Ingeniaritza genetikoa, bioteknologia eta immunitatea

Ingeniaritza genetikoaren oinarrizko kontzeptuak

Ingeniaritza genetikoa DNA manipulatzeko eta eraldatzeko aukera ematen duten tekniken multzoa da.

• Genetikoki eraldatutako organismoa (GEO): Ingeniaritza genetikoko teknikak erabiliz informazio genetikoa eraldatu zaiona da, bai organismo horri txertatu zaion material genetikoko sekuentzia baten bidez, bai mutazio edo delezio bidez.
• Organismo transgenikoa: Jatorrizko genomakoa ez den gene bat txertatuz, genetikoki eraldatutako organismoa.
• DNA birkonbinatua: DNA-sekuentzia hibridoa, jatorri desberdina duten bi DNA-sekuentziaren bat-egitetik sortua. Bi zatiak DNA ligasa baten jarduerari esker lotzen dira, edota bien arteko birkonbinazioaren bidez.
• Murrizte-entzima: Entzimak ezagut dezakeen sekuentzia espezifiko batean, DNA molekula ebakitzea katalizatzen duena.
• DNA ligasa: Bi DNA zatiren bat-egitea katalizatzen duen entzima.
• Klonazio-bektorea: Zelula baten barruan erreplikatzeko gai den DNA molekula; horretarako, beste DNA zati bat, interesekoa, sartzen da zelula horretan, eta DNA molekula birkonbinatu bat da emaitza. Bektore ohikoenak plasmido bakterianoak dira.

Klonazio motak

Klonazioa: Genetikoki berdin-berdinak diren banakoak sortzea. Bi motatako klonazioak bereizten dira:

• DNA molekula birkonbinatuen klonazioa: Esate baterako, intereseko gene bat duten plasmidoak mikroorganismo zelulabakar batean (bakterio bat, ia beti) sartuz egiten da. Bakterio hori erdibitze bidez zatitzen da, eta, beraz, bi klon natural sortzen ditu; horrela, zatiketaren ondorioz sortzen diren zelula guztiek DNA birkonbinatuaren kopia berdin-berdina izango dute.
• Klonazioa: Animalia horren genoma osoa zigoto batean sartzen da, zigoto hori garatzen denean emailearen klon bat sor dezan.

Gene markatzaileak: Genetikoki eraldatutako organismoak hautatzeko erabiltzen diren geneak dira; eraldatu ez diren geneetatik bereizteko, ingurune selektibo batean hazten dira. Oro har, antibiotikoekiko erresistentziarako edo funtsezko entzima metabolitoetarako kodifikatzen dira.

Sekuentziazioa: DNA zati baten edo zati batzuen sekuentzia zehaztean datza.

Polimerasaren kate-erreakzioa (PCR)

Polimerasaren kate-erreakzioa (PCR) Kary Mullis-ek asmatu zuen 1986an, eta DNA polimerasak erabiltzen ditu DNA zati baten kopia ugari erreplikazioz lortzeko (hau da, anplifikatzeko).

Teknika honek tenperatura altuak erabiltzen ditu DNAren helize bikoitzaren bi kateak banantzeko, eta DNA polimerasa termorresistenteen beharra du. Horregatik, mikroorganismo termofiloen polimerasak erabiltzen dira, hala nola Taq (Thermus aquaticus) eta Pfu (Pyrococcus furiosus).

Bi hasle edo zebadore (primer) gehitzea ere behar du PCRak. Molde gisa jarduten duten DNAren bi kateetako bakoitzari lotzen zaizkion bi oligonukleotido dira zebadoreak, eta DNA polimerasak kopiatuko duen sekuentziaren muturrak adierazten dituzte.

Azkenik, mota bakoitzeko nahikoa desoxirribonukleotido, pH-a kontrolatzeko disoluzio indargetzaile bat eta entzimen kofaktore gisa jarduten duten ioiak ere behar ditu. Prozesua termozikladore izeneko gailu automatizatu batean egiten da, hiru etapa dituen ziklo bat errepikatuz:

1. Desnaturalizazioa: Tenperatura 95 °C-ra igotzen da 15 segundoan, egitura sekundarioa apurtzeko eta anplifikatu nahi den DNAren bi kate osagarriak bereizteko.
2. Zebadoreen lerrokatzea edo bat-egitea: Tenperatura optimoa izatea lortu arte jaisten da, bi zebadoreen bat-egitea gerta dadin (55 °C inguru 15en bat segundoan).
3. Elongazioa: Tenperatura berriro igotzen da, 72 °C-koa izan arte, gutxi gorabehera. Igoera horren iraupena anplifikatzen den DNAren luzeraren araberakoa da.

Ziklo horretan, DNAren anplifikazio esponentziala gertatzen da, eta milioika kopia ere sor ditzake lagin txiki batetik abiatuta.

Azido nukleikoen sekuentziazioa

Sekuentziazioak DNAren zati bateko nukleotidoen sekuentzia ezagutzeko aukera ematen du. Teknika kate bakuneko DNAren zati batetik abiatzen da. Prozeduran, honako hauek erabiltzen dira: DNA polimerasa, zebadore markatu bat, lau desoxirribonukleotidoak eta lau didesoxirribonukleotido. Azken horiek erreakzioa geldiarazten dute.

Sekuentziazioaren urratsak

1. Lau erreakzioak prestatzea: Lau hoditan didesoxirribonukleotido desberdinak jartzen dira.
2. Polimerizazio-erreakzioa: DNA polimerasa kopia egiten hasten da, eta didesoxirribonukleotidoa ausaz gehitzean, sintesia puntu horretan geratuko da.
3. Zatien analisia: Elektroforesia egiten da zatien luzeraren arabera sekuentzia zehazteko.

Sekuentziazio masiboa

Gaur egun, teknika hau automatizatu egin da. Lau erreakzioak edukiontzi berean egiten dira, markatzaile fluoreszenteei esker. Aztertzaile bioinformatiko batek DNAren jatorrizko sekuentzia osatzen du, puzzle bat balitz bezala.

DNA birkonbinatua lortzea

DNA birkonbinatua lortzen da organismo baten DNA zatia beste organismo batean sartzen denean; organismo hori transgeniko bihurtzen da. Prozesuaren pauso nagusiak:

• Intereseko genea lortzea: DNA erauzi eta murrizte-entzimekin ebakitzen da.
• Klonazio-bektorea prestatzea: Plasmido bat entzima berdinekin ebakitzen da.
• DNA birkonbinatua sortzea: Genea eta plasmidoa ligasa baten bidez elkartzen dira.
• Zelula anfitrioietan sartzea: DNA berria bakterio edo legamietan txertatzen da.
• Klon birkonbinatuak hautatzea: Gene markatzaileen edo PCRaren bidez identifikatzen dira.

Terapia genikoa eta bektore biralak

Terapia genikoa: Zelula edo ehun gaixoetan DNA-sekuentzia funtzionalak sartzea da, kalte genetikoak konpontzeko. Bektore biralak genetikoki eraldatutako birusak dira, zeluletan intereseko DNA sartzeko baliatzen direnak.

Ugalketa sexuala duten organismoak klonatzea

Ugalketa sexuala duten espezieetan klonazio naturala ezinezkoa da birkonbinazio genetikoagatik. Hala ere, gaur egun klonazio artifiziala posible da:

• Ugaltze-klonazioa: Organismo oso bat lortzea, beste baten berdin-berdina. Zelula somatiko baten nukleoa obulu hustu batean injektatzen da eta ama ordezko batean ezartzen da.
• Klonazio terapeutikoa: Zelula ama enbrionarioak sortzea da, transplanteetarako ehun edo organoak eskuragarri izateko.

Ingeniaritza genetikoaren aplikazioak

Nekazaritzan eta abeltzaintzan

• Nekazaritzan: Landare erresistenteagoak edo fruitu elikagarriagoak (adib. arto transgenikoa).
• Abeltzaintzan: Hazkunde azkarragoa edo organo-transplanteetarako espezieak.

Industrian

• Elikagintzan: Hartzidura bidezko produktuak (ogia, ardoa, jogurta).
• Industria farmazeutikoan: Farmakoak (intsulina, txertoak, antibiotikoak).
• Industria energetikoan: Bioerregaiak (bioolioak, biogasa).

Medikuntzan (Terapia genikoa)

Hiru mota daude: txertatze genikoa, kirurgia genikoa eta geneak isilaraztea. Aplikazio moduak:

• In situ: Zuzenean ehunetan.
• In vivo: Odolaren bidez, bektore biralak erabiliz.
• Ex vivo (in vitro): Zelulak erauzi, aldatu eta berriro sartu.

Bioerremediazioa

Kutsatutako inguruneak beren onera ekartzea da, izaki bizidunak (gehienbat bakterioak) erabiliz.

Immunitate-sistema eta erantzun humorala

Erantzun humorala: Antigorputzak sortuz erantzuten duena da. B linfozitoek eta T linfozito laguntzaileek hartzen dute parte:

1. T linfozitoek antigenoa erakusten diete B linfozitoei.
2. B linfozitoak zelula antigeno-aurkezle bihurtzen dira.
3. T linfozitoek B linfozitoak estimulatzen dituzte zitokinen bidez.
4. B linfozitoen ugaltze-klonala eta diferentziazioa gertatzen da (zelula plasmatikoak edo oroimenekoak).
5. Antigorputzek patogenoa markatzen dute suntsitua izan dadin.

Gaixotasun autoimmuneak eta immunoeskasia

Gaixotasun autoimmuneak

Immunitate-sistemak organismo berari erasotzen dionean gertatzen dira. Kausak genetikoak, endokrinoak edo ingurumenekoak izan daitezke.

Immunoeskasiak

• Sortzetikoak (primarioak): Hezur-muinaren transplantearekin edo terapia genikoarekin tratatzen dira.
• Hartutakoak (sekundarioak): Kanpoko faktoreek eragindakoak (adib. HIESa, GIB birusak eragindakoa).