Estructura del ARN de transferencia.La biotecnología es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medioambiente y medicina. Se desarrolla en un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias como biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras. Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos. Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Karl Ereki, en 1919, quien la introdujo en su libro Biotecnología en la producción cárnica y láctea de una gran explotación agropecuaria.
Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría definirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos".
El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica define la biotecnología moderna como la aplicación de:
Técnicas in vitro de ácido nucleico, incluidos el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos, o
La fusión de células más allá de la familia taxonómica que superan las barreras fisiológicas naturales de la reproducción o de la recombinación y que no son técnicas utilizadas en la reproducción y selección tradicional.
LOS MECANISMOS DE LA HERENCIA
Una serie de características identifican a los individuos de una especie y los asemejan con sus antepasados biológicos. Un plan básico se transmite de una generación a otra. Sin embargo, si se observan animales, plantas, hongos, son evidentes las diferencias entre los progenitores y la descendencia. Los factores que contribuyen a que estas semejanzas y diferencias estén presentes son la herencia y el ambiente.
La herencia de un individuo es el conjunto de instrucciones codificadas en el ADN que recibe de sus progenitores. En estrecha relación con la herencia, el ambiente influye en la vida de un individuo, y lo asemeja y diferencia de los otros miembros de la especie. El ambiente incluye todas las sustancias, factores físicos y organismos que interactúan con el individuo desde su origen.
La Genética intenta explicar cuáles son los factores que determinan las semejanzas y diferencias hereditarias, cómo se producen, cómo se transmiten de una generación a otra, y cómo el ambiente influye en la expresión de los caracteres hereditarios. ¬
Dentro de los problemas que plantea la herencia, el principal es explicar por qué la descendencia se asemeja a los progenitores en algunas características y se ¬diferencia en otras. La respuesta está en los mecanismos de la herencia que comenzaron a ser dilucidados por Gregor Mendel en 1865, y explican cómo se transmiten las características de padres a hijos a lo largo de las generaciones. A los caracteres que se transmiten de acuerdo con lo enunciado por Mendel se los llama caracteres mendelianos.
Una herramienta indispensable para orientar los estudios sobre la herencia, es el registro de las características seleccionadas a lo largo de varias generaciones y ¬recibe el nombre de genealogía. Se han encontrado registros genealógicos de especies de interés para el ser humano, de una antigüedad de 6.000 años.
LAS LEYES DE MENDEL
Para responder a los problemas que plantea la herencia, Mendel trabajó durante años realizando cruzas y estudiando la descendencia con plantas de arvejas de jardín (Pisum sativum). Eligió para hacer el seguimiento una serie de características que se presentan en forma contrastante: color de la semilla (verde o amarilla); color de la flor (roja o blanca); largo del tallo (alto o enano); color de la chaucha (verde o amarilla); textura de la semilla (rugosa o lisa), etcétera. Las plantas que utilizó en sus experimentos las obtuvo realizando durante muchas generaciones cruzamientos dirigidos, hasta obtener una línea pura, es decir que solo origine des¬cendientes que presenten siempre el carácter elegido. Por ejemplo, cultivaba plantas con semilla amarilla, e iba seleccionando aquellas que solo originaban individuos con el mismo color de semilla.
Primera ley de Mendel
El esquema de esta página representa los resultados de uno de los tipos de experimen¬tos que realizó.
En la primera generación descendiente o F1, todas las plantas presentan una sola de las variantes. Cuando se cruzan los individuos de la F1 en la segunda generación o F2 aparecen las dos variantes.
.Observando resultados similares cuando estudiaba la herencia de todas las características elegidas, Mendel interpretó que cada planta de arvejas contiene dos factores para cada carácter en particular. Uno de los factores¬ es aportado por la parte masculina y el otro por la femenina. Cuando la planta tiene los dos factores iguales, la característica que se observa será la de ese factor. Por ejemplo, si los dos factores son "chaucha lisa", las chauchas de esa planta serán li¬sas. Si en el par hay un factor de cada tipo, la planta no tendrá una apariencia producto de la mezcla de los dos factores, sino que se manifestará solo uno de ellos, al que se llama dominante; el otro es el factor recesivo.
Por ejemplo, si una planta tiene un factor "chaucha lisa" y el otro "chaucha ru¬gosa", la planta es chaucha lisa. El factor "chaucha lisa" es dominante y el factor chaucha rugosa es recesivo.
Mendel sostuvo que estos factores se separan uno de otro antes de pasar a la siguiente generación, y que "viajan" en forma independiente pudiendo recibir la descendencia cualquiera de los dos factores, y de este modo manifestarse en la tercera generación algún factor de la primera. La conclusión de que cada individuo porta dos factores para cada característica y que los miembros del par se separan durante la formación las gametas es conocida como primera ley de Mendel.
Estos resultados no eran los que predecían las ideas de herencia mezcladora, los descendientes no tienen características intermedias entre sus progenitores, sino que conservan rasgos de uno y otros del otro. Mendel propuso que el material hereditario no es una sustancia que se mezcla en ¬los descendientes, sino que los factores que lo componen se mantienen sin alteración a lo largo de las generaciones.
Si se interpreta el enunciado de la primera ley de Mendel aplicando los conocimientos actuales, los factores son los genes y están localizados en los cromosomas. Los cromosomas homólogos tienen información para ¬las mismas características, y se separan en la meiosis, yendo cada uno a una gameta diferente. A cada variante en que se presenta un gen la denomina alelo. Los dos alelos que tienen individuo para cada característica se separan en la meiosis, y cada gameta es portadora de un solo alelo de cada gen. En la fecundación cada gameta aporta un alelo y se forma un cigoto que tiene dos alelos para el gen, uno que recibo la gameta masculina y otro que recibió de la gameta femenina. Resulta asombroso que sus enunciados, producto solo de los resultados experimentales, pudieran relacionarse mucho tiempo después con los conocimientos sobre constitución cromosómica de un individuo y el proce¬so de generación de células sexuales o meiosis.
La cruza que se muestra en la figura puede representarse teniendo en cuenta la localización de los genes y la separación de las gametas. Como se observa en los resultados de las cruzas, la aparien¬cia de un individuo no siempre coincide con su constitución genética. Por ejemplo, una planta que tiene las dos variantes¬ del gen para el tipo de chaucha, se presenta como una planta de chaucha lisa.
Entonces, se denomina ge¬notipo a la constitución genética de un individuo, y fenotipo a la expresión de esos genes como resultado de la interacción genotipo con el ambiente. El genotipo se representa con letras: las mayúsculas representan alelos dominantes y las minúsculas, alelos recesivos. Entre las plantas de la F2 pueden observarse tres genotipos diferentes:
LL: homocigota dominante (los dos alelos son iguales y dominantes).
Ll: heterocigota (los dos alelos son diferentes).
ll : homocigota recesivo (los dos alelos son iguales y recesivos).
Siempre que se consideren dos alelos de un determinado gen, se podrán obser¬var estos tres genotipos posibles: homocigota dominante, homocigota recesivo y heterocigota.
Mendel observó, repitiendo la experiencia cientos de veces, que en la F1 el 100% de los descendientes tiene un fenotipo "chaucha lisa", y en la F2 la proporción del fenotipo chaucha lisa es 3/4 y del fenotipo chaucha rugosa es 1/4. Los mismos resultados obtuvieron con las demás características estudiadas. Estas cruzas pueden representarse mediante un tablero en el que se ubican los alelos presentes en las gametas probables de las plantas que se van a cruzar, y se completa con las combinaciones posibles en la descendencia, es decir, con sus genotipos.
Los valores obtenidos indican una probabilidad que se cumple únicamente si se tienen en cuenta numerosas cruzas. Es erróneo interpretar que de la cruza se obtienen cuatro plantas con esas características. La interpretación correcta es que a partir de esa cruza hay un 75% de probabilidad de que los descendientes tengan chaucha lisa y un 25% de probabilidad de que tengan chaucha rugosa. La probabilidad indica posibilidades, no certezas.
Segunda ley de Mendel
Mendel también estudió qué ocurre cuando se analizan dos características simu1táneamente; es decir, intentaba averiguar si la herencia de una característica dada influía la transmisión de otra. También en este caso trabajó con líneas puras; por ejemplo, analizando los caracteres textura de la semilla: lisa (L) o rugosa color: amarilla (A) o verde (a).
Cruzó plantas que producen semillas lisas y verdes (LLaa) con plantas que producen semillas rugosas y amarillas (llAA).
El genotipo y el fenotipo de la descendencia dependerán de cómo sean los gametos de los progenitores, y de cuáles de estos gametos se combinen.
Obtenci6n de la F 1 considerando dos características.
La Fl, al igual que cuando se estudia un solo carácter, es homogénea y el feno¬tipo es el dominante para cada carácter. Todas las plantas tienen semillas amarillas y lisas, y genotipo heterocigota (LlAa).
Si se cruzan dos plantas de la Fl, las posibilidades de combinación ya que aumenta el número de gametos probables.
Cada planta LlAa puede originar gametos LA; La; lA y la. El genotipo de un individuo de la descendencia dependerá de qué gametos se unan. La cruza se representa en el siguiente cuadro:
Cruza de los individuos de la F 1 Y posibles descendientes. Entre los individuos de la F2 aparecen cua¬tro combinaciones fenotípicas en una relación 9: 3 : 3 : 1 correspon¬dientes a: lisa y amarilla; lisa y verde; rugosa y amarilla y rugosa y verde.
Mendel analizó las proporciones sumando la descendencia de cientos de cruzas y observó que cada característica se hereda en forma separada. Es decir, el factor semilla lisa no se hereda asociado al factor semilla verde sino que se separan y he¬redan en forma independiente.
Esta segunda ley, expresada en términos actuales, postula: "Cuando se forman los gametos, los dos alelos los dos alelos de un gen se separan independientemente de los alelos del otro gen". Nuevamente Mendel dedujo en forma teórica lo que luego, me¬diante la observación de la meiosis, se confirmó.
Resumen
Mendel llegó a la conclusión de que existen caracteres dominantes y caracteres dominados o recesivos, y que aquellos prevalecen sobre éstos.
Tal lo demostrado por Mendel con dos variedades de arvejas: una de flores rojas y otra de flores blancas. El rojo es dominante y el blanco recesivo
Primera ley o de la dominancia: en la primera generación se obtienen todos los descendientes con el carácter dominante.
Segunda ley o de la disyunción de caracteres: en la segunda generación la dominancia no es completa, porque aparece una cuarta parte de los descendientes con el carácter recesivo.
Tercera ley o de la independencia: establece que cada carácter es transmitido independientemente de los otros.
Aplicación de las leyes de Mendel a la economía humana
Las leyes de Mendel sirven de base para la realización de una serie de cruzamientos racionales, fundados en conocimientos científicos. Así, por ejemplo, el hombre puede realizar innumerables mejoras en los reinos vegetal y animal, que les proporcionan mayores rendimientos.
En el reino vegetal puede mejorar los cultivos, obteniendo variedades, y aun especies, más resistente a las adversidades del medio.
En el reino animal ha logrado razas más apreciadas por la calidad de su carne, cuero, lana, leche y demás productos, contribuyendo a la economía nacional.
Cruzamientos
Corno los cromosomas se disponen por pares en las células somáticas, cada célula posee dos genes de cada clase. Cada uno de estos genes con¬trola la herencia de uno o más ca¬racteres. En las células somáticas hay dos cromosomas homólogos y, por lo tanto, dos genes para cada ca¬rácter, pero en las células sexuales hay un solo cromosoma de cada cla¬se como resultado de la meiosis, en que el número cromosómico se re¬duce a la mitad.
Un animal o un vegetal se deno¬mina puro u homocigota cuando los dos genes que confieren sus células sexuales son exactamente iguales, es decir, dos caracteres dominantes o dos caracteres recesivos, que se repre¬sentan con la misma letra, mayúscu¬la para los dominantes y minúscula para los recesivos; por ejemplo BB y bb, respectivamente.
Si los genes que contienen las cé¬lulas sexuales no son iguales, es de¬cir, poseen un gene dominante y otro recesivo (por ejemplo, Bb), se denominan heterocigotas.
El fenómeno de .la dominancia explica por qué podemos parecer¬nos más a uno de los padres que al otro, a pesar de que la contribución genética de ambos es igual.
Ejemplificando:
Si se cruza un cobayo negro homocigoto con un carácter dominante (pelo negro =BB) con otro, también homocigoto, pero con carácter recesivo (pelo blanco = bb), se obtendrán cobayos negros heterocigotas el negro predomina porque es carácter dominante.- .
En un cruzamiento de dos cobayos heterocigotos negros se obtendrán dos ejemplares heterocigotos
(BB y bB), negros porque éste es el carácter dominante" y dos ejemplares homocigotos: uno de-color negro (BB y otro de color blanco (bb).
El cobayo negro heterocigota es fenotípicamente- igual al cobayo ne¬gro homocigota, pero difieren geno¬típicamente porque sus genes no son iguales (Bb yBB, respectivamente).¬
Dominancia completa
El cruzamiento de cobayos des¬crito en la página anterior es un ejemplo de dominancia completa, susceptible también de observarse en la mosca de las frutas (Drosophi¬la), que se reproduce activamente y tiene un número reducido de cro¬mosomas.
Si se aparean una mosca macho de alas normales (carácter dominan¬te = NN) con una mosca hembra de alas reducidas (carácter recesivo = nn), los descendientes tendrán alas normales; pero en los descendientes de estos hijos se observa la relación 3:1, es decir que aparecen tres indi¬viduos alados y uno con vestigios de alas.
Otro ejemplo es el cruzamiento con dos variedades distintas de maíz. La variedad de maíz que se siembra para obtener el choclo uti¬lizado en nuestra alimentación po¬see la sustancia de reserva o albu-men rica en azúcar, mientras que la variedad utilizada en la alimenta¬ción de los animales (cerdos, patos, gallinas) o empleada en la fabricación de harina tiene el albumen rico en almidón. El gene almidón es dominante y el gene azúcar es recesivo.
Si se cruza el polen de una planta de maíz con albumen amiláceo con el óvulo de una planta con albumen rico en azúcar, los granos obtenidos tendrán albumen de naturaleza ami¬lácea, o sea, rico en almidón.
Si se siembran esos granos y las flores de las plantas obtenidas se auto fecundan, se obtendrán granos con albumen amiláceo y granos con albumen azucarado en la proporción 3:1.
Dominancia incompleta
Dominancia incompleta es cuan¬do los hijos tienen un fenotipo (as¬pecto) intermedio entre el de los padres; por ejemplo, si del cruza¬miento de un individuo de pelaje negro con otro de pelaje blanco se obtiene un individuo de pelaje gris. Ello ocurre porque el gene no es completamente dominante sobre el recesivo.
Esta dominancia se comprueba con el "dondiego de noche" (Mi¬rabilis jalapa), que tiene dos varie-dades, una de flores blancas y otra de flores rojas. Cuando el polen de las flores blancas fecunda al óvulo de las flores rojas, o a la inversa, se obtienen semillas, que al ser sem¬bradas darán plantas con flores ro¬sadas. Si una flor rosada se autofe¬cunda, sus semillas originan plantas con los caracteres mezclados: flores rojas, flores rosadas y. flores blan¬cas, en relación 1:2:1.
Efectuando el cruzamiento con ejemplares de distintas razas vacu¬nas, se obtienen individuos con ejemplares de distintas razas vacunas, se obtienen individuos con ca¬racteres de la madre y del padre, de¬mostrándonos que aquí también la dominancia es incompleta.
Por ejemplo, del cruzamiento en¬tre un macho Aberdeen-Angus (ani¬mal de color negro uniforme, sin cuernos) y una hembra Hereford (animal de pelaje colorado, cabeza blanca, con cuernos largos) se ob¬tendrá un individuo negro y sin cuernos como el padre, y con cabeza blanca como la madre.
Dondiego de noche. Nictagináceas, nombre común de una familia de plantas con flor. La familia engloba unas 350 especies agrupadas en 34 géneros, casi todos originarios de las regiones tropicales y subtropicales del Nuevo Mundo; dos géneros son nativos del Viejo Mundo. Las hojas suelen ser opuestas a los tallos, de bordes sin dentar. Las flores son características, aunque es difícil diferenciar sus piezas. No tienen pétalos, y los sépalos —piezas externas— están soldados a lo largo de los bordes para formar un perianto tubular. Este tubo suele persistir después de la formación del fruto, y puede favorecer la dispersión de las semillas. El ovario es súpero —dispuesto por encima de las demás piezas florales y separado de ellas— y forma un sólo óvulo. Las flores suelen llevar una o más brácteas basales con pétalos que constituyen su parte más vistosa, aunque, en sentido estricto, no forman parte de ella.
Un miembro conocido de esta familia es la buganvilla (bugambilia) o bejuco sudamericano; se trata de una enredadera espinosa nativa de América del Sur. Se han creado varios híbridos que cubren una amplia gama de colores de brácteas. El dondiego de noche se cultiva en jardinería como anual; debe el nombre a que las flores se abren al atardecer.
Clasificación científica: la familia de las Nictagináceas se denomina científicamente Nyctaginaceae.
Tercera ley de Mendel
De la autonomía de los caracteres o de la libre combinación de genes
Cuando se forman los gametos el número cromosómico que es diploide pasa a ser haploide se divide por la mitad, cada cromosoma eleva las mismas características que su homólogo cuando éstos se separan durante la meiosis se produce la segregación de caracteres que posteriormente se recombinarán al unirse los gametos.
Intercambio de caracteres o crossing-over recombinación genética:
Es el intercambio de material genético entre los cromosomas homólogos, es decir que un cromosoma puede intercambiar genes con su homólogo y al concluir el proceso no presentan los mismos genes que al inicio de la actividad, es decir que se produce un intercambio entre los lugares determinados del cromosoma donde se encuentran los genes.
Mendel, Gregor Johann (1822-1884), monje austriaco cuyos experimentos se convirtieron en el fundamento de la actual teoría de la herencia.
Nacido el 22 de julio de 1822, en el seno de una familia campesina de Heinzendorf (hoy Hyncice, República Checa), ingresó en el monasterio de agustinos de Brünn (hoy Brno, República Checa), reputado centro de estudio y trabajo científico. Más adelante trabajaría como profesor suplente en la Escuela Técnica de Brünn. Allí, Mendel se dedicó de forma activa a investigar la variedad, herencia y evolución de las plantas en un jardín del monasterio destinado a los experimentos. Entre 1856 y 1863 cultivó y estudió al menos 28.000 plantas de guisante o chícharo, analizando con detalle siete pares de características de la semilla y la planta. Sus exhaustivos experimentos tuvieron como resultado el enunciado de dos principios que más tarde serían conocidos como leyes de la herencia. Sus observaciones le llevaron también a acuñar dos términos que siguen empleándose en la genética de nuestros días: dominante y recesivo. (Véase Leyes de Mendel).
Mendel publicó su obra más importante sobre la herencia en 1866. A pesar de, o quizá debido a la descripción de gran número de cruzamientos experimentales, que le permitió expresar numéricamente los resultados obtenidos y someterlos a un análisis estadístico, su trabajo no tuvo trascendencia alguna en los siguientes treinta y cuatro años. Sólo obtuvo el debido reconocimiento en 1900, de manera más o menos independiente, por parte de tres investigadores, uno de los cuales fue el botánico holandés Hugo de Vries, y sólo a finales de la década de 1920 y comienzos de 1930 se comprendió su verdadero alcance, en especial en lo que se refiere a la teoría evolutiva. Como resultado de años de investigación en el campo de la genética de poblaciones, se pudo demostrar que la evolución darwiniana podía describirse en términos del cambio en la frecuencia de aparición de pares de genes mendelianos en una población a lo largo de sucesivas generaciones.
Los experimentos posteriores de Mendel con la vellosilla Hieracium, no fueron concluyentes, y debido a la presión de otras ocupaciones, en la década de 1870 había abandonado ya sus experimentos sobre la herencia. Murió el 6 de enero de 1884 en Brünn.
