Los ingenieros disfrutan de hacer mejoras, desde partes mecánicas hasta circuitos electrónicos. Siempre están trabajando para hacerlo más útil en el mundo. Por supuesto, el objetivo de todo esto es mejorar nuestras vidas, pero también hay otra forma en la que la vida, en el sentido de los organismos vivos, puede adaptarse para nuestro beneficio.
En los límites de la ingeniería y la investigación científica, los ingenieros genéticos trabajan con los planos mismos de la vida: el ADN. Al editar el ADN y los genes contenidos en él, el campo de la ingeniería genética nos permite cambiar la naturaleza de los seres vivos. Puede sonar un poco aterrador y ciertamente no está exento de controversia, pero si se hace correctamente, podría ayudarnos a crear más alimentos, diseñar nuevos materiales, tratar o curar enfermedades e incluso mejorar la vida de las personas antes de que nazcan.
El mundo de la ingeniería genética se basa en el ADN, una molécula presente en casi todas las células de la mayoría de los seres vivos, que regula cómo crecen y funcionan esas células. En su forma más simple, consiste en dos largas cadenas de azúcar y fosfato que se enroscan una alrededor de la otra en la famosa formación de doble hélice. Y es lo que vincula esas dos hélices lo que determina el contenido genético del ADN.
Cuatro tipos de moléculas llamadas bases forman el código biológico que almacena información sobre la estructura de las células y cómo funcionan. La secuencia de esas bases conforma los genes del organismo y, si el organismo se reproduce, transmite algunos o todos esos genes.
Hay mucha maquinaria celular involucrada en la traducción del código del ADN en proteínas que desempeñan diferentes funciones dentro de un ser vivo. Pero como probablemente sabes, el resultado final es que diferentes genes producen diferentes características en diferentes seres vivos a través de millones de años de evolución e herencia genética. Las diferencias en el ADN son la razón por la que un tigre tiene rayas, pero un jaguar tiene manchas, o por qué las girasoles y las rosas tienen diferentes tipos de pétalos.
Y los seres humanos han estado manipulando ese ADN durante miles de años, mucho antes de que supiéramos que existía. El ejemplo más extendido es la comida que obtenemos de los cultivos. Las personas han cultivado selectivamente cultivos y los han criado para que sean más grandes y den más comida.
Es esencialmente lo mismo que seleccionar cultivos con los genes correctos. También hemos tratado de hacerlos más resistentes a problemas como enfermedades o la falta de lluvia. En cuanto al ADN animal, domesticamos a los lobos hace más de 10,000 años y hoy los tenemos como perros. En cierto sentido, la ingeniería genética ha estado ocurriendo durante milenios.
El pionero de la ingeniería genética moderna
Uno de los pioneros de la ingeniería genética moderna fue el genetista estadounidense Norman Borlaug. En 1944, Borlaug fue contratado por el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo para mejorar el maíz y el trigo. El maíz es el tercer cultivo de cereal más consumido en el mundo, por lo que mejorar su rendimiento tendría un gran impacto.
Borlaug y su equipo utilizaron algunas técnicas tradicionales de cría de cultivos para hacer que el trigo fuera más resistente a enfermedades como el óxido del tallo, causado por un hongo que marchita los tallos de las plantas e incluso puede matarlas. Hasta cierto punto, tuvieron éxito, pero las nuevas plantas de trigo resistentes a enfermedades provenían de trigo que tenía tallos largos y delgados. Los nuevos cultivos heredaron esas características, lo que hizo que se doblaran e interfirieron con su crecimiento, lo que puede reducir los rendimientos finales de los cultivos hasta en un 50 por ciento.
Por lo tanto, Borlaug y sus colegas utilizaron sus conocimientos en genética para cruzar el trigo resistente con una variedad japonesa más corta que era más resistente a doblarse, un rasgo que lograron introducir con éxito en el trigo resistente a enfermedades.
El trigo que no se dobla puede no parecer el logro más asombroso, pero el trigo de Borlaug se desarrolló justo a tiempo para evitar una hambruna catastrófica en India y Pakistán. En 1962, Borlaug y sus colegas introdujeron su nuevo trigo en esos países, duplicando los rendimientos de los cultivos en la región durante la siguiente década.
El logro se conoció como la revolución verde. Como resultado directo del trabajo de Borlaug, se estima que se salvaron alrededor de 300 millones de personas del hambre, y Borlaug recibió el Premio Nobel de la Paz por su trabajo en 1970. Entonces, la ingeniería genética ya ha cambiado el mundo para mejor en formas significativas.
El potencial de la ingeniería genética
Hoy en día, las técnicas actuales permiten a los ingenieros genéticos contar con un conjunto de herramientas aún más preciso y poderoso para abordar otros desafíos. Además de abordar la escasez de alimentos, podríamos ajustar el desarrollo de ciertas plantas para la producción de biocombustibles, como el etanol derivado del maíz, o algas modificadas genéticamente.
De hecho, las algas pueden modificarse para producir mucho más que combustible. Si podemos editar los genes correctos, podríamos crear grandes cantidades de diatomeas, formas especiales de algas con paredes celulares de sílice. Son literalmente organismos vivos en casas de vidrio. Esa propiedad especial les brinda muchas aplicaciones en la nanotecnología.
Se pueden organizar en superficies para producir biosensores que detectan explosivos o enviar medicamentos dentro del cuerpo. La ingeniería genética podría ayudar a sintetizar y manipular las diatomeas de manera más eficiente.
Los beneficios médicos no se limitan a la administración de medicamentos. La ingeniería genética también se puede utilizar para producir medicamentos en primer lugar. Ciertos tipos de bacterias producen enzimas, proteínas que aceleran los procesos químicos, lo que a su vez puede producir las sustancias utilizadas en medicamentos farmacéuticos. Por ejemplo, la enzima P450 se utiliza para crear medicamentos para el tratamiento del cáncer, pero se produce naturalmente en plantas.
Al insertar los genes de una planta productora de P450 en bacterias, los investigadores pueden crear fábricas de bacterias modificadas genéticamente que generan P450 en mayores cantidades. Este tipo de estrategia puede hacer que el proceso de producción de medicamentos sea mucho más eficiente. Ya se utiliza un método similar para producir insulina, por ejemplo.
Mejor aún que tratar enfermedades sería evitar que sucedieran en primer lugar, lo que nos lleva a uno de los usos más controvertidos de la ingeniería genética: los tratamientos genéticos para animales no nacidos, incluidos los humanos. Ciertas enfermedades son causadas por problemas en el ADN de un organismo. Las mutaciones ocurren cuando hay un error en el proceso de copia del ADN y los pares de bases en el gen no se transcriben perfectamente.
En los humanos, por ejemplo, las mutaciones pueden provocar enfermedades cardíacas como la cardiomiopatía hipertrófica, que engrosa algunos de los músculos del corazón, lo que impide que bombee sangre eficientemente y obliga al corazón a trabajar más. Si pudiéramos editar el ADN en un embrión para corregir una mutación o eliminar un gen portador de una enfermedad, se evitaría que la enfermedad esté presente cuando la persona nazca y crezca. A nivel genético, es como eliminar una enfermedad por completo.
Por supuesto, muchos están preocupados de que la ingeniería genética se use para modificar a los humanos en busca de otras características, como el color del cabello y los ojos o su inteligencia. Si eso es algo que queremos o no como especie, sigue siendo objeto de debate. Pero los métodos modernos aún están lejos de ofrecer ese control. Sin embargo, ya se están abordando ciertas enfermedades con las técnicas actuales.
En resumen
La ingeniería genética tiene un enorme potencial, pero el desafío real radica en cómo cortamos y cambiamos los genes. Hay algunas formas diferentes en las que los genetistas hacen esto, pero dos técnicas revolucionarias han abierto las puertas en la ingeniería genética en la última década: la optogenética y CRISPR. La optogenética implica modificar las células para que sean sensibles a la luz, lo que permite encender y apagar células cerebrales y observar cómo eso afecta el comportamiento de un animal para comprender cómo funcionan las neuronas en conjunto.
Por otro lado, CRISPR puede editar el ADN de una manera más fácilmente personalizable y puede eliminar genes específicos de una célula y agregar nuevos. Se basa en un mecanismo de defensa que se encuentra en las bacterias para defenderse de los virus. Cuando las bacterias combaten con éxito a los invasores virales, enzimas en la célula toman partes del ADN del virus y lo guardan dentro de la célula.
Si otro virus ataca más adelante, las bacterias producen enzimas especiales de ataque conocidas como Cas9 que llevan consigo esas partes almacenadas del código genético viral, como una fotografía policial. Cuando las enzimas Cas9 encuentran un virus, verifican si el código genético del virus coincide con la fotografía policial. Si hay una coincidencia, la enzima Cas9 corta el ADN viral para neutralizar la amenaza.
Estos mecanismos son exactamente lo que necesitan los ingenieros genéticos: la capacidad de almacenar y reconocer porciones de código genético a nivel microbiológico y de cortar el ADN y agregar partes cuando sea necesario. Con CRISPR-Cas9, los ingenieros genéticos tienen un conjunto de herramientas increíblemente versátil para editar genes en seres vivos.
Aun así, CRISPR está lejos de ser perfecto en su forma actual. Cambiar el ADN no es algo sin consecuencias y, si se hace incorrectamente, incluso puede causar enfermedades y mutaciones genéticas. Aún queda un largo camino por recorrer antes de que seamos capaces de realizar la ingeniería genética a nivel de ADN en humanos por completo. Pero en el futuro, técnicas como estas pueden llevar a curas para todo tipo de enfermedades y, al igual que en muchos campos de la ingeniería, mejorar la calidad de vida de muchas personas.
En este episodio, exploramos la ingeniería genética y vimos que el ADN es el mecanismo subyacente de cómo se heredan los genes en los seres vivos y cómo determina las características de un organismo. Vimos cómo la cría selectiva puede mejorar las prácticas agrícolas y el potencial de la ingeniería a nivel de ADN en otros campos de la ingeniería. Por último, vimos cómo la optogenética y CRISPR han abierto nuevas formas para que los ingenieros genéticos cambien el ADN dentro de las células vivas.
