19. GAIABIOTEKNOLOGIA

0. SARRERA● Bioteknologia kontzeptu gisa Leeds-en

(Erresuma Batuan) asmatu zuten 70. hamarkadan.

● Bioteknologia eta Ingeniaritza Genetikoa azken hamarkadotan sekulako aurrerakuntza izan duten biologiaren adarrak dira.

● Aldi berean, gizartean bai esperantza bai mesfidantza sortu dute.

BIDEOA

1. BIOTEKNOLOGIA● Diziplina arteko eremua da, zientzia eta

ingeniaritza artekoa nagusiki.● Izaki bizidunekin, horien osagai

molekularren edo funtzio biologikoekin egiten du lan.

● Helburu nagusia, teorian, gizateriarentzat erabilgarria den produktua (elikagaia, sendagaia...) edo zerbitzua (terapia, arazketa...) lortzea da. Hala ere, etekin ekonomikoa tarteko denean, helburuak beste batzuk izateko arriskua izan ohi dute...

● Bioteknologiaren muina, hortaz, substantzia onuragarriak kantitate handian industrialki ekoizteko, organismo osoak nahiz sistema biologikoak (zelulak edo egitura azpizelularrak) erabiltzea da.

● Bioteknologian maizen erabiltzen diren organismoak mikroorganismoak dira, 3 arrazoi nagusirengatik:● Eskala handian hazten eta manipulatzen ondo

dakigu.● Ezaugarri metaboliko egokiak dituzte, hots,

substantzia erabilgarri asko sortzen dituzte eta azkar.

● Ingeniaritza genetikoko teknikak aplikatzerakoan, manipulatzen errazagoak direlako.

1.1. BIOTEKNOLOGIAREN GARAPEN HISTORIKOA

•Gizakiak, neolito garaiaz geroztik manipulatu ditu intuitiboki animali eta landareen herentziak, besteak beste etekin handiagoa eskaintzen zizkioten/dizkioten ezaugarriak hautatuz.•Manipulazio genetikoaren historia, beraz, gizadia bezain zaharra da.

artoa

garia

tomatea

zakurra

zerria

● Bestalde, antzinatetik mikroorganismoak erabili dira (inkontzienteki, maiz) hainbat produktu ekoizteko: ardoa, ozpina, ogia, gazta...

● XVII. Mendean, Espainiako Rio Tinton kobrea mikroorganismoen laguntzaz erauzten zuten.

● Hala ere, bioteknologia zientzia gisa XIX. mende erdialdean sortu zen, Pasteur-ek hartziduraren inguruan egindako aurkikuntzekin.

● XX. mendearen bigarren erdialdetik aurrera, ordea, sekulako aurrerapena jasan du, herentziaren oinarri molekularra eta Genomikaren garapenarekin batera.

1.2. PROZESU BIOTEKNOLOGIKO MOTAK

● Prozesu bioteknologikoen 2 talde nagusi:A) PROZESU BIOTEKNOLOGIKO TRADIZIONALAK

● Mikroorganismoak enpirikoki erabili izan dira, eragiten zituzten prozesuak kontrolatuz, baina nola edo zergatik gertatzen ziren jakin gabe.

● Gizakiarentzat substantzia erabilgarriak sortzeko gai diren mikroorganismoak eskala handian haztean datza, hazkuntzarako funtsezko aldagaiak (tenperatura, oxigenoa, pH-a...) kontrolatuta.

B) PROZESU BIOTEKNOLOGIKO MODERNOAK● 3 lan-arlo nagusirekin lotuta:

– Zelulak hazteko metodo berriak, hazkuntza zelularra

– Antigorputz monoklonalak– Ingeniaritza genetikoa

● Jarraian aztertuko ditugu.

1.3. HAZKUNTZA ZELULARRA● Zelulak in vitro eta euren propietate

fisiologiko, biokimiko nahiz genetikoak ahalik eta ondoen kontserbatuz mantentzeko aukera ematen duten teknikei deritze.

APLIKAZIOA● Hazkuntza zelularra arlo askotan erabiltzen da:

minbiziaren aurkako ikerketan, birusen aurkako txertoen sorkuntzan, landare klonen in vitro ugalketan, transplanterako ehunen mantenu zein sorreran, zelulen bidezko proteinen ekoizpenean eta jaio-aurretiko diagnostikoan.

1.4. ANTIGORPUTZ MONOKLONALAK

● Antigorputz monoklonalak (Mab ingeleraz) antigorputz homogeneoak dira, zelula-ama bakar batetik eratorritako B linfozitoaren klon baten eta zelula tumoral baten arteko fusioaren ondorioz eratuak. Honela sortutako zelulari hibridoma deritzo.

● Antigorputz monoklonalak molekula berdin-berdinak dira, eta guztiek dute espezifikotasun bera.

Iturria: Elhuyar

APLIKAZIOA● Fluido biologikoetan (odola, gernua) medikuntza-

intereseko molekulak ote dauden jakitea.● Gizakien odol-taldeak zehaztea.● Farmakoak edo eragile zitotoxikoak kalteturiko

zelula edo ehuna izango den antigenoraino eramatea. Minbiziaren aurkako terapietan erabilgarri.

1.5. INGENIARITZA GENETIKOA● DNA birkonbinatzailearen teknologia ere

esaten zaio.● DNA birkonbinatzailea modu artifizialean

(berdinak ez diren organismoetako segmentu ez-homologoak erabilita) sorturiko ADN zatia da.

● Zelula baten, zelula-talde baten edota organismo baten informazio genetikoa aldatzeko aukera ematen duten teknikak biltzen dira; teknika horiek, halaber, genoma batean espezie bereko edo beste espezie bateko indibiduoen sekuentzia genikoak genoman konbinatzeko aukera ematen dute.

● Material genetiko manipulatzeko teknikek aukera ezberdinak eskaintzen dituzte:● DNAren kopia kantitate handiak lortzea

(anplifikazio genikoa).● DNA baten baseen sekuentzia zein den

jakitea (DNAren sekuentziazioa).● Transgenesi prozesuak egitea, hau da,

ADNaren transferentzia egitea zeluletara edo zelula-taldetara, organismo transgenikoak lortuz.

● Gene baten funtzioan jardutea eta bere adierazpena aldatzea.

ERRESTRIKZIO- edo MURRIZTE-ENTZIMAK● Errestrikzio entzimak DNA moztu dezaketen entzima

talde bat dira. Entzima hauek ez dute edonola mozten, sekuentzia itu jakin batzuk (errestrikzio-guneak) ezagutu eta moztu egiten dituzte, beti ere modu zehatz eta konstante batean.

● Errestrikzio entzima bakoitzak bere itu sekuentzia dauka, hots, sekuentzia espezifikoetatik ebakitzen dituzte DNA molekulak. 4-8 basetako sekuentzia palindromikoak izan ohi dira.

● Kasu askotan ez dute ebaketa zuzenik egiten, baizik harizpiko mutur bakoitzean lau base esekita uzten dituzte, mutur mailakatu itxurarekin. Mutur itsaskor deritze.

● Gaur egun 200 errestrikzio-entzima inguru ezagutzen dira.

● Entzima hauek aurkitu diren organismoaren arabera izendatzen dira, hau da, izendatzeko bakterioaren izenaren lehen letrak eta zenbaki erromatarrak erabiltzen dira. EcoRI entzima Escherichia coli bakterioan ezagutu zen eta “eko erre bat” ahoskatzen da. HindIII, Hemophilus influenzae-n aurkitu zen eta “hin de hiru” ahoskatzen da.

2. INGENIARITZA GENETIKOAREN ARLOKO

TEKNIKAK● Ingeniaritza genetikoa etengabe ari da

garatzen.● Teknika berriek aukera ematen dute

aplikazioak oso eremu anitzetan garatzeko: terapia genikoak, giza proteinen sintesia bakterioetan, gaixotasunen detekzio goiztiarra, genomen sekuentziazioa...

● Jarraian, ingeniaritza genetikoaren oinarrizko teknikak ikusiko ditugu.

2.1. DNA BIRKONBINATZAILEAREN ERAIKUNTZA

● DNA birkonbinatzailea DNA molekula artifiziala da, in vitro sortua, bi organismo edo espezie ezberdinetatik eratorritako DNA sekuentziak batuz.

● DNA birkonbinatzaile hau organismo batean sartzean, modifikazio genetikoa gertatzen da, organismoari ezaugarri berriak emanez edota lehengoetan aldaketak gauzatuz.

● DNA birkonbinatzailea sortzeko bi osagai behar ditugu: bektore bat eta gene interesgarria(k).● BEKTOREA

– Geneen transferentzia ahalbidetzen duten eragile edo organismoak dira.

– Gehien erabiltzen direnak plasmidoak eta birusak dira. Hauek erreplikazioa hasteko puntu espezifiko eta ezagunak dituzte.

● GENE INTERESGARRIA(K)– Transferitu nahi dugun genea(k).– Normalean, ekoiztea interesatzen zaigun proteina

kodetzen duen ARNm-a isolatu eta atzeratranskriptasa entzimaren bitartez, DNA osagarria (DNAc) sintetizatzen da.

● DNA birkonbinatzailearen teknika, funtsean, honetan datza:● Plasmidoa eta birkonbinatu nahi dugun DNA zatia

errestrizio-entzima jakin batekin tratatzen da.● Lortutako DNA zatiak plasmidoarekin kontaktuan

jarriz gero, hausaz, mutur itsaskorretatik lotuko dira H zubien bidez, jarraian ligasa batek lotuko dituelarik.

● Honela DNA errekonbinantea duen molekula lortuko dugu.

● Lortutako DNA birkonbinatuak guk nahi dugun genea daramala ziurtatzeko, maiz antibiotiko baten genea txertatu ohi zaio interesekoa dugun DNA zatiarekin batera. Bakterio birkonbintuak antibiotikodun medioan haziz gero, biziraun beharko luke.

2.2. DNAaren ANPLIFIKAZIOA

● DNAaren aplifikazioa, anplifikatu edo kopiatu nahi dugun DNA interesgarriaren hainbat kopia egitean datza.

● 2 anplifikazio-teknika nagusi:A) BAKTERIO-KLONAZIOAB) POLIMERASAREN KATE-ERREAKZIOA

(PCR)

● Anplifikatu beharreko genea/geneak bakterioaren barruan sartzean eta bakterioaren hazkuntza bultzatzean datza.● Anplifikatu nahi den DNA zatia bektore batera lotu

(normalean plasmidoak erabiltzen dira) eta bakterio bati transferitzen zaio.

● Bakterioak azkar zatitzen direnez, denbora laburrean, genea duten miloika bakterio sortu ahal dira. Genea klonatu egin da.

A) BAKTERIO-KLONAZIOA

B) POLIMERASAREN KATE-ERREAKZIOA (PCR)● PCRari esker DNA segmentu baten miloika kopia

lor ditzakegu denbora oso laburrean eta, gainera, DNA lagin oso txikia abiapuntu izanik ere.

● Horretarako elementu hauek behar dira:● Anplifikatu nahi den DNA. Horren muturrak

ezagunak izan behar dira, horren kopia hasteko zebadoreak behar baitira.

● Trifosfato-nukleotidoen kantitate handiak.● DNA zebadoreak● DNA polimerasa. Thermus aquaticus bakterio

termofilotik erauzitakoa erabiltzen da (Taq polimerasa), tenperatura oso altutan (72ºC) jarduteko gai baita.

● PCR teknika 3 faseko erreplikazio-zikloen bidez egiten da. Prozesua 20 aldiz errepikatuta DNA zatiaren milioi bat kopia lor daitezke.

2.3. DNAaren SEKUENTZIAZIOA● DNA sekuentziatzeko lehenengo teknikak Fred

Sanger eta Walter Gilberten taldeek garatu zituzten 70. hamarkada amaieran.

● Geneen sekuentziazioari esker, organismo oso anitzen eta gero eta konplexuagoen genomak eraiki ahal dira; horrela genomika eta proteomika sortu dira.

Fred Sanger Walter Gilbert

GENOMIKA ETA PROTEOMIKA● GENOMIKA= izaki bizidunen genoma

ikertzen duen diziplina da. ● Helburuak:

● Organismoen geneak katalogatzea● Gene horien egitura, antolamendua eta funtzioa

zehaztea.● Elkar eragiteko moduak ikertzea● e.a.

● APLIKAZIOAK ● Giza jardueraren arlo askotan: medikuntzan,

nekazaritzan, ingurumenean, e.a.

● Egun, hainbat organismoren genomak jada ezagunak dira. Gizakiaren genomaren sekuentziazioa GIZA GENOMA PROIEKTUAren barruan garatzen ari da.

● PROTEOMIKA= izaki bizidunon proteinen multzoa ikertzen duen diziplina. Proteina multzo horri PROTEOMA deritzo (proteina + genoma).

● Proteomak, genomak ez bezala, aldagarritasun handia dauka, indibiduoaren, garapen-egoeraren, ikertutako ehunaren zein ingurumen-baldintzen arabera aldagatu baitaitezke, adibidez.

● Proteomikan erabiltzen den teknika ohikoenak elektroforesi bidimentsionala eta kromatografia dira proteinak banatzeko; aldiz, proteinak identifikatu eta ezaugarriak zehazteko, masen espektrometria.

● APLIKAZIOAK● Gaixotasunen diagnostikorako markatzaileak

identifikatzeko● Farmako berriak identifikatzeko● e.a.

Secuenciación. Para realizar la secuenciación se coloca en un tubo los cuatro desoxinucleótidos (negro) más un didesoxinulétido (azul), además del primer, el molde y la DNA polimerasa (círculo amarillo). El resultado de la reacción de síntesis son cadenas de distinta longitud. La incorporación de un nucleótido didesoxi hará que termine el proceso de síntesis. Esto se debe a que la polimerasa necesita un grupo hidroxilo en la posición 3’ para poder agregar el siguiente nucleótido (si este grupo no está presente, la polimerasa no puede continuar con la síntesis). Una vez sintetizado el DNA, se realiza una corrida en gel sembrando las productos de las reacciones correspondientes al agregado de cada uno de los nucleótidos didesoxi. De esta manera, se pueden ver distintas bandas correspondientes a tamaños diferentes. Si leemos las calles de abajo arriba (es decir ,de menor a mayor tamaño), tendremos la secuencia del DNA elegido (en orientación 5’ →3’).

● Bideoa● Bideoa● Bideoa

DNA SEKUENTZIAZIOA

GIZA GENOMA PROIEKTUA● Giza Genoma Proiektuaren helburua

gizakiaren genoma ezagutzea da, hots, 23 kromosometan dauden geneen kokalekua, sekuentzia eta funtzioa jakitea.

● Proiektua koordinatzeko 1988an, Giza Genomaren Erakundea (HUGO) sortu zen.

● Hasera batean proiektua 15 urterako bazen ere, teknologiaren garapenak eta inbertsio pribatuak azkartu egin zuen proiektuaren gauzatzea, eta honela 2000rako genomaren lehen zirriborroa aurkeztu zen.

● Ondorio nagusiak hauek dira:● Proteinak kodetzen dituzten 38.000 gene inguru

ditu genomak (%5a), beraz, gehienek bestelako funtzioak dituzte.

● Genomaren %50 inguru DNA sekuentzia errepikatuekin osaturik dago, hasera batean “DNA zaborra” gisa izendatu zena eta funtzio ezezagunekoa.

● Gizaki guztiok genomaren %99,9a partekatzen dugu eta geneek kromosoman duten banaketa oso irregularra da.

● Giza Genoma Proiektuaren eragin batzuk:● 4.000 gaixotasun genetiko baino gehiagoren

oinarri genetikoa ikertzeko eta estrategia terapeutikoak sortzeko aukera zabaldu du.

● Enbrioi-garapena hobeto ulertarazi du.● Eboluzioaren ezagupenean lagundu du.

2.4. TRANSFERENTZIA NUKLEARRA. KLONAZIOA

● KLONAZIOA transferentzia nuklearreko teknika bat da; transgenesi berezitzat har daiteke, eta bertan, genoma osoa transferitzen da.

● Klonazioaren lehen arrakasta Dolly ardiaren kasua izan zen.

● Gizakiengan, aplikazioaren arabera, bi klonazio-motaz hitz egin da: a) UGALKETARAKO KLONAZIOA● Lehen kasuan dotazio genetiko jakineko

indibiduo oso bat lortzea da helburua, eta legalki debekatuta dago gizakiaren kasuan.

b) KLONAZIO TERAPEUTIKOA edo ugalketara bideratuta ez dagoen klonazioa

● Klonazio terapeutikoaren helburua, aldiz, dotazio genetiko jakineko enbrioi-zelulak lortzea da.

● Beste zelula-mota batzuetan eralda daitezkeen zelulak, hots, zelula amak, lortzeko iturririk aberatsena enbrioi-zelulak dira. Teknika honen bidez gaixo baten zelulen material genetikoa enbrioietatik lortutako zelula ametan barneratuz, enbrioi-zelulen dotazio genetikoa gaixoarena bezalakoa izango litzateke.

● Honen helburua gaixo batek duen organo edo ehun hondatua ordezteko behar dituen ehunak osatzea da. Hortaz, transplante baten bidez beste emaile baten ehuna erabilita gerta daitekeen errefusatzea ekidingo litzateke.

KLONAZIOAREN APLIKAZIOAK● Medikuntzan:

– Transplanteetarako organoak eta giza proteinak sortzea.– Ama-zelulak sortzea– Ehunak, organoak edo organismoak sortzea

ikerketarako.● Industria-intereseko produktuen sorkuntzan● Desagertze-arriskuan dauden espezieen

mantenuan● Nekazaritzan, abeltzaintzan eta akuikulturan

3. BIOTEKNOLOGIAREN APLIKAZIOAK

● Bioteknologia tradizionalaren bitartez hainbat substantzia kimiko lortzen dira industrian.● Sintesi kimikoa baino merkeago eta errazago

● Mikroorganismoak antzinatik erabili dira, elikadura-industrian, meatzaritzan,...

3.1. ELIKADURA-INDUSTRIAN

● Edulkoratzaileak (fruktosa, aspartamoa,...); gehigarriak (azido malikoa...); zapore-sustatzaileak (glutamato sodikoa).

● Elikadura-mikroproteinak, adibidez: espirulina-hautsa, legamia lehorra edo algetatik ateratako proteinak.

● Hartzidura bidez sorturiko beste elikadura-produktu batzuk:● Ardoa, gazta, ozpina...

3.2. INDUSTRIA KIMIKOAN

● Oinarrizko produktuak: Plastikoak, disolbagarriak, erretxinak, bernizak,...

● Detergente bioaktiboak: Gehigarritzat entzimak dituztenak (proteasak, lipasak...), orbanak kentzen dituzten bakterio termofiloetatik erauziak.

3.3. ENERGIA-INDUSTRIAN

● Bioerregaiak lortzeko:● Bioalkoholak: Hala nola etanola● Olio biologikoak biodiesela lortzeko.● Biogasa edo gas naturala.

3.4. MEATZARITZAN

● Mineralak biolixibiazio bidez erauziz.

Gehiago jakiteko: Bacterias mineras

3.5. NEKAZARITZAN ETA ABELTZAINTZAN

● Teknika berriek genetiko eraldaturiko organismoak (GMO) sortzea ahalbidetu dute eta, ondorioz, elikagai transgenikoak.● Nekazaritza-intereseko landareen hobekuntza

genetikoa. – Izurriei eta hebizidei aurre egiten dieten landareak lortzeko

aukera– Fruitu eta uzta handiagoak lortzea; hazirik gabeko frutak...

● Animalien hobekuntza genetikoa.– Produkzioan errendimendua eta kalitatea hobetzea.– Gaixotasunei aurre egiteko– Hazkunde azkarreko espezieka sortu– Txertoak, farmakoak, organoak,... lortzeko animalia

transgenikoak sortzea

● Transgenikoen hedapenak eztabaida bizia sortu du, ertz asko dituen gaia baita:● Jakingarriak:

– Argia– Elhuyar– Greenpeace

3.6. MEDIKUNTZAN● Farmakoak lortzea● Animalia-ereduak sortzea● Terapia genikoa

● Oinarri genetikoa duen gaixotasun bat organismoan geneak sartuta tratatzean oinarritzen da. Gene egokia sartuta, gene akastunek sorturiko eragina zuzentzen da.

● Arazoak:– Genearen integrazioa zoriz gertatzen denez genomaren

barruan, gene garrantzitsuak zatitzea ekar lezake.– In situ eta ex vivo tekniketan, sartutako geneek ez dute

proteina kantitate nahikorik sortzen. Efektu terapeutikoa eskasa da.

● Organoen transplantea● Genetikoki eraldatutako animaliengandik

transplanteetarako organoak lortzea, errefus inmunologikorik sortuko ez dutenak (autotransplantea)

3.7. INGURUMENA● Bioerremediazioa

● Lurzoruaren, uraren edo airearen kutsadura ezabatzen duten prozesuen multzoa, mikroorganismoen deskonposizio-jarduera erabiliaz.– Substantzia toxikoen narriadura: plagizidak, petrolio-

isuriak, metal astunak...● Lurra arazteko tabako moldatua● Renovogen enpresa, aplikazio-adibide bat

– Hondakin-uren arazketa biologikoa– Konpostajea

● Produktu bionarriagarrien sorkuntza– Mikroorganismo batzuek polimero bionarriagarriak

sortzen dituzte erreserba substantzia gisa. Hauek bioplastikoak eta poliuretanozko aparrak sortzeko aukera ematen du.

● Galtzeko arriskuan dauden espezieak suspertzea

4. BIOTEKNOLOGIAREN ETIKA- ETA GIZARTE-ALDERDIAK

● Ingeniaritza genetikoak eztabaida bizia sortu du jendartean.

● 5 gatazka-iturri dira azpimarragarriak:● Gene terapiaren arriskua

– Efektu sekundario ezezagunak● Giza manipulazioa eta diskriminazioa

– Oinatz genetikoaren erabilera okerrak.– Diskriminazio genetikoaren adibide bat 60. hamarkadan

EEBBn eman zena anemia falciformearen inguruan. (ikusi wikipediako artikulu honetan, bukaera aldera)

– Selección genética: el MundoReal™ cada vez se parece más a Gattaca

● Gizarte bidegabekeriak– Bioteknologia “gizarte garatuon” esku dago soilik.– Patenteak: geneen patenteak, genomen patenteak, izaki

bizidunen patenteak...● Arma biologikoak● Informazio ezkutatu. Gardentasun eza.

HELBIDE INTERESGARRIAK● EHUSFERA. Genetika eta medikuntza● Discriminacion genetica● Biosfera proiektua

BIDEOAK● Eztabaidarako interesgarriak

– GATTACA– THE ISLAND– CODIGO 46– Arroz transgenico: La nueva amenaza– Giza genoma aztergai– Erroboten bidez giza azala sortzen ari dira– Escépticos: ¿Modificación genética?

Inigo Louvellik sortua