La manipulación del ADN
Los seres humanos, sin saberlo, han mezclado moléculas de ADN de distintos orígenes desde tiempos remotos. Las distintas variedades de animales domésticos, como las razas de perros o de ganado vacuno, o las variedades de cereales o de frutales, han sido mantenidas y multiplicadas en condiciones muy diferentes a las que se dan en la naturaleza, a veces como fruto del intercambio genético entre variedades que se encontraban originalmente tan alejadas que es imposible que se hubieran recombinado de una forma natural. Se trata de una primera forma de manipulación genética, aunque muy primitiva y azarosa.
Desde el descubrimiento de la molécula de ADN hasta 1970, su manipulación fue muy difícil. Las moléculas de ADN son muy largas y frágiles, y en condiciones normales se rompen al manipularlas. Solamente el hecho de absorber con pipeta una solución de ADN hace que el tamaño de las moléculas se reduzca a la mitad.
Desde 1970 se han desarrollado una serie de técnicas a las que se conoce como técnicas de ingeniería genética o tecnología del ADN recombinante, las cuales nos permiten manipular con relativa facilidad el ADN de cualquier organismo. Es decir, podemos tomar fragmentos de ADN de un ser vivo, modificarlos, combinarlos con otros fragmentos de ADN de origen diferente e insertarlos en otros seres vivos para que se expresen en ellos.
Si el siglo XIX fue el siglo de la química y el XX el de la fisica, sin duda el siglo XIX es y será el siglo de la biología, pues las técnicas actuales superan con mucho a las originales de los años 70. En todo caso las técnicas fundamentales siguen teniendo su valor y a ellas vamos a remitirnos.
Enzimas de restricción.
Hacia 1970 se descubrieron unas enzimas presentes en determinadas bacterias que eran capaces de romper el ADN extraño que podía infectarlas. Estas nucleasas de restricción rompenel ADN reconociendo secuencias específicas en él y generan, por tanto, los mismos fragmentos en un ADN determinado. Identificadas las enzimas y su secuencia de corte, se convierten en auténticas «tijeras moleculares» en las manos del ingeniero genético.
Se conocen más de 100 endonucleasas de restricción distintas, cada una de las cuales rompe en una secuencia diferente. Además se comercializan de forma industrial desde finales del siglo XX, facilitando mucho el trabajo a los investigadores y a los genetistas.
Una enzima de restricción corta el ADN dejando extremos cohesivos
Al romper la molécula de ADN, algunas enzimas de restricción cortan las dos cadenas del ADN en el mismo nucleótido, pero, en cambio, hay muchas enzimas de restricción que cortan cada cadena por lugares separados y, al hacerlo, generan extremos cohesivos (pegajosos), que permitirán que las moléculas de ADN que los lleven formen puentes de hidrógeno y tiendan a juntarse. Esta situación permite unir fragmentos de ADN de procedencia diferente, siempre que se hayan roto con la misma enzima de restricción.
Separación de fragmentos de ADN
Los fragmentos de ADN pueden separarse mediante electroforesis en un gel de agarosa, aprovechando la movilidad eléctrica que les da a las moléculas sus cargas negativas de fosfato. Las moléculas tienden a separarse según su tamaño; las más largas migran más despacio por los poros del gel y las más pequeñas lo hacen más rápidamente y pueden desplazarse a mayor distancia.
Una vez analizados los fragmentos que quedan de una digestión con una nucleasa de restricción, el siguiente paso es la ordenación de los fragmentos resultantes en el interior de la molécula de ADN hasta construir un mapa físico de la molécula. La rotura por varias nucleasas diferentes facilita mucho la labor de ordenar los fragmentos. Esta técnica nos sirve para hallar la secuencia (secuenciar) un fragmento de ADN dado.