Importancia del descubrimiento de Watson y Crick en el desarrollo de la ciencia del siglo XX por Javier Sez Castresana

Una vez revelada la estructura del DNA por Watson y Crick, comenz una sucesin imparable de descubrimientos que an contina en nuestros das. De hecho, la Gentica ha sido desde entonces, la rama de la Biologa que ha experimentado un mayor crecimiento. Se describieron en aos posteriores los procesos que constituyen el denominado dogma de la Gentica Molecular: replicacin del DNA, es decir cmo se copia a s mismo antes de que una clula se divida en dos en el proceso denominado mitosis; transcripcin, o copia del DNA a molculas de RNA; y traduccin o sntesis de protenas, las efectoras de la funcin codificada en el DNA. Asimismo se descifr el cdigo gentico, otorgndose a cada combinacin de tres nucletidos en el RNA la seleccin de un aminocido concreto para la sntesis de una protena. Conocidos estos procesos se fue profundizando ms y ms en lo que se ha denominado tecnologa del DNA recombinante o ingeniera gentica. Se refiere sta a la reunin artificial de molculas de DNA o de partes de estas molculas que no se encuentran juntas en la naturaleza. Este tipo de tecnologa se est utilizando actualmente para producir medicinas, leche, e incluso , parte de la comida de los supermercados. La tecnologa del DNA recombinante comenz con las endonucleasas de restriccin, enzimas capaces de cortar el DNA en secuencias especficas, para poder unir despus distintas molculas de DNA entre s mediante las denominadas DNA ligasas. Comenzaron a desarrollarse los denominados plsmidos, fagos, csmidos y cromosomas artificiales de levadura, todos ellos denominados genricamente vectores de clonacin. Son stos molculas de DNA que permiten contener dentro de s otras molculas de DNA de diferentes organismos y tamaos, conocidas como insertos. Una vez unidos el inserto y el vector, la unidad de clonacin -as denominada- se transfiere al interior de una clula, dentro de la cual la molcula de DNA recombinante se replica, obtenindose decenas de copias idnticas conocidas como clones. Al replicarse las clulas husped, las clulas descendientes heredan el material gentico recombinante, que puede recuperarse, purificarse y analizarse. Potencialmente el DNA clonado puede transcribirse y traducirse, a fin de estudiar su RNA y/o su protena, y, por tanto, la funcin que codifica dentro del organismo.Dentro de las aplicaciones de la tecnologa de DNA recombinante podemos destacar las siguientes: Cartografa de los genes humanos, es decir, definicin de la posicin de cada gen en su cromosoma respectivo. Con el desarrollo de la tecnologa de DNA recombinante podemos asignar el hipottico gen que produce una enfermedad a un locus cromosmico especfico. Para ello se han diseado diferentes tcnicas como RFLP e hbridos de clulas somticas, entre otras. El denominado Proyecto Genoma Humano pretende cartografiar todos los genes de la especie humana en sus respectivos cromosomas. Fue precisamente Watson uno de los promotores de este proyecto, que se estima finalizar en el ao 2003. Es obvio que la informacin proporcionada por este proyecto repercutir en la identificacin de los genes que intervienen en procesos tales como la diabetes, cncer, hipertensin arterial, enfermedades mentales, Alzheimer, todas ellas enfermedades en las que hay varios genes implicados y la influencia del ambiente -no slo del componente gentico- es notoria. Diagnstico prenatal de enfermedades genticas: la tecnologa recombinante junto con los mtodos de obtencin de muestras (amniocentesis y extraccin de vellosidades corinicas) constituyen una herramienta muy sensible para la deteccin de enfermedades genticas. Son ejemplos la talasemia y la anemia falciforme. Diagnstico de enfermedades genticas en nios y adultos: corea de Huntington, neurofibromatosis, etc. Susceptibilidad a sufrir un tipo determinado de cncer familiar. Cuando varios miembros de una familia sufren un tipo de neoplasia (mama, colon...) podemos estudiar, mediante un simple anlisis de sangre a otros miembros de la familia a fin de detectar mutaciones en los genes especficos que pueden estar daados a nivel familiar. Una vez detectada la mutacin en personas sanas, podemos sugerir a este grupo de 'nuevos pacientes' un plan de revisin clnica, a fin de detectar a nivel radiolgico, por ejemplo, el tumor cuando todava es de muy pequeo tamao, pudiendo extirparlo quirrgicamente antes de que produzcan metstasis masivamente. Terapia gnica: durante dcadas se han utilizado algunos productos genticos, como la insulina, para tratamientos teraputicos. La terapia gnica persigue modificar el genoma de las clulas somticas para que produzcan cantidades adecuadas del producto gnico normal. Para ello se usan vectores que portan los genes de inters al interior de las clulas u organismos. Tanto algunos tipos de cncer como muchas enfermedades genticas estn hoy en estudio experimental de terapia gnica. Biotecnologa: diversas compaas de biotecnologa han utilizado las tcnicas de DNA recombinante para desarrollar a escala industrial productos como hormonas, factores de coagulacin, plantas resistentes a herbicidas, tomates mejorados en su sabor y aspecto, animales transgnicos que engordan ms rpido y producen ms carne. Actualmente se trabaja en vacunas, que a diferencia de las ya existentes (con virus muertos o atenuados), puedan ingerirse en vez de inyectarse. Seran baratas y se facilitara su uso en pases en vas de desarrollo. Son las denominadas vacunas de subunidad. Consisten en una o ms protenas de virus o de bacterias. La vacuna de la hepatitis B se basa en este modelo. Medicina forense: en los EE.UU. las huellas moleculares del DNA se han utilizado desde 1988 con fines jurdicos. La tcnica se basa en el anlisis de las bandas producidas en un gel tras cortar el DNA de una muestra encontrada en el lugar del crimen (cabello, semen, tejido cutneo o sangre) con una enzima de restriccin. Se compara el patrn de bandas de esa muestra con el producido por la vctima y los posibles sospechosos. Si hay coincidencia, el asesino ha sido detectado. La probabilidad de que dos individuos escogidos al azar tengan el mismo patrn de bandas para un corte enzimtico dado es menor de 1/1011 . Modelos animales de enfermedades genticas humanas. La creacin de ratones knock-out ("fuera de combate", es decir, sin funcin del gen deseado) se debe tambin a la tecnologa de DNA recombinante. Gracias a estos ratones se puede estudiar cul es la funcin de un gen en condiciones normales, ya que en los ratones knock-out ese gen pierde su funcin y produce un fenotipo distinto en el ratn. La tcnica de produccin de knock-outs es compleja y resulta de una combinacin de la tecnologa de DNA recombinante, de cultivos celulares y de manipulaciones de embriones. Todas estas aplicaciones de la tecnologa de DNA recombinante se han impuesto en nuestros das, tanto en el laboratorio de investigacin como en la vida diaria. Cierto es que muchos cientficos han contribuido considerablemente al desarrollo de las mismas. Pero no hay que olvidar que Watson y Crick merecen una mencin muy especial, por ser ellos quienes definieron con precisin la estructura de doble hlice del DNA, permitiendo al mundo cientfico el estudio directo del DNA y sus molculas derivadas, as como el desarrollo de la ingeniera gentica y el advenimiento de sus aplicaciones, con notables repercusiones en la vida diaria.

La revolucin del DNA combinante Es difcil enfatizar demasiado el impacto que el surgimiento de las tcnicas de DNA recombinante ha tenido en la capacidad de generacin de conocimiento y en la capacidad de manipulacin de organismos vivos. Vivimos una poca de acumulacin de conocimientos sin precedente. Por mucho que los logros de aplicacin prctica se hayan quedado cortos respecto a ciertas expectativas, nos encontramos cada da con ms productos y procesos biotecnolgicos inimaginables hace un par de dcadas. El progreso paulatino observado en pocas pasadas, como por ejemplo el mejoramiento de procesos de fermentacin, o de cepas productoras de antibiticos, de razas animales y variedades de plantas de cultivos, estn siendo suplantados por progresos cualitativamente diferentes, que se hacen posibles por el nuevo conocimiento y herramientas de manipulacin. Hoy da hablamos de plantas y animales transgnicos, expresin de protenas humanas en bacterias, hongos y clulas de cultivo, terapia gnica, ingeniera de vas metablicas, diagnstico a partir de cantidades minsculas de material biolgico, etc. Cmo es que el DNA recombinante ha hecho esto posible? Los fundamentos bsicos de esta metodologa los conocemos muchos de nosotros. La conservacin de la naturaleza qumica del material gentico de todos los organismos vivos permiti que ste se pudiera combinar para formar molculas hbridas. En consecuencia, se hizo finalmente posible aislar, caracterizar y manipular genes de cualquier especie. Un ejemplo como la clonacin de un gene humano, digamos la hormona del crecimiento, su expresin en bacterias y su uso como tratamiento contra el enanismo, nos da una idea de lo que puede hacerse con estas herramientas. Pero es hoy da slo la punta del iceberg. El cmulo de metodologas y conocimientos, que se potencan unos a otros, constituyen actualmente un verdadero arsenal de posibilidades. Incluso los especialistas se ven abrumados por la cantidad, calidad y originalidad de trabajos en los que se revelan importantes procesos biolgicos. Las tcnicas se emplean de las maneras ms ingeniosas. Se emprenden proyectos cada vez ms ambiciosos.As, se encuentran en produccin comercial, o cercanos a su aprobacin, decenas de productos proteicos de origen humano, expresados mediante DNA recombinante. Hoy da se trabaja en la produccin de estos materiales en animales transgnicos, con el consecuente abaratamiento en la produccin. Asimismo, se vislumbra la posibilidad de producir metabolitos o molculas orgnicas no proteicas, a travs de la ingeniera de vas metablicas. Se trabaja activamente en el mejoramiento de plantas de uso agrcola. El primer producto, el jitomate madurable en la planta, ha salido al mercado. En un futuro muy cercano encontraremos otras plantas transgnicas en nuestras mesas. Se desarrollan bioinsecticidas, se propagan las plantas por cultivo de tejidos. En el campo del diagnstico, se han desarrollado sistemas cada vez ms precisos y sensibles. La hibridacin de cidos nucleicos y la versatilidad en la fabricacin de anticuerpos monoclonales han empezado a revolucionar este campo. Se han ido aislando genes humanos que determinan o condicionan la aparicin de enfermedades, y se encuentra operando en gran escala un proyecto para mapear y secuenciar la totalidad del genoma humano. La terapia gnica es una realidad probada, de inmenso potencial. En fin, la biotecnologa contempornea se perfila como un actor preponderante en muchos campos de la actividad humana. Las reas industriales, de contaminacin y de energa son tambin susceptibles a su influencia. Qu se requiere para poder participar activamente en la generacin y aprovechamiento de este tipo de tecnologa?

Retos y Perspectivas.Frecuentemente se considera que, entre las tecnologas de punta, donde podran haber ms oportunidades para los pases en desarrollo, est precisamente la biotecnologa. Los recursos materiales necesarios para su implementacin son relativamente menores, al compararlos con otras tecnologas. Yo creo que muchos de los problemas con caractersticas ms regionales y con condicionamientos culturales son susceptibles a abordarse mediante la biotecnologa. La naturaleza de los proyectos requerir, sin embargo, del concurso de muchos especialistas. La mencionada avalancha de conocimientos y las diversas especialidades que concurren a la solucin de los problemas requieren, en forma ineludible, de la integracin de equipos multidisciplinarios. Asimismo, los cuadros preparados para enfrentar estos retos slo pueden surgir de un sistema universitario en donde se realice investigacin original, es decir, en donde haya un contacto de primera mano con la aparicin de los conocimientos ms recientes. Puede decirse que si quisiramos abordar un problema particular en la escala de intensidad con la que lo hacen los pases desarrollados, necesitaramos una inversin relativamente accesible, pero tendramos que emplear una proporcin alarmantemente alta de nuestra pequesima comunidad cientfica y tecnolgica. Uno de los retos principales es, pues, lograr mantener un crecimiento acelerado en la formacin de recursos humanos, y un fortalecimiento del aparato cientfico nacional. Otro de los retos a vencer consiste en propiciar una cultura favorable al desarrollo cientfico y tecnolgico. Requerimos una sociedad convencida de la importancia estratgica de estas actividades. La desconfianza sobre las posibles consecuencias negativas del empleo de la tecnologa puede tener un antecedente entendible, debido a los abusos que de ella hemos hecho. Frecuentemente, sin embargo, se exageran los peligros, fundamentalmente debido a la ignorancia sobre la verdadera naturaleza de los procesos involucrados, distorsionada por grupos con intereses particulares. Necesitamos transmitir a la sociedad una visin clara de la actividad cientfica y tecnolgica, convencerla de que existe responsabilidad en su ejercicio. De hecho, en el caso particular de la biotecnologa, existe la clara posibilidad de orientar su empleo en aminorar los problemas ambientales y otros efectos secundarios del desarrollo tecnolgico. En un pas joven, pobre y desigual, debemos afrontar grandes retos para llevar al mercado las innovaciones que surjan. Los acadmicos deben ganar la confianza de los industriales. Estos tendrn que tomar el reto de fortalecer drsticamente sus departamentos de investigacin y desarrollo, apostando a la generacin de tecnologa propia como medio privilegiado para aumentar su competitividad internacional. El gobierno debe encontrar formas imaginativas para propiciar estos cambios. La biotecnologa puede ser un componente importante para el desarrollo del pas, pero su consolidacin podra diferirse mucho si no logramos conjugar los elementos necesarios.

Metodologas Biotecnolgicas para un aumento de la produccin En la actualidad, se estn utilizando diferentes mtodos para lograr una mejor calidad de los vegetales, los cuales se basan en la reproduccin asexual. Ahora podemos introducir el concepto de cultivo celular, que consiste en cultivar clulas de una planta, en medios que contienen hormonas y nutrientes, y de esta forma se puede lograr una planta entera. Gracias a esta tcnica se pueden iniciar miles de cultivos celulares por separado, en forma separada para someterlos luego a una variable adversa (sequa, salinidad, etc.). Los cultivos que sobreviven tendrn mayor tolerancia a la variable estudiada. Por igual mecanismo se pueden seleccionar granos o plantas que tengan mayor cantidad de aminocidos esenciales, como lisina, tirosina o triptofano. Donde tal vez adquiere mayor importancia el cultivo unicelular, es en la silvicultura. Histricamente el mejoramiento gentico de rboles es muy lento, pues deben pasar varias dcadas para que se manifiesten los resultados de los experimentos. El cultivo de tejidos abrevia el proceso de manera sustancial. Tericamente se puede seleccionar el rbol con mejores caractersticas dentro de un bosque y reproducirlo exactamente igual, por cultivo celular (clonacin). La firma anglo holandesa Unilever, produce un milln de palmas por clonacin al ao y ya se han plantado miles de plantas en Malasia. Semillas Sintticas son aquellos embriones producidos por cultivo celular que se han encapsulado en un medio con fertilizante y pesticidas. El objetivo de esto es que el agricultor tenga una semilla garantizada, cuyas plantas van a ser absolutamente uniformes y que van a madurar todas al mismo tiempo, lo que disminuye el costo de la cosecha. Por otro lado estas semillas germinan slo en uno o dos das. Fusin citoplasmtica consiste en fusionar dos clulas provenientes de dos plantas enteramente diferentes. De esta forma se pueden crear nuevas plantas en la que se combina la informacin gentica de ambas. El proceso ofrece muchas posibilidades, as por ejemplo, plantas susceptibles a ciertas enfermedades pueden fusionarse con plantas de la misma especie que tengan resistencia a esas enfermedades, para que as adquieran la resistencia. Tambin se logran fusiones entre especies diferentes, por ejemplo, el llamado tomato, un hbrido entre la papa y el tomate, el cual posee papas en las races y tomates en la superficie.

Uso del DNA recombinante.Sin duda esta tecnologa es la que ofrece mas expectativas para la obtencin de plantas con las caractersticas deseadas. Entre las aplicaciones de la biotecnologa en el sector agrario, por medio de la tcnica del DNA recombinante, tenemos Resistencia a herbicidas, la cual se basa en la transferencia de genes de resistencia a partir de bacterias y algunas especies vegetales, como la petunia. As se ha conseguido que plantas sean resistentes al glifosato, como la soja; a glusofinato en la colza y a bromoxinilen en el algodn. De esta forma se simplifica el control de malas hierbas y mejora la compatibilidad medioambiental, sustituyendo materias activas residuales. Resistencia a plagas y enfermedades, obtenida con genes de resistencia incorporados a la planta. Con este tipo de proteccin se tiene ventajas como reducir el consumo de insecticidas para el control de plagas, proteccin duradera y efectiva en las fases criticas del cultivo, ahorro de energa en los procesos de fabricacin de insecticidas, as como la disminucin del empleo de envases difcilmente degradables, se aumentan las poblaciones de insectos beneficiosos y se respetan las poblaciones de la fauna terrestre entre otros. Mejora de las propiedades nutritivas y organolpticas, debido al conocimiento del metabolismo de las plantas, se permite mejorar e introducir algunas caractersticas diferentes. En tomate, por ejemplo, se logr mejorar la consistencia y la textura impidiendo o retrasando el proceso de maduracin. Esto se logr con la introduccin de un gen que inhibe la formacin de pectinasa, enzima que en el curso de envejecimiento del fruto se activa produciendo una degradacin de la pared celular y la perdida de la consistencia del fruto.Resistencia a estrs abitico, al inocular colonias de bacterias que facilitan la formacin de cristales de hielo, se le confiere una mayor resistencia a la planta a las bajas temperaturas.Otras aplicaciones son obtener variedades coloreadas imposibles de obtener mediante cruzamiento o hibridacin, como es le caso de rosas azules. Tambin se ha conseguido mejorar la fijacin de nitrgeno por parte de las bacterias fijadoras que viven en simbiosis con las leguminosas. En colza y en tabaco, se ha logrado obtener plantas androestriles. Por otro lado, en ctricos se ha acelerado el proceso de floracin sobreexpresando genes como el apetala y leafy. Finalmente, se producen plantas transgnicas productoras de vacunas, como tet56ano, malaria en plantas de banana, mango, lechuga, etc.

Biotecnologa vincolaLa produccin del vino se puede optimizar, gracias a tecnologas biolgicas o biotecnologa, enfocndonos en el proceso de fermentacin de las levaduras. Ya se est trabajando en mejoras del proceso, tratando de crear, por ingeniera gentica, levaduras con un mayor aprovechamiento del azcar para producir etanol. Con esta misma metodologa se est consiguiendo mayor grado alcohlico con una graduacin Brix inicial a la que la ley permite. Por otro lado, se est mejorando la respuesta de estas levaduras vnicas al estrs relacionado con su produccin industrial y con el proceso de elaboracin del vino, adems se esta incrementando el aroma secundario de los vinos mediante la transgnesis de levaduras vnicas que tengan incrementadas las concentraciones celulares de determinados steres y alcoholes superiores. Se desea eliminar el problema de la quiebra proteica en vinos blancos mediante el uso de proteasas especficas y levaduras transgnicas que expresen los genes que las codifican, como tambin se esta identificando los promotores de genes de levaduras industriales con expresin diferencial a lo largo de la fermentacin vnica. Otro aporte biotecnolgico en esta rea es la caracterizacin y seleccin de cepas y la produccin aumentada que se estn obteniendo gracias al mejoramiento de los biorreactores, lo que en definitiva disminuye los costos de produccin de levaduras con su respectiva variacin decreciente del precio para el empresario que adquiere estas cepas para la produccin; como tambin se estn identificando los promotores de genes de levaduras industriales con expresin diferencial a lo largo de la fermentacin vnica.

Biotecnologa agraria en el mundoPases como USA, Argentina, Canad y los de la comunidad Europea se encuentran muy avanzados en cuanto a biotecnologa agraria. Es as como Canad cuenta con la mayor empresa de biotecnologa vegetal, Monsanto (www.monsanto.es), que entre sus logros tiene las patentes del vector ms utilizado para transferencia gnica en plantas y el promotor 35S. Por otro lado, Argentina tiene un gran porcentaje de hectreas cultivadas con soja transgnica, a la cual se le ha incorporado el gen Bt que le confiere resistencia a insectos. Espaa, para mayo de este ao, realiz 39 ensayos de biotecnologa con aplicacin agraria, China dedicar 1.2 millones de hectreas al cultivo de transgnicos para el ao 2004 y este ao se present el Arroz Dorado, que es una variedad genticamente modificada para producir provitamina ALa FAO no se queda atrs en el tema de la biotecnologa, esta organizacin declar numerosos puntos importantes en cuanto al tema. En esta declaracin la FAO defini la biotecnologa, reconoci que la ingeniera gentica contribuye a elevar la produccin y productividad en la agricultura, por otro lado, muestra preocupacin por los riesgos potenciales que presentan algunos aspectos de la biotecnologa. Con el fin de prevenir riesgos, la FAO apoya un sistema de evaluacin de base cientfica que determine objetivamente los beneficios y riesgos de cada organismo modificado genticamente. La FAO tambin se muestra preocupada por la concentracin de investigacin biotecnolgica en el sector privado, por ello considera que hay que hacer lo posible para conseguir que los pases en desarrollo y los agricultores con pocos recursos se beneficien mas de la investigacin biotecnolgica, manteniendo a la vez su acceso a una diversidad de fuentes de material gentico. Para lograr este ltimo punto, esta entidad propone un moyor financiamiento pblico y dilogo entre los sectores pblico y privado. La Comisin de Recursos Genticos para la Alimentacin y la Agricultura (CRGAA) es un foro permanente en el que los gobiernos debaten y negocian asuntos de inters en relacin con los recursos genticos para la alimentacin y la agricultura. Los principales objetivos de la CRGAA son garantizar la conservacin y la utilizacin sostenible de los recursos genticos para la alimentacin y la agricultura, as como la distribucin justa y equitativa de los beneficios derivados de su utilizacin para las generaciones presentes y futuras. En la actualidad son miembros de la CRGAA 160 pases y la Unin Europea. De acuerdo al campo de aplicacin la biotecnologa puede ser distribuda o clasificada en cinco amplias reas que interactuan a saber: Biotecnologa en salud humana, Biotecnologa animal, Biotecnologa Industrial, Biotecnologa Vegetal y Biotecnologa ambiental. Las tcnicas biotecnolgicas utilizadas son comunes en las diferentes campos de aplicacin de la biotecnologa, estas se pueden agrupar en dos grandes grupos de tcnicas: Cultivo de tejidos y Tecnologa del DNA. La primera trabaja a un nivel superior a la clula (con sus componentes - membranas, cloroplastos, mitocondria, etc) e incluye clulas, tejidos y rganos que se desarrollan en condiciones controladas. La segunda, involucra la manipulacin de genes que determinan las caractersticas celulares ( de plantas, animales y microorganismos), lo que significa el trabajar a nivel de DNA: Aislamiento de genes, su recombinacin y expresin en nuevas formas y su transferencia a clulas apropiadas. El principal impacto de las modernas biotecnologas ha sido en el rea farmacutica. El nmero de productos y servicios disponibles permanentemente se est incrementando para las reas farmacutica, agrcola, alimentaria, produccin de energa y tratamientos de desechos, limpieza de aguas y biorremediacin entre otros. Las tecnologas de DNA recombinante han tenido asombrosas repercusiones en los ltimos aos. Los bilogos moleculares han mapeado genomas enteros, se han desarrollado y comercializado nuevas medicinas y producido plantas con nuevos tipos de resistencia a enfermedades que no podan ser desarrolladas por los mtodos tradicionales. Muchos ejemplos como la papa libre de amilosa y la bacteria que produce ndigo, tambien incluyen el uso de organismos modificados genticamente por tecnologas de DNA recombinante. Tambin Muchas enzimas son rutinariamente producidas por la tecnologa del DNA recombinante. Dada la abrumadora diversidad de especies, biomolculas y vas metablicas en este planeta, la ingeniera gentica puede en principio ser una herramienta muy poderosa para crear alternativas amistosas ambientales en productos y procesos que actualmente contaminan el ambiente o acaban con los recursos no renovables. Factores polticos, econmicos y sociales en ltimas, determinarn que posibilidades cientficas se harn realidad La transformacin gentica y otras tcnicas de mejoramiento de cultivos han sido utilizados para lograr cuatro objetivos principales: cambiar las caractersticas de productos, mejorar la resistencia a patgenos y plagas en vegetales, incrementar la produccin e incrementar el valor nutricional de alimentos. Los cultivos transgnicos tienen el potencial para contribuir a incrementar la calidad en los alimentos y la produccin, la calidad en el ambiente (reduciendo los requerimientos de qumicos) y la salud humana.

Biotecnologa Animal y en salud humana:Las biotecnologas proporcionan un amplio rango de usos potenciales en animales y humanos. Por ejemplo, puesto que cada criatura es nica, cada una posee una "receta" (composicin) nica de DNA. Los individuos de cualquier especie, cruce o lnea hbrida pueden usualmente ser identificados por pequeas diferencias en su secuencia de DNA - tan pequeas como que se puede detectar una diferencia en un milln de letras. Utilizando las tcnicas de RFLPs (Polimorfismo en longitud de fragmentos de restriccin) se pueden obtener DNA 'fingerprints' (identidad molecular). Cualquier organismo puede ser identificado por composicin molecular, en consecuencia este 'fingerprint' puede ser usado para determinar las relaciones familiares en litigios de paternidad, para confrontar donantes de rganos con receptores en programas de transplante, unir sospechosos con la evidencia de DNA en la escena del crimen (biotecnologa forense), o servir como indicativo de pedigr para mejoramiento en semillas y ganado. El desarrollo de tcnicas para el diagnstico de enfermedades infecciosas o de desordenes genticos es una de las aplicaciones de mayor impacto de la tecnologa de DNA. Al utilizar las tcnicas de secuenciacin de DNA y de PCR (reaccin de polimerasa en cadena) los cientficos pueden diagnosticar infecciones virales, bacterianas o fngicas, distinguir entre individuos cercanamente emparentados, o mapear la localizacin especifica de los genes a lo largo de la molcula de DNA en las clulas. La tuberculosis, el SIDA, los papilomavirus y muchas otras enfermedades infecciosas, adicionalmente a los desordenes heredados como la fibrosis qustica o la anemia falciforme son diagnosticadas en pocas horas utilizando las tcnicas de PCR en lugar de varios dias o semanas por los mtodos tradicionales, permitiendo intervencin y tratamiento ms tempranos. Tambin se encuentran disponibles pruebas de PCR para diagnosis de enfermedades de cultivos y animales. Existen tres reas diferentes en las cuales la biotecnologia puede influir sobre la produccin animal: el uso de nuevas tecnologas reproductivas, nuevas vacunas y nuevas bacterias y cultivos celulares que producen hormonas. En animales tenemos ejemplos de modelos desarrollados para evaluar enfermedades genticas humanas, el uso de animales para la produccin de drogas y como fuente donante de clulas y rganos, por ejemplo el uso de animales para la produccin de protenas sanguneas humanas o anticuerpos. La inseminacin artificial de bovinos ha estado disponible por muchos aos, y en los ltimos veinte aos los cientficos han desarrollado tcnicas que permiten la transferencia de embriones sin ciruga. La transferencia de embriones ha llevado al desarrollo de otros servicios como el sexaje, tcnicas de congelamiento y otros. Para las enfermedades animales, la biotecnologa provee de numerosas oportunidades para combatirlas, y estn siendo desarrolladas vacunas contra muchas enfermedades bovinas y porcinas. Las nuevas vacunas recombinantes tienen mayor proteccin, son ms estables y ms fciles de producir. La ingeniera gentica ha hecho posible producir hormonas de crecimiento e interferon para bovinos, porcinos y aves. La modificacin de los organismos iniciales proporciona oportunidades para el mejoramiento de las propiedades organolpticas y el tiempo de permanencia en estante de productos crnicos y lcticos, as como mejores tasas de fermentacin que facilitan la mecanizacin de los procesos. Los marcadores moleculares basados en DNA pueden ser utilizados en varias formas para construir mapas de relacin de diferentes especies as como para localizar genes particulares. El mapeo de marcadores es utilizado para agilizar la seleccin en procesos tradicionales de mejoramiento. Los marcadores moleculares, mejoramiento asistido por marcadores y secuenciacin de DNA son aplicables tanto a plantas como a animales pero presentan mayor potencial en mejoramiento animal debido a los costos de los individuos, lo largo de los ciclos de mejoramiento y el pequeo nmero de descendencia. La clonacin somtica que permiti la clonacin somtica de una oveja, ofrece nuevas posibilidades en el mejoramiento animal, conservacin de recursos genticos animales y como una herramienta de mayor costo efectivo para investigacin y entrenamiento. Las tcnicas relacionadas de transferencia de embriones, criopreservacin de embriones y semen e inseminacin artificial son ampliamente utilizadas, con impacto significativo.

Biotecnologa industrial:Las tecnologas de DNA ofrecen muchas posibilidades en el uso industrial de los microorganismos con aplicaciones que van desde produccin (a travs de procesos industriales y agro procesos) de vacunas recombinantes y medicinas tales como insulina, hormonas de crecimiento e interferon, enzimas y produccin de protenas especiales. Las vacunas recombinantes tiene gran aplicacin no solo pueden ser producidas en forma a menor costo sino que ofrecen ventajas de seguridad y especificidad y permiten fcilmente distinguir entre animales vacunados y naturalmente infectados. La manipulacin gentica de vas metablicas de los microorganismos hace posible convertir eficientemente forrajes pobres en productos de gran valor como amino acidos, protenas y qumicos especiales.

Biotecnologa Vegetal: Con las tcnicas de la biotecnologa moderna, es posible producir - ms rpidamente que antes - nuevas variedades de plantas con caractersticas mejoradas (ej. mayor produccin, tolerancia a condiciones adversas, resistencia a herbicidas especficos y a enfermedades), que puedan ser propagadas con mayor xito. An ciertas plantas sexualmente incompatibles pueden ahora ser hibridizadas, y el potencial de nuevas variedades es inmenso. Problemas de enfermedades y control de malezas ahora pueden ser tratados genticamente en vez de con qumicos. Aunque falta realizar mucha investigacin, y a muchas de las aplicaciones les falta un largo camino para poder implementarse, el potencial de ventajas y desventajas puede ser en general identificado. En la base de las nuevas biotecnologas desarrolladas estn las tcnicas de aislamiento de clulas, tejidos y rganos de plantas y el crecimiento de estos bajo condiciones controladas (in vitro). Existe un rango considerable de tcnicas disponibles que varan ampliamente en sofisticacin y en el tiempo necesario para producir resultados tiles. El desarrollo ms crucial para la biotecnologa fue el descubrimiento de que una secuencia de DNA (gen) insertado en una bacteria induce la produccin de la protena adecuada. Esto ampli las posibilidades de la recombinacin y la transferencia de genes, con implicaciones a largo plazo para la agricultura a travs de la manipulacin gentica de microorganismos, plantas y animales Las tcnicas de DNA incluyen el aislamiento, amplificacin, modificacin y recombinacin de DNA; la ingeniera gentica para obtener Organismos Genticamente Modificados (OGM); uso de marcadores y sondas para el mapeo de genes y en estructura y funcionalidad del genoma; y la identificacin clara de genotipos a travs de la secuenciacin de DNA.

Las tcnicas de DNA recombinante son utilizadas para la produccin de individuos transgnicos, e incluyen aislamiento, clonacin, recombinacin y reinsercin de material gentico por varios mtodos. Variedades transgnicas en cultivos alimenticios han sido liberadas con genes incorporados para resistencia a herbicidas, insectos o virus. Aunque los mtodos de diagnosis no se basan exclusivamente en productos de la biotecnologa (anticuerpos monoclonales, antgenos recombinantes) hay muchas aplicaciones agrcolas importantes para la identificacin de patgenos de plantas y animales, con implicaciones econmicas en el monitoreo y control de plagas.La posibilidad de la estandarizacin y el control de calidad ser crtica en la armonizacin y estandarizacin de los ensayos de diagnstico sobre una base global, con implicaciones importantes para el intercambio de organismos vivos La aplicacin exitosa de la transferencia de genes y de la ingeniera gentica requiere la identificacin del gen o grupo de genes que controla caracteres econmicamente ventajosos y su aislamiento. Este procedimiento requiere xito en muchas reas: clonacin de genes y secuenciacin, desarrollo de vectores de genes adecuados para clulas vegetales, transferencia exitosa de los genes, expresin de genes, estabilidad gentica y transmisin de genes a travs de la subsecuente reproduccin sexual. Aunque las herramientas de la ingeniera gentica estn disponibles, se requiere ms conocimiento de la biologa molecular de plantas. La obtencin de cultivos mejorados a travs de la ingeniera gentica es el resultado de un esfuerzo de grupo que incluye por lo menos un bilogo celular y molecular, especialistas en cultivo de tejidos vegetales y mejoradores. Algunos de los productos de estas tcnicas son la produccin masiva y el comercio global, la rpida introduccin de nuevas variedades, la produccin de material libre de enfermedades, propagacin durante todo el ao, incremento de la uniformidad vegetal, almacenamiento de germoplasma, multiplicacin de plantas con dificultad de propagar, resistencia a herbicidas, enfermedades y deteccin y eliminacin y control de malezas y plagas.

Biotecnologa ambiental:La biotecnologa ambiental se refiere a la aplicacin de los procesos biolgicos modernos para la proteccin y restauracin de la calidad del ambiente. La biorremediacin es el uso de sistemas biolgicos para la reduccin de la polucin del aire o de los sistemas acuticos y terrestres. Los sistemas biolgicos utilizados son microorganismos y plantas. La biodegradacin con microorganismos es la opcin ms frecuentemente usada. Los microorganismos pueden degradar la mayora de compuestos para suplir sus necesidades energticas y de crecimiento. Estos procesos de biodegradacin pueden o no necesitar aire. En algunos casos, las vas metablicas que los organismos normalmente utilizan para crecer y obtener la energa pueden tambien ser utilizados para degradar molculas de contaminantes. En esos casos, conocidos como cometabolismo, los microorganismos no se benefician directamente.Los investigadores han tomado ventaja de ste fenmeno y lo utilizan para fines de biorremediacin. La biodegradacin completa lleva a una detoxificacin de los minerales contaminantes a dixido de carbono, agua y sales inorgnicas inocuas. La degradacin incompleta producir el rompimiento de productos que pueden o no ser menos txicos que los contaminantes originales. La degradacin incompleta de tri o tetracloroetileno, por ejemplo, puede producir vinilcloruro, el cual es ms txico y ms carcinognico que los compuestos originales. Algunas aplicaciones de la biorremediacin son tratamientos de aguas domsticas e industriales, aguas procesadas y de consumo humano, aire y gases de desecho, suelos y tratamientos de suelos y desechos slidos. Progresivamente ms compaas industriales se encuentran desarrollando procesos en el rea de prevencin, con el fin de reducir el impacto ambiental como repuesta al llamado internacional para el desarrollo de una sociedad sostenible. Hay una tendencia prevalente hacia productos y procesos menos perjudiciales. La biotecnologa es ventajosamente adecuada para contribuir con este propsito. Muchos procesos industriales han sido transformados en procesos ambientalmente ms amigables mediante el uso de enzimas. Las enzimas son catalizadores biolgicos altamente eficientes con numerosas ventajas sobre los catalizadores no biolgicos. Son no txicos y biodegradables, trabajan mejor a temperaturas moderadas y en condiciones no extremas, y tienen menores efectos laterales que los mtodos tradicionales debido a su alta especificidad. Los mtodos de produccin que utilizan enzimas son generalmente no solo ms limpios y seguros comparados con otros mtodos sino ms econmicos en el consumo de energa y recursos.Nuevas tcnicas y enfoques para el diseo de protenas y modelos moleculares estn facilitando a los investigadores el desarrollo de nuevas enzimas activas a altas temperaturas, en slidos y solventes no acuosos. La biotecnologa asimismo puede ayudar a producir nuevos productos que tengan menos impacto en el ambiente que sus predecesores. Para la deteccin y el monitoreo de contaminantes existe actualmente un amplio rango de mtodos biolgicos. Medidas a largo plazo incluyen el clculo del nmero de especies vegetales, animales y microorganismos, clculo del nmero de individuos en esas especies o el anlisis de los niveles de oxgeno, metano y otros compuestos en el agua.Mas recientemente mtodos de deteccin biolgica usando biosensores e inmunoanlisis han sido desarrollados y comercializados. Los biosensores microbianos son microorganismos que producen una reaccin al contacto con la sustancia que percibe. Usualmente estos producen luz la cual cesa al entrar en contacto con sustancias que son txicas pera ellos. Se utilizan a la vez microorganismos que naturalmente emiten luz y microorganismos desarrollados especialmente. La mayora de los biosensores son una combinacin de recursos electrnicos y biolgicos - a menudo construidos con un microchip. El componente biolgico puede ser una simple enzima o un anticuerpo, o an una colonia de bacterias, una membrana, un receptor neural o un organismo completo. Al estar inmovilizado en un sustrato, sus propiedades cambian en respuesta al ambiente en forma tal que es detectable electrnica u pticamente. Es por lo tanto posible realizar medidas cuantitativas de contaminantes con alta precisin y alta sensibilidad. Los inmunoensayos usan anticuerpos marcados (complejo protenico producido en respuesta a un agente especfico) y enzimas para medir los niveles de polucin. Si un contaminante est presente, el anticuerpo se une a el; el marcaje lo hace detectable ya sea a travs de un cambio de color, fluorescencia o radiactividad. Se han desarrollado inmunoensayos de varios tipos para el monitoreo continuo y automatizado de plaguicidas como dieldrin y parathion. La naturaleza de estas tcnicas, cuyos resultados pueden ser tan simples como un cambio de color las hacen particularmente adecuadas para evaluaciones de campo de alta sensibilidad donde el tiempo y la cantidad de equipo necesario por mtodos tradicionales es poco prctico. Su uso, sin embargo, est limitado a contaminantes que pueden producir anticuerpos biolgicos. La capacidad de algunas bacterias acidoflicas de oxidar sulfatos minerales proporciona la forma de liberar metales de menas (mineral metalfero), concentrados o material de desecho. Esa tecnologa generalmente se llama lixiviacin de minerales por bacterias, biominera o biohidrometalrgia. El proceso contrario - la bioabsorcin o precipitacin de metales - puede denominarse biorremediacin. El impacto de la biominera est restringido a combinaciones particulares y circunstancias. Sin embargo existen procesos comerciales exitosos en los que se utilizan bacterias en el procesamiento de minerales. Estos son bsicamente de tres tipos: El primero, procesos de vertederos o lixiviacin en pilas, en los cuales la actividad bacteriana causa la liberacin de los metales, principalmente cobre y uranio, en el agua cida percolada. Segundo, hay bajo tierra o in situ lixiviacin de uranio, siendo esta operacin en su mayora bajo tierra, ha reducido ampliamente los daos al ambiente que estaban asociados normalmente con las minas de uranio y a disminuido la deposicin en la superficie. Tercero, los bioreactores pueden ser usados para procesos de concentrados de alto valor (produccin de oro). En trminos generales la biotecnologa puede ser utilizada para le evaluacin de estado de los ecosistemas, transformar contaminantes en sustancias no txicas, generar materiales biodegradables a partir de recursos renovables y desarrollar procesos de manufactura y manejo de desechos ambientalmente seguros. Los investigadores estn explorando propuestas biotecnolgicas para la solucin de problemas en muchas reas del manejo ambiental y asegurar la calidad tales como la restauracin ecolgica, deteccin de contaminantes, monitoreo, remediacin, evaluacin de toxicidad y conversin de basuras en energa.