Mejoramiento de plantas y animales (Hibridología).

La Genética estudia los mecanismos de herencia, es decir, cómo se transmite la información genética de los progenitores a sus descendientes.

Cuando los investigadores descubrieron cómo manipular (eliminar, duplicar o transferir) secuencias de ADN de un organismo a otro, iniciaron una nueva revolución en biología. Ese paso permitió que la selección de características deseadas de los organismos se hiciera por medio de secuencias específicas de ADN en el laboratorio y no mediante cruzas, como lo hizo Mendel. Surgió así una nueva área, la de la Ingeniería genética, llamada también tecnología del ADN recombinante. También se potenció a la Biotecnología, área de la Biología, en la cual se estudia el uso y alteración de organismos, células o moléculas biológicas.

A partir de aquí se marca la diferencia entre la biotecnología “natural” y la “moderna”. Aunque el objetivo de ambas es modificar la composición genética de los organismos vivos para hacerlos más útiles, las diferencias radican en el hecho de que la biotecnología tradicional es lenta, se necesitan muchas generaciones de reproducción selectiva para que aparezcan nuevos caracteres útiles en plantas y animales, así como la recombinación de material genéticos entre la misma especie o de una muy emparentada. En cambio, con la  ingeniería genética, la biotecnología moderna tuvo la posibilidad de introducir cambios genéticos masivos en una sola generación y recombinar el ADN de diferentes especies en un solo organismo.

Transgénicos.

La ingeniería genética hizo posible la creación de plantas y animales capaces de expresar ADN modificado o derivado de otro organismo, a los cuales se les conoce como Organismo Transgénicos o Genéticamente Modificados (OGM), gracias a que sus técnicas permitieron una manipulación del material genético más precisa.

En la actualidad, casi todos los organismos usados en la agricultura en Estados Unidos y gran parte del mundo son transgénicos. Solo en 2008, cerca de 80% del maíz, 86% del algodón y 92% de la soya cultivada en Estados Unidos fueron transgénicos.

Áreas de aplicación.

Con el desarrollo de la biotecnología “moderna” se potenciaron múltiples usos en la industria farmacéutica, la medicina, la agricultura y la ganadería. Debido a las implicaciones éticas que tiene el trabajar con los humanos, en la agricultura es donde se ha generado más organismos genéticamente modificados (OGM).

Agrícola (alimentaria).

Los agricultores siempre han buscado tener mayor cosecha con un mínimo de pérdidas debido a plagas.

En 1994 se comercializó el primer alimento transgénico, el cual fue el tomate. La modificación de los genes relacionados con la maduración permitió que los tomates se mantuvieran duros varias semanas después de su cosecha.

Actualmente, la mayoría de los cultivos de soya, maíz, jitomate, algodón y arroz, entre otros, se producen a partir de organismos transgénicos.

Los que se busca al producir OGM son cultivos con mayor resistencia a insectos o herbicidas y así mejorar el rendimiento, extender el área de explotación adaptando especies cultivadas a zonas geográficas con características climáticas extremas, aumentar el valor nutritivo del producto incluyendo genes que codifiquen vitaminas y abrir la posibilidad de producir fármacos en plantas.

Por ejemplo, en las plantas de maíz se ha introducido el gen de un insecticida natural, que proviene de la bacteria Bacilis thuringiensis que protege a la planta del barrenador europeo. O la modificación de la planta de soya para que produzca un mayor porcentaje de ácidos insaturados, ya que los saturados contribuyen a enfermedades del corazón.

Cultivos transgénicos con aprobación del Departamento de Agricultura de Estados Unidos
Rasgo de ingeniería genética	Posible ventaja	Cultivos modificados aprobados en Estados Unidos
Resistencia a herbicidas.	La aplicación de herbicidas mata la maleza, pero no a las plantas de cultivo, lo que produce un mayor rendimiento de cultivo	Remolacha, canola, maíz, algodón, lino, papa, arroz, soya, tomate.
Resistencia a plagas.	Las plantas de cultivo sufren menos daño de insectos, lo que produce mayor rendimiento de los cultivos	Maíz, algodón, papa, arroz, soya.
Resistencia a enfermedades.	Las plantas son menos proclives a infección de virus, bacterias y hongos, lo que produce mayor rendimiento de los cultivos.	Papaya, papa, calabaza.
Estéril	Las plantas transgénicas no se cruzan con las variedades silvestres, de modo que son mas seguras para el ambiente y más productivas en el sentido económico para las compañías de semillas que las producen.	Achicoria, maíz.
Contenido de aceite alterado.	Pueden hacerse aceites más sanos para el consumo humano o semejante a los aceites más caros como el aceite de palma o de coco.	Canola, soya.
Maduración alterada.	Es más fácil embarcar los frutos con menos daño, lo que produce mayores utilidades a los agricultores.	Tomate.

Pero a pesar de que los beneficios han sido muchos, sigue el debate de qué tan seguros son los cultivos transgénicos para la salud y el ambiente. Solo en nuestro país está el debate por la siembra de maíz transgénicos, ya que muchos los consideran un riesgo ambiental por la posible modificación que puedan sufrir las variedades mexicanas de maíz.

Ganadera.

La producción de animales transgénicos es un proceso más complicado debido a que se tiene que recurrir a las células embrionarias y la manipulación del ADN suele ser complicada.

Pero los aportes de la Biotecnología “moderna” con respecto a la ganadería van encaminados a la medicina, ya que el ganado es usado como biorreactor para la síntesis de proteínas terapéuticas. Muchas veces estas son “granjas farmacéuticas”.

En las granjas farmacéuticas se crían ovejas, cabras, vacas o cerdos transgénicos que producen en su leche proteínas terapéuticas humanas. Por ejemplo, existen ovejas transgénicas que expresan el gen para la producción de la proteína 1-antitripsina- en su leche. Esta proteína se usa como tratamiento para pacientes con enfisema hereditario. También hay ovejas que codifican para el factor IX de coagulación de la sangre (antihemofílico), para tratar hemorragias o para personas que padecen hemofilia (defecto en la coagulación de la sangre).

Un resultado de la Biotecnología "antigua", ayudada con las técnicas nuevas de reproducción, es la producción de individuos con mayor masa muscular.

Industrial.

La Biotecnología Industrial (BI) aprovecha los procesos biológicos para la fabricación de sustancias químicas, bienes de equipos y de consumo que tengan un menor impacto ambiental. En diversas áreas de la BI, la reprogramación de las rutas metabólicas de bacterias por medio de la manipulación genética se ha utilizado para maximizar la producción de diversos compuestos. Un ejemplo es la producción de biocombustible casi idéntico al diésel en cepas de E. coli modificadas genéticamente.

Los objetivos planteados por la BI son la obtención de materias primas renovables (biomateriales), reducción de generación de residuos tóxicos, sustitución de fuentes de energía fósiles, entre otros.

Medicina y farmacología.

Se tiene identificadas más de 5,000 enfermedades causadas por factores genéticos. Estos descubrimientos se han dado gracias a las nuevas técnicas de ingeniería genética y biología molecular.

En la actualidad es posible diagnosticar trastornos hereditarios o detectar posibles problemas genéticos en los fetos utilizando técnicas de Biología molecular (examen genético prenatal), las cuales se basan en el uso de ADN.

También se han mejorado los método terapéuticos. Algunos de los tratamientos médicos que se basan en la tecnología del ADN recombinantes son la terapia génica, con la que se pretende curar enfermedades hereditarias (que en su mayoría se deben a genes defectuosos) mediante la introducción de genes sanos en las células, para que estos sustituyan a los genes defectuosos.

El cáncer es de las enfermedades que se pretende curar con esta terapia. Se busca “envenenar” los tumores introduciendo “genes suicidas” en células tumorales para que transformen una sustancia no toxica en veneno.

Ya en el 2000, un grupo de investigadores comunicó que había logrado tratar con terapia génica la enfermedad llamada inmunodeficiencia combinada grave, en el cual los niños que la padecen no tienen un sistema inmunológico normal y son incapaces de combatir infecciones (niños burbuja), causada por una mutación en un gen en el cromosoma X.

El antiguo tratamiento para esta enfermedad consistía en encontrar donadores de médula que fueran compatibles. Con la terapia génica se pudo sustituir el gen afectado.

La terapia génica para el tratamiento de los “niños burbuja” consistía en extraer células de la médula ósea de cada uno, introducirles el alelo normal y cultivar in vitro sólo las células que expresaban el alelo normal, para regresarlas a los pacientes.

En la farmacología se tiene un número mayor de casos exitosos, ya que por medio de la modificación de organismos se ha logrado la producción de grandes cantidades de proteínas, las cuales son usadas para el tratamiento de diabetes (insulina), problemas de coagulación en sangre (factores de coagulación), enanismo (hormona del crecimiento), entre otros. Y se intenta  desarrollar fármacos cuya acción sea más selectiva sobre determinadas especies patógenas.

La primer proteína humana hecha con tecnología de ADN recombinante fue la insulina que necesitan los diabéticos, la cual en un principio se extraía del páncreas de vacas o cerdos que habían sido sacrificados para obtener carne. Pero aunque la insulina de estos animales es muy similar a la humana, las ligeras diferencias causaban una reacción alérgica en 5% de los usuarios. Ahora se usa insulina recombinante obtenida de bacterias transgénicas, la cual no causa estas reacciones alérgicas.

Ejemplos de productos médicos obtenidos por ADN recombinante.
Producto	Objetivo	Producto	Ingeniería genética
Hormonas humanas	Se usan en el tratamiento de la diabetes y deficiencia del crecimiento	Humulin (insulina humana)	Gen humano insertado en bacterias
Citosinas humanas (regulan la función del sistema inmunitario)	Se usan en trasplantes de médula ósea y para tratar el cáncer e infecciones virales, incluyendo hepatitis y verrugas genitales	Leukine (factor de estimulación de colonias de macrófagos y granulocitos)	Gen insertado en levaduras.
Anticuerpos (proteínas del sistema inmunitario)	Se usan para combatir infecciones, cáncer, diabetes, rechazo de órganos y esclerosis múltiple	Herceptin (anticuerpos de una proteína expresada en células del cáncer de mama)	Genes de anticuerpos recombinantes insertados en células cultivadas de ratones.
Proteínas virales	Se usan para producir vacunas contra enfermedades virales y para diagnosticar infecciones virales.	Energiz-B (vacuna de la hepatitis B)	Gen viral insertado en levadura.
Enzimas	Se usan para el tratamiento de ataques cardíacos, fibrosis quística y otras enfermedades, y para la producción de quesos y detergentes.	Activase (activador del plasminógeno tisular)	Gen humano insertado en células cultivadas en ratos

Otro de los tratamientos en lo que se trabajan es el uso de células madre embrionarias, para tratar desde quemaduras hasta para obtener órganos para trasplantes de córnea, riñón e hígado. Debido a la capacidad que tienen este tipo de células de autorrenovarse y de dar origen a células especializadas (diferenciadas), tales como células del hígado o del cerebro.

Las principales fuentes de células madres son: embriones almacenados en clínicas de fertilidad u obtenidos por fecundación in vitro clonados, fetos abortados, cordón umbilical, tejidos u órganos adultos.

Como ya se mencionó, el principal uso dado a este tipo de células es el clínico, al ser un fuente de células es el clínico, al ser una fuente de células donantes para terapias de trasplantes. Pero existe gran controversia alrededor de su empleo, debido a que su principal origen es de embriones humanos.