Biotecnología CN-G11-DBA1

La biotecnología moderna integra biología molecular, ingeniería química e informática para diseñar organismos y procesos con aplicaciones en medicina, agricultura e industria. Sus herramientas centrales — PCR, ingeniería genética con plásmidos y edición CRISPR-Cas9 — han transformado la capacidad de leer, copiar y reescribir el material genético.

La biotecnología clásica abarca la fermentación tradicional; la moderna aplica intervención directa sobre genes mediante enzimas de restricción y vectores plasmídicos. El producto final depende de un organismo hospedero cultivado en condiciones controladas.

La ingeniería genética introduce un gen objetivo dentro de un vector plasmídico mediante enzimas de restricción y ADN ligasa. El plásmido recombinante se transfiere al hospedero (E. coli) por transformación, y el gen se transcribe bajo el control del promotor del vector.

La PCR amplifica una región del ADN mediante un ciclo térmico de tres pasos. A 94 °C las cadenas se separan por desnaturalización. A 55 °C los primers se hibridan a los extremos de la región objetivo. A 72 °C la Taq polimerasa, termoestable, extiende los primers. Cada ciclo duplica las copias, lo que produce amplificación exponencial 2ⁿ.

La edición CRISPR-Cas9 combina la endonucleasa Cas9 con un ARN guía (ARNg) complementario a una secuencia adyacente al motivo PAM. El ARNg dirige a Cas9 al sitio del genoma y la enzima introduce un corte de doble cadena. La vía NHEJ une los extremos de forma propensa a errores y genera indels que inactivan el gen; la vía HDR usa una plantilla externa para reparar con precisión.

Los OGM (Organismos Genéticamente Modificados) son una aplicación de alto impacto. En Colombia el ICA ha aprobado maíz Bt y algodón Bt, que expresan la proteína Cry de Bacillus thuringiensis tóxica para lepidópteros plaga. La vacuna recombinante es otra aplicación madura — la insulina humana se produce en E. coli desde 1982 y las vacunas contra hepatitis B y VPH se obtienen por expresión en levaduras. El biorreactor escala estos procesos a niveles farmacéuticos. La edición germinal humana queda restringida por consenso internacional y el cultivo de OGM exige monitoreo regulatorio para preservar las razas criollas en Agrosavia.

Práctica

Si una célula bacteriana modificada con CRISPR-Cas9 tiene una eficiencia de corte del 80% y una probabilidad de reparación por NHEJ del 60%, ¿qué porcentaje de las células serán editadas? Observa el mecanismo CRISPR arriba.

Problema: Calcular la eficiencia de edición CRISPR-Cas9 en una población bacteriana.

Datos: Eficiencia de corte por Cas9 = 0,80. Probabilidad de reparación NHEJ = 0,60.

Método: La edición requiere ambos eventos secuencialmente. Regla multiplicativa de probabilidades independientes: P(edición) = P(corte) × P(reparación NHEJ).

Respuesta: P = 0,80 × 0,60 = 0,48 = 48% de las células son editadas. El 52% restante o no fue cortado o fue reparado por HDR sin modificación.

Explica por qué la PCR requiere ciclar entre tres temperaturas y calcula cuántas copias del ADN objetivo se obtienen tras 30 ciclos a partir de una molécula inicial.

Problema: Justificar los tres pasos térmicos de la PCR y calcular la amplificación tras 30 ciclos.

Datos: Desnaturalización ~94 °C, hibridación ~55 °C, extensión ~72 °C. Una molécula inicial.

Método: A 94 °C los puentes de hidrógeno A-T y G-C se rompen. A 55 °C los primers se aparean a los extremos de la región objetivo. A 72 °C la Taq polimerasa sintetiza la nueva cadena. Tras n ciclos hay 2ⁿ copias.

Respuesta: Tras 30 ciclos se obtienen 2³⁰ ≈ 1,07 × 10⁹ copias por molécula inicial. Esta sensibilidad permite diagnóstico forense y clínico de COVID-19 y VIH.

Presenta dos argumentos a favor y dos en contra del cultivo comercial de maíz Bt aprobado por el ICA en Colombia, integrando criterios agronómicos y bioéticos.

Problema: Evaluar pros y contras del cultivo comercial de maíz Bt en territorio colombiano.

Datos: El maíz Bt expresa la proteína Cry de Bacillus thuringiensis tóxica para lepidópteros plaga. Colombia es centro secundario de diversidad del maíz con razas criollas conservadas en Agrosavia.

Método: Combinación de criterios agronómicos (productividad, insecticidas) y bioéticos (soberanía alimentaria, biodiversidad).

Respuesta: A favor — menor uso de insecticidas químicos y mayor productividad por hectárea. En contra — flujo génico hacia razas criollas y dependencia tecnológica por semillas patentadas. La decisión equilibrada exige monitoreo regulatorio y protección de germoplasma.