcribe y traduce ese gen ajeno y fabrica insulina humana, idéntica a la del páncreas, que después se purifica y se administra a los pacientes diabéticos.

$\mathbf{\text{b.}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{enzimas}}\mathbf{\text{(o}}\mathbf{\text{endonucleasas)}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{restricci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n?}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{conexi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{expuesto}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{texto}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{relaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{modificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{gen}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tica?}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Son nucleasas de origen bacteriano que $\mathbf{\text{reconocen}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{secuencia}}\mathbf{\text{corta}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{palindr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mica}}$ del ADN, de cuatro a ocho pares de bases, y cortan la doble hélice siempre por el mismo punto dentro de ella. Según dónde corten dejan extremos romos, si las dos hebras se cortan a la misma altura, o cohesivos, si el corte está desplazado y quedan salientes monocatenarios complementarios. En la bacteria son un mecanismo de defensa que destruye el ADN de los virus.

Su conexión con el texto es que son las $\mathbf{\text{tijeras}}$ del proceso: con ellas se recorta el gen humano de la insulina y se abre el plásmido que va a alojarlo. Y lo decisivo es que se emplea la $\mathbf{\text{misma}}$ enzima en los dos cortes, porque así los extremos cohesivos del gen y los del plásmido son complementarios y se aparean espontáneamente; después la ADN-ligasa sella la unión y queda la molécula recombinante.

$\mathbf{\text{c.}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{pl}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{smidos?}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{conexi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{expuesto}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{texto}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{relaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{modificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{gen}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tica?}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los plásmidos son moléculas de $\mathbf{\text{ADN}}\mathbf{\text{bicatenario,}}\mathbf{\text{circular}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{extracromos}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}$ que poseen muchas bacterias además de su cromosoma. Son pequeños, se replican de forma autónoma gracias a su propio origen de replicación y suelen llevar genes accesorios, como los de resistencia a antibióticos, que pueden pasar de una bacteria a otra por conjugación.

Su conexión con el texto es que hacen de $\mathbf{\text{vector}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{clonaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$: son el vehículo en el que se inserta el gen humano de la insulina y con el que se introduce en la $\mathit{\text{Escherichia}}\mathit{\text{coli}}$. Sirven para ello porque reúnen las tres condiciones necesarias: se replican solos, de modo que el gen se multiplica con cada división bacteriana; tienen dianas únicas para las enzimas de restricción, que permiten abrirlos por un punto conocido; y llevan un marcador de selección, normalmente un gen de resistencia a un antibiótico, que permite quedarse solo con las bacterias que los han incorporado.

$\mathbf{\text{d.}}\mathbf{\text{¿Por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{puede}}\mathbf{\text{obtener}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na}}\mathbf{\text{recombinante}}\mathbf{\text{glucosilada}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{bacterias?}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lulas}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{deber}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{an}}\mathbf{\text{utilizar}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{obtener}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{nas}}\mathbf{\text{recombinantes}}\mathbf{\text{glucosiladas?}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Porque las bacterias $\mathbf{\text{carecen}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{maquinaria}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{glucosilaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$. Añadir y recortar oligosacáridos sobre una proteína es un trabajo del $\mathbf{\text{ret}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{culo}}\mathbf{\text{endoplasm}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{rugoso}}$ y del $\mathbf{\text{aparato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Golgi}}$, y una célula procariota no tiene ni uno ni otro: no posee sistema de endomembranas. Sus ribosomas traducen la secuencia de aminoácidos correctamente, pero la proteína sale sin su parte glucídica, y en una glucoproteína esa parte suele ser imprescindible para el plegamiento, la estabilidad, la vida media en sangre y hasta para la función.

Que la insulina se pudiera producir así fue, de hecho, una circunstancia afortunada: es una proteína pequeña y $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{glucosilada}}$, de modo que la bacteria basta.

Para obtener proteínas glucosiladas hay que recurrir a células $\mathbf{\text{eucariotas}}$: levaduras como $\mathit{\text{Saccharomyces}}\mathit{\text{cerevisiae}}$ o $\mathit{\text{Pichia}}\mathit{\text{pastoris}}$, células de insecto, células vegetales o, cuando se necesita un patrón de glucosilación idéntico al humano, cultivos de células animales, como las células CHO de ovario de hámster chino, que son las que se usan para los anticuerpos monoclonales y la eritropoyetina.