Clonación genética

    La clonación es el proceso por el que se obtienen copias idénticas, bien de un fragmento de ADN, bien de un organismo entero.

    El proceso de clonación de genes, la clonación genética, permite obtener un gran número de copias de un fragmento de ADN concreto. Actualmente, mediante el uso de esta técnica es posible aislar un gen determinado de cualquier genoma en concentraciones suficientes como para llevar a cabo su caracterización (determinar su secuencia, su función, su regulación, etc.), metodología que, antes del desarrollo de la ingeniería genética, era prácticamente impensable. Además de esta aplicación de carácter analítico, indispensable en investigación básica y aplicada, el proceso de clonación tiene una aplicación farmacológica o biomédica, ya que permite, aprovechando la producción de numerosas copias de un fragmento de ADN, la obtención masiva de proteínas de interés, llamadas proteínas recombinantes, como puede ser la insulina.

    La clonación de genes se puede llevar a cabo bien en bacterias, microorganismos procariotas muy sencillos, bien en levaduras, organismos unicelulares de origen eucariota. Ambos tipos de células presentan ciertas características que se convierten en ventajas a la hora de realizar experimentos de clonación: son unicelulares, por lo que permiten una fácil manipulación, y tienen un crecimiento rápido. Las levaduras, además, presentan una ventaja adicional y es que, al ser organismos eucariotas, tienen la capacidad de realizar procesos de expresión de genes y modificaciones de proteínas que se llevan a cabo en organismos eucariotas superiores (animales y plantas), función indispensable para la “fabricación” de ciertas proteínas de interés.

    La estrategia que se sigue para la realización de un proceso de clonación es muy similar, tanto si se quieren obtener multitud de copias de fragmentos de ADN como de proteínas recombinantes. En primer lugar, hay que seleccionar el gen de interés del genoma en el que se encuentre y someterlo a un proceso de corte con una determinada enzima de restricción. La misma enzima se utiliza para cortar el elemento que vaya a ser utilizado como vector (normalmente, un plásmido), creándose dos extremos que van a ser complementarios a los extremos producidos en el fragmento de ADN. De esta manera, se permite la unión de ambos elementos, creándose un vector de ADN recombinante, ya que posee una mezcla de ADN proveniente del elemento que actúa como vector y ADN de interés.

    Los vectores utilizados en clonación están construidos de diferente manera dependiendo de si van destinados a la simple copia del ADN de interés o, además, se pretende la expresión de ese gen, denominándose vectores de expresión. En el primer caso, los vectores son más sencillos y requieren unos elementos mínimos: un origen de replicación en bacterias o en levaduras, que es el punto en el que comienza la replicación del vector; un sitio de policlonación, zona que presenta multitud de secuencias específicas para enzimas de restricción y en la que se inserta el gen de interés; y uno o varios genes de resistencia a antibióticos para la selección de las bacterias o las levaduras que han introducido el vector recombinante. En el caso de los vectores de expresión, además de los enumerados anteriormente, son necesarios otro tipo de elementos, que permiten la regulación de la expresión del gen insertado.

    Una vez que se tiene el vector construido, el paso siguiente es su introducción en las bacterias o en las levaduras. Para ello, se puede llevar a cabo cualquiera de los métodos de transferencia génica: la transfección o la transducción. Como las técnicas de transferencia génica no son eficaces al 100%, en la mayoría de los casos habrá cierta cantidad de células que no han introducido en su interior el vector que lleva el gen de interés. Para averiguar cuáles son estas células, las bacterias o las levaduras son sometidas a un tratamiento con uno o varios antibióticos (los mismos para los que el gen o los genes del vector ofrecen resistencia). Como consecuencia, las células que no han introducido el vector recombinante no van a poseer la resistencia a ese antibiótico o antibióticos y, por tanto, morirán. En cambio, las que sí hayan incorporado el vector, poseerán la resistencia a los antibióticos del tratamiento de selección y sobrevivirán.

    Una vez dentro de las bacterias o de las levaduras, el vector puede seguir dos vías distintas: por un lado, puede permanecer como un elemento extracromosómico, es decir, sin integrarse en el genoma de la célula o, por otro lado, puede insertarse (más concretamente, el gen de interés) en el genoma celular. Para el proceso de clonación de un fragmento de ADN, el vector no necesita insertarse en el genoma, ya que se replicará de manera independiente (ya que tiene un origen de replicación independiente al del cromosoma de la célula), produciéndose multitud de copias del gen de interés (clonación de un fragmento de ADN). Por el contrario, si lo que se quiere es la producción masiva de proteínas recombinantes, el vector tiene la «obligación» de integrar el gen de interés en el ADN de la célula en la que se encuentre para que, de esta manera, se lleve a cabo su expresión gracias a mecanismos de la célula (transcripción, traducción, etc.), como si fuera un gen más.

    Mediante el proceso de clonación se han podido producir, a gran escala, proteínas de gran interés farmacológico y biomédico. Un importante ejemplo de proteína recombinante es la insulina, hormona que regula la cantidad de azúcar en sangre, y que se ha sintetizado con éxito en la bacteria Escherichia coli . Otras proteínas sintetizadas a partir de ADN recombinante son la enzima alcohol oxidasa o la albúmina de suero humano (obtenidas en levaduras), el factor VIII de coagulación humano (en bacterias), moléculas de anticuerpo (también en bacterias), etc.