martes, 13 de noviembre de 2007

Fechas vigentes para cierre de semestre.



(Modifica fechas de Instrucciones Generales)

Hasta el 07-Dic-2007: Plazo para rendir interrogaciones parciales. Solicitar hora previa o esperar horario disponible.

Hasta el 07-Dic-2007: Enviar Informe de Seminario Final.

26-Nov-2007 al 14-Dic-2007: Plazo para rendir interrogación de Examen. Solicitar hora previa o esperar horario disponible.

miércoles, 7 de noviembre de 2007

Normas de Estilo del Seminario Final


Normas de Estilo del Seminario Final

Descripción del trabajo: Corresponde a una “revisión de literatura”. Es el análisis bibliográfico exhaustivo de un tema específico, donde se discute in extenso las investigaciones más recientes hechas sobre un tema determinado, en el cual los autores poseen una reconocida trayectoria de investigación. El contenido debe ser objetivo, claro y preciso de modo que permita al lector un rápido conocimiento del estado del arte del tema tratado. Las revisiones de literatura deben estar avaladas por citas bibliográficas primarias, publicadas principalmente en revistas de corriente principal en los últimos cinco años.


Extensión del documento: No podrá exceder 5 páginas, tamaño carta, a espacio simple, en letra Arial 11 o Times New Roman 12, con páginas numeradas.

Estructura del Seminario:

Título del Seminario: Centrado con letras altas y bajas en negrita.
Autor: Nombres y apellidos, centrado con letras altas y bajas.

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RESUMEN: Centrado e inferior a 200 palabras.
Palabras Clave: Ordénelas alfabéticamente, al menos 5, máximo 10, que sirvan como guía del tema desarrollado.

INTRODUCCION: Inferior a media página, en la cual se debe considerar el planteamiento del problema, estado del arte y en el último párrafo se deben indicar en forma muy clara el o los objetivos de la investigación realizada.

DESARROLLO: En este capítulo se debe entregar completa información respecto al tema tratado, en forma sintética y de redacción propia.

CONCLUSIONES: Importancia del tema tratado para el futuro de la profesión. Sólo indique las conclusiones debidamente sustentadas en el texto desarrollado.

LITERATURA CITADA: Ordene alfabéticamente de acuerdo con el apellido del primer autor y siguiendo las siguientes normas:
Únicamente incluya las citas mencionadas en el texto, las que se deben citar por el apellido del autor y coautor, seguido por el año de la publicación y desde el más antiguo al más reciente (ej. Cáceres, 1999; Latorre y Apablaza, 2000). En aquellas citas con tres o más autores sólo indique el apellido del primer autor seguido por et al., (letra cursiva o itálica) y el año de publicación (ej. Cáceres et al., 2001).
Ordene alfabéticamente la literatura citada considerando los siguientes ejemplos según el tipo de publicación.

Revistas:
Contreras, S. y C. Krarup. 2000. Interacción genotipo por ambiente en cinco cultivares de espárrago (Asparagus officinalis L.). Ciencia e Investigación Agraria 27:133-139.
Sprankle, P., W.F. Meggit, and D. Penner. 1975. Adsorption, mobility and microbial degradation of glyphosate in the soil. Weed Science 23:229-234.

Libros:
Gil, G.F. 1999. Fruticultura el Potencial Productivo. Tercera edición. Ediciones Universidad Católica de Chile. Santiago, Chile. 342 pp.
Capítulos de libros:
Caseley, J.C. and D. Coupland. 1985. Environmental and plant factors affecting glyphosate uptake movement and acidity. p. 97-123. In: E. Grorsbard and D.A. Atkinson (edts.). The Herbicide Glyphosate. Butterworths, London, UK.

Congresos:
Linsley-Noakes, G.C. and P. Allan. 1990. Effect of winter temperature on bud break and production of three nectarines cultivars. p. 551. In: Proc. XXIII. International Horticultural Congress. Firenze, Italy (Abstract).

Tesis:
Serrate, L. 2001. Estudio económico de la erradicación de la mosca de la fruta en Bolivia. Tesis de Magister. Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal, Pontificia Universidad Católica de Chile. Santiago, Chile. 44 p.

Publicaciones electrónicas:
MIDEPLAN, 2002. Encuesta de Caracterización Socioeconómica Nacional, CASEN 2000. Ministerio de Planificación Nacional, División Social, Departamento de Información Social, Gobierno de Chile, Santiago, Chile. http://www.mideplan.cl.


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Recepción de Documentos: Deben ser enviados en formato Word, por correo electrónico a la dirección: sburdiles@unicit.cl, antes del 07 de diciembre de 2007.

Obj. 4: Ingeniería Genética y Biotecnología


Ingeniería Genética y Biotecnología

1. Cronología de la genética y la biología molecular
2. Definición de Ingeniería Genética
3. Terapia Génica.
4. Aplicaciones
5. Usos de la terapia génica.
6. Biotecnología.
7. Industria Farmacéutica.
8. Agricultura.
9. Proyecto HUGO
10. Relación con la Ingeniería Genética.
11. Resumen
12. Opinión personal
13. Bibliografía

ESTA ES UNA RESEÑA HISTORICA SOBRE LOS COMIENZOS DE LA INGENIERIA GENETICA, QUE NOS DA UNA MIRADA MAS AMPLIA Y UN MEJOR ENTENDIMIENTO SOBRE CÓMO LLEGAMOS A ESTE LUGAR EN LAS INVESTIGACIONES. ADEMAS, DEMUESTRA QUE LA GENETICA ES UNA CIENCIA MILENARIA Y NO UN NUEVO DESCUBRIMIENTO DESTINADO A CORROMPER LOS SISTEMAS NATURALES DE NUESTRO ECOSITEMA.


1. Cronología de la genética y la biología molecular

• 1.000 a.C.:.los babilonios celebran con ritos religiosos la polinización de las palmeras.
• 323 a.C.: Aristóteles especula sobre la naturaleza de la reproducción y la herencia.
• 100-300: se escriben en la India textos metafóricos sobre la naturaleza de la reproducción humana.
• 1676: se confirma la reproducción sexual en las plantas.
• 1677: se contempla el esperma animal a través del microscopio.
• 1838: se descubre que todos los organismos vivos están compuestos por células.
• 1859: Darwin hace pública su teoría sobre la evolución de las especies.
• 1866: Mendel describe en los guisantes las unidades fundamentales de la herencia (que posteriormente recibirán el nombre de genes).
• 1871: se aísla el ADN en el núcleo de una célula.
• 1883: Francis Galton acuña el término eugenesia.
• 1887: se descubre que las células reproductivas constituyen un linaje continuo, diferente de las otras células del cuerpo.
• 1908: se establecen modelos matemáticos de las frecuencias génicas en poblaciones mendelianas.
• 1909: las unidades fundamentales de la herencia biológica reciben el nombre de genes.
• 1924: la Ley de Inmigración en EE.UU. limita la entrada al país sobre la base del origen racial o étnico.
• 1925: se descubre que la actividad del gen está relacionada con su posición en el cromosoma.
• 1927: se descubre que los rayos X causan mutaciones genéticas.
• 1931: treinta estados de los EE.UU. tienen leyes de esterilización obligatoria.
• 1933: la Alemania nazi esteriliza a 56.244 "defectuosos hereditarios".
• 1933-45: el holocausto nazi extermina a seis millones de judíos por medio de su política eugenésica.
• 1943: el ADN es identificado como la molécula genética.
• 1940-50: se descubre que cada gen codifica una única proteína.
• 1953: se propone la estructura en doble hélice del ADN.
• 1956: son identificados 23 pares de cromosomas en las células del cuerpo humano.
• 1966: se descifra el código genético completo del ADN.
• 1972: se crea la primera molécula de ADN recombinante en el laboratorio.
• 1973: tienen lugar los primeros experimentos de ingeniería genética en los que genes de una especie se introducen en organismos de otra especie y funcionan correctamente.
• 1975: la conferencia de Asilomar evalúa los riesgos biológicos de las tecnologías de ADN recombinante, y aprueba una moratoria de los experimentos con estas tecnologías.
• 1975: se obtienen por primera vez los hibridomas que producen anticuerpos monoclonales.
• 1976: se funda en EE.UU. Genentech, la primera empresa de ingeniería genética.
• 1977: mediante técnicas de ingeniería genética se fabrica con éxito una hormona humana en una bacteria.
• 1977: los científicos desarrollan las primeras técnicas para secuenciar con rapidez los mensajes químicos de las moléculas del ADN.
• 1978: se clona el gen de la insulina humana.
• 1980: el Tribunal Supremo de los EE.UU. dictamina que se pueden patentar los microbios obtenidos mediante ingeniería genética.
• 1981: primer diagnóstico prenatal de una enfermedad humana por medio del análisis del ADN.
• 1982: se crea el primer ratón transgénico (el "superratón"), insertando el gen de la hormona del crecimiento de la rata en óvulos de ratona fecundados.
• 1982: se produce insulina utilizando técnicas de ADN recombinante.
• 1983: se inventa la técnica PCR, que permite replicar (copiar) genes específicos con gran rapidez.
• 1984: creación de las primeras plantas transgénicas.
• 1985: se inicia el empleo de interferones en el tratamiento de enfermedades víricas.
• 1985: se utiliza por primera vez la "huella genética" en una investigación judicial en Gran Bretaña.
• 1986: se autorizan las pruebas clínicas de la vacuna contra la hepatitis B obtenida mediante ingeniería genética.
• 1987: propuesta comercial para establecer la secuencia completa del genoma humano (proyecto Genoma), compuesto aproximadamente por 100.000 genes.
• 1987: comercialización del primer anticuerpo monoclonal de uso terapéutico.
• 1988: primera patente de un organismo producido mediante ingeniería genética.
• 1989: comercialización de las primeras máquinas automáticas de secuenciación del ADN.
• 1990: primer tratamiento con éxito mediante terapia génica en niños con trastornos inmunológicos ("niños burbuja"). Se ponen en marcha numerosos protocolos experimentales de terapia génica para intentar curar enfermedades cancerosas y metabólicas.
• 1994: se comercializa en California el primer vegetal modificado genéticamente (un tomate) y se autoriza en Holanda la reproducción del primer toro transgénico.
• 1995: se completan las primeras secuencias completas de genomas de organismos: se trata de las bacterias Hemophilus influenzae y Mycoplasma genitalium.
• 1996: por primera vez se completa la secuencia del genoma de un organismo eucariótico, la levadura cervecera "Saccharomyces cerevisiae". Por otra parte, el catálogo de genes humanos que Victor McKusick y sus colaboradores de la Universidad John Hopkins actualizan cada semana contiene ya más de cinco mil genes conocidos. El proyecto Genoma, coordinado por HUGO (Human Genome Organization), avanza a buen ritmo.
• 1997: Clonación del primer mamífero, una oveja llamada "Dolly".

Considero de suma importancia aclarar ¿Que es la ingeniería genética? Para poder comprender de qué se trata esta nueva ciencia que empieza a otras ciencias;
Todo organismo, aún el más simple, contiene una enorme cantidad de información. Esa información se repite en cada una de sus células organizada en unidades llamadas genes, los cuales están formados por ADN. Los genes controlan todos los aspectos de la vida de cada organismo, incluyendo metabolismo, forma, desarrollo y reproducción. De ellos depende la continuidad de la vida, porque constituyen el enlace esencial entre generaciones. Esta transmisión de información genética de los padres a los hijos se denomina herencia. Desde principios de siglo, la ciencia de la Ingeniería Genética ha experimentado notables avances.
La Ingeniería Genética es un término que abarca distintos caminos para cambiar el material genético. El ADN (código en el organismo vivo) es el cual contiene toda la información almacenada en una larga cadena de una molécula química que determina la naturaleza del organismo así sea una ameba, un árbol de pino, una vaca o un hombre y el cuál caracteriza las particularidades individuales. A diferencia de los gemelos el mapa genético de cada uno de nosotros es único. Los genes individuales son secciones particulares de esta cadena, quienes determinan las características y funciones de nuestro cuerpo.
Los defectos de los genes individuales pueden causar mal funciones en el metabolismo del cuerpo, y es el origen de muchas enfermedades genéticas.
En la ingeniería genética se busca el conocimiento de lo que son cada uno de los genes de un mapa genético. Esto no está tan lejos como parece, la capacidad de eliminar el factor azar de nuestro perfil, genético esta cada vez mas cerca. Según French Anderson (60 años), pionero de la terapia genética, "ya existe toda la base científica necesaria, pero no tendremos hasta dentro de 10 o 5 años la eficiencia y seguridad para llevar a cabo transferencias genéticas en forma ética".
Otro factor limitante es que todavía el banco de genes no tiene "depositados" a la espera de clientes todos los complejos conjuntos de genes que determinan la inteligencia, el buen comportamiento y la higiene mental perfecta. Aclaro que lo ideal de recurrir a la ingeniería genética es que la utilicen para prevenir o corregir enfermedades serias y no para tener un hijo mas inteligente, o para que sea alto y de ojos celestes. El problema es que la ciencia sigue progresando a velocidad de un tren bala, llegando a menudo a una estación determinada mucho antes de que hayan podido analizarse y comprenderse a fondo todas las consecuencias derivadas de los adelantos.
Los descubrimientos en materia genética son asunto de todos los días, hay bancos de datos que poseen la codificación parcial de más de la mitad de los genes humanos. Millones de nuevas entradas del código genético ingresan al banco público de genes del Centro Nacional de Información Biotecnológica.
La única terapia genética permitida hoy para su aplicación en seres humanos es la vinculada a las enfermedades.
La ingeniería genética puede definirse como "La manipulación deliberada de la información genética, con miras al análisis genético o al mejoramiento de una especie". Con el descubrimiento de la estructura del material genético, en 1953, nace la biología molecular y con ello se inicia una nueva etapa en la historia de la biología. El año de 1970 marca otra etapa importante: el comienzo de la manipulación enzimática del material genético, y por consiguiente, la aparición de la ingeniería genética molecular, que constituye la más reciente evolución de la manipulación genética. Los procedimientos que se utilizan reciben el nombre de métodos del ADN recombinante o clonación molecular del ADN. En el pasado se utilizaban en forma empírica los sistemas biológicos existentes, hoy ya no solamente se seleccionará uno de esos sistemas para llevar a cabo un proceso, sino que se diseñarán genéticamente atendiendo a la posibilidad real de manejar su información genética y la de incorporarles la de otros organismos.
La ingeniería genética de plantas ofrece la posibilidad de modular la expresión de genes específicos, que son importantes para un cierto proceso metabólico. Es posible incrementar la expresión de un determinado gene al transformar plantas con una gene quimérico con un promotor fuerte; o disminuir la expresión usando la tecnología del RNA en sentido inverso (anti-RNA) y así, alterar cuantitativamente el control de flujo de un proceso específico.

Los Beneficios de esta ciencia son muchos

La ingeniería genética tiene un gran potencial. Por ejemplo, el gen para la insulina, que por lo general sólo se encuentra en los animales superiores, se puede ahora introducir en células bacterianas mediante un plásmido o vector. Después la bacteria puede reproducirse en grandes cantidades constituyendo una fuente abundante de la llamada insulina recombinante a un precio relativamente bajo. La producción de insulina recombinante no depende del, en ocasiones, variable suministro de tejido pancreático animal. Otros usos de la ingeniería genética son el aumento de la resistencia de los cultivos a enfermedades, la producción de compuestos farmacéuticos en la leche de los animales, la elaboración de vacunas, y la alteración de las características del ganado.

¿Que es la ingeniería genética?

Todo organismo, aún el más simple, contiene una enorme cantidad de información. Esta información se encuentra almacenada en una macromolécula que se halla en todas las células: el ADN. Este ADN está dividido en gran cantidad de sub-unidades (la cantidad varía de acuerdo con la especie) llamadas genes. Cada gen contiene la información necesaria para que la célula sintetice una proteína. Así, el genoma (y por consecuencia el proteoma), va a ser la responsable de las características del individuo. Los genes controlan todos los aspectos de la vida de cada organismo, incluyendo metabolismo, forma, desarrollo y reproducción. Por ejemplo, la síntesis una proteína X hará que en el individuo se manifieste el rasgo "pelo oscuro", mientras que la proteína Y determinará el rasgo "pelo claro".
Vemos entonces que la carga genética de un determinado organismo no puede ser idéntica a la de otro, aunque se trate de la misma especie. Sin embargo, debe ser en rasgos generales similar para que la reproducción se pueda concretar. Y es que una de las propiedades más importantes del ADN, y gracias a la cual fue posible la evolución, es la de dividirse y fusionarse con el ADN de otro individuo de la misma especie para lograr descendencia diversificada.
Otra particularidad de esta molécula es su universalidad. No importa cuán diferente sean dos especies: el ADN que contengan será de la misma naturaleza: ácido nucleico. Siguiendo este razonamiento, y teniendo en cuenta el concepto de gen, surgen algunas incógnitas: ¿Son compatibles las cargas genéticas de especies distintas? ¿Puede el gen de una especie funcionar y manifestarse en otra completamente distinta? ¿Se puede aislar y manipular el ADN?
La respuesta a todas estas preguntas se resume en dos palabras: Ingeniería Genética.


2. Definición de Ingeniería Genética

La Ingeniería Genética (en adelante IG) es una rama de la genética que se concentra en el estudio del ADN, pero con el fin su manipulación. En otras palabras, es la manipulación genética de organismos con un propósito predeterminado.
En este punto se profundizará el conocimiento sobre los métodos de manipulación génica. El fin con el cual se realizan dichas manipulaciones se tratará más adelante, cuando se analicen los alcances de esta ciencia.

Enzimas de restricción.
Como ya se dijo, la IG consiste la manipulación del ADN. En este proceso son muy importantes las llamadas enzimas de restricción, producidas por varias bacterias. Estas enzimas tienen la capacidad de reconocer una secuencia determinada de nucleótidos y extraerla del resto de la cadena. Esta secuencia, que se denomina Restriction Fragment Lenght Polymophism o RLPM, puede volver a colocarse con la ayuda de otra clase de enzimas, las ligasas. Análogamente, la enzima de restricción se convierte en una "tijera de ADN", y la ligasa en el "pegamento". Por lo tanto, es posible quitar un gen de la cadena principal y en su lugar colocar otro.

Vectores.
En el proceso de manipulación también son importantes los vectores: partes de ADN que se pueden autorreplicar con independencia del ADN de la célula huésped donde crecen. Estos vectores permiten obtener múltiples copias de un trozo específico de ADN, lo que proporciona una gran cantidad de material fiable con el que trabajar. El proceso de transformación de una porción de ADN en un vector se denomina clonación. Pero el concepto de clonación que "circula" y está en boca de todos es más amplio: se trata de "fabricar", por medios naturales o artificiales, individuos genéticamente idénticos.

ADN polimerasa.
Otro método para la producción de réplicas de ADN descubierto recientemente es el de la utilización de la enzima polimerasa. Éste método, que consiste en una verdadera reacción en cadena, es más rápido, fácil de realizar y económico que la técnica de vectores.


3. Terapia Génica.

La terapia génica consiste en la aportación de un gen funcionante a las células que carecen de esta función, con el fin de corregir una alteración genética o enfermedad adquirida. La terapia génica se divide en dos categorías.
I. Alteración de células germinales (espermatozoides u óvulos), lo que origina un cambio permanente de todo el organismo y generaciones posteriores. Esta terapia no se utiliza en seres humanos por cuestiones éticas.
II. Terapia somática celular. Uno o más tejidos son sometidos a la adición de uno o más genes terapéuticos, mediante tratamiento directo o previa extirpación del tejido. Esta técnica se ha utilizado para el tratamiento de cánceres o enfermedades sanguíneas, hepáticas o pulmonares.


4. Aplicaciones

La Ingeniería genética tiene numerosas aplicaciones en campos muy diversos, que van desde la medicina hasta la industria. Sin embargo, es posible hacer una clasificación bastante simple bajo la cual se contemplan todos los usos existentes de estas técnicas de manipulación genética: aquellos que comprenden la terapia génica, y aquellos que se encuentran bajo el ala de la biotecnología.


5. Usos de la terapia génica.

"En marzo de 1989, los investigadores norteamericanos Steve Rosenber y Michael Blease, del Instituto Nacional del Cáncer, y French Anderson, del Instituto Nacional del Corazón, Pulmón y Sangre, anunciaron su intención de llevar a cabo un intercambio de genes entre seres humanos, concretamente en enfermos terminales de cáncer.
Los genes trasplantados no habían sido diseñados para tratar a los pacientes, sino para que actuaran como marcadores de las células que les fueron inyectados, unos linfocitos asesinos llamados infiltradores de tumores, encargados de aniquilar las células cancerígenas.
Las víctimas de cáncer murieron, pero la transferencia había sido un éxito”
Este fue uno de los primeros intentos de utilizar las técnicas de IG con fines terapéuticos.
Hoy el desafío de los científicos es, mediante el conocimiento del Genoma Humano, localizar "genes defectuosos", información genética que provoque enfermedades, y cambiarlos por otros sin tales defectos.
La ventaja quizá más importante de este método es que se podrían identificar en una persona enfermedades potenciales que aún no se hayan manifestado, para o bien reemplazar el gen defectuoso, o iniciar un tratamiento preventivo para atenuar los efectos de la enfermedad. Por ejemplo, se le podría descubrir a una persona totalmente sana un gen que lo pondría en un riesgo de disfunciones cardíacas severas. Si a esa persona se le iniciara un tratamiento preventivo, habría posibilidades de que la enfermedad no llegue nunca.
A través de una técnica de sondas genéticas, se puede rastrear la cadena de ADN en busca de genes defectuosos, responsables de enfermedades genéticas graves.
Si bien la información del Genoma Humano fue recientemente descubierta, ya se han localizado los "locus" de varias enfermedades de origen genético. He aquí algunas de ellas:
Hemofilia – Alcoholismo – Corea de Huntigton – Anemia Falciforme – Fibrosis quística – Hipotiroidismo Congénito – Retraso Mental – Miopatía de Duchenne – Maníacodepresión – Esquizofrenia – Síndrome de Lesch Nyhan – Deficencia de ADA – Hidrocefalia – Microcefalia – Labio Leporino – Ano Imperfecto o Imperforación – Espina Bífida.
Pero los alcances de la terapia génica no sólo se limitan a enfermedades genéticas, sino también a algunas de origen externo al organismo: virales, bacterianas, protozoicas, etc. En febrero de este año, por ejemplo, se anunció que un grupo de científicos estadounidenses empleó técnicas de terapia génica contra el virus del SIDA. Sintetizaron un gen capaz de detener la multiplicación del virus responsable de la inmunodeficiencia, y lo insertaron en células humanas infectadas. El resultado fue exitoso: el virus detuvo su propagación e incluso aumentó la longevidad de ciertas células de defensa, las CD4.
Otra técnica peculiar inventada recientemente es la del xenotransplante. Consiste en inocular genes humanos en cerdos para que crezcan con sus órganos compatibles con los humanos, a fin de utilizarlos para transplantes.
Esto nos demuestra que la Ingeniería Genética aplicada a la medicina podría significar el futuro reemplazo de las técnicas terapéuticas actuales por otras más sofisticadas y con mejores resultados. Sin embargo, la complejidad de estos métodos hace que sea todavía inalcanzable, tanto por causas científicas como económicas.


6. Biotecnología.

Pero el conocimiento de los genes no sólo se limita a la Medicina. La posibilidad de obtener plantas y animales trangénicos con fines comerciales es demasiado tentadora como para no intentarlo.
Las biotecnologías consisten en la utilización de bacterias, levaduras y células animales en cultivo para la fabricación de sustancias específicas. Permiten, gracias a la aplicación integrada de los conocimientos y técnicas de la bioquímica, la microbiología y la ingeniería química aprovechar en el plano tecnológico las propiedades de los microorganismos y los cultivos celulares. Permiten producir a partir de recursos renovables y disponibles en abundancia gran número de sustancias y compuestos.
Aplicadas a escala industrial, las tales biotecnologías constituyen la bioindustria, la cual comprende las actividades de la industria química: síntesis de sustancias aromáticas saborizantes, materias plásticas, productos para la industria textil; en el campo energético la producción de etanol, metanol, biogas e hidrógeno; en la biomineralurgia la extracción de minerales. Además, en algunas actividades cumplen una función motriz esencial: la industria alimentaria (producción masiva de levaduras, algas y bacterias con miras al suministro de proteínas, aminoácidos, vitaminas y enzimas); producción agrícola (donación y selección de variedades a partir de cultivos de células y tejidos, especies vegetales y animales trangénicas, producción de bioinsecticidas); industria farmacéutica (vacunas, síntesis de hormonas, interferones y antibióticos); protección del medio ambiente (tratamiento de aguas servidas, transformación de deshechos domésticos, degradación de residuos peligrosos y fabricación de compuestos biodegradables).
Los procesos biotecnológicos más recientes se basan en las técnicas de recombinación genética descritas anteriormente.
A continuación se detallan las aplicaciones más comunes.


7. Industria Farmacéutica.

Obtención de proteínas de mamíferos.
Una serie de hormonas como la insulina, la hormona del crecimiento, factores de coagulación, etc. tienen un interés médico y comercial muy grande. Antes, la obtención de estas proteínas se realizaba mediante su extracción directa a partir de tejidos o fluidos corporales.
En la actualidad, gracias a la tecnología del ADN recombinante, se clonan los genes de ciertas proteínas humanas en microorganismos adecuados para su fabricación comercial. Un ejemplo típico es la producción de insulina que se obtiene a partir de la levadura Sacharomces cerevisae, en la cual se clona el gen de la insulina humana.

Obtención de vacunas recombinantes.
El sistema tradicional de obtención de vacunas a partir de microorganismos patógenos inactivos, puede comportar un riesgo potencial.
Muchas vacunas, como la de la hepatitis B, se obtienen actualmente por IG. Como la mayoría de los factores antigénicos son proteínas lo que se hace es clonar el gen de la proteína correspondiente.


8. Agricultura.

Mediante la ingeniería genética han podido modificarse las características de gran cantidad de plantas para hacerlas más útiles al hombre, son las llamadas plantas transgénicas. Las primeras plantas obtenidas mediante estas técnicas fueron un tipo de tomates, en los que sus frutos tardan en madurar algunas semanas después de haber sido cosechados.
Recordando que la célula vegetal posee una rígida pared celular, lo primero que hay que hacer es obtener protoplastos.
Vamos a ver las técnicas de modificación genética en cultivos celulares. Estas células pueden someterse a tratamientos que modifiquen su patrimonio genético. Las técnicas se clasifican en directas e indirectas.
Entre las técnicas indirectas cabe destacar la transformación de células mediada por Agrobacterium tumefaciens.
Esta bacteria puede considerarse como el primer ingeniero genético, por su particular mecanismo de acción: es capaz de modificar genéticamente la planta hospedadora, de forma que permite su reproducción. Esta bacteria es una auténtica provocadora de un cáncer en la planta en la que se hospeda.
Las técnicas directas comprenden la electroporación, microinyección, liposomas y otros métodos químicos.
Entre los principales caracteres que se han transferido a vegetales o se han ensayado en su transfección, merecen destacarse:
Resistencia a herbicidas, insectos y enfermedades microbianas.
Ya se dispone de semillas de algodón, que son insensibles a herbicidas. Para la resistencia a los insectos se utilizan cepas de Bacillus thuringiensis que producen una toxina (toxina - Bt) dañina para las larvas de muchos insectos, de modo que no pueden desarrollarse sobre las plantas transgénicas con este gen. Respecto a los virus se ha demostrado que las plantas transgénicas con el gen de la proteína de la cápsida de un virus, son resistentes a la invasión de dicho virus.
Incremento del rendimiento fotosintético.
Para ello se transfieren los genes de la ruta fotosintética de plantas C4 que es más eficiente.
Mejora en la calidad de los productos agrícolas.
Tal es el caso de la colza y la soja transgénicas que producen aceites modificados, que no contienen los caracteres indeseables de las plantas comunes.
Síntesis de productos de interés comercial.
Existen ya plantas transgénicas que producen anticuerpos animales, interferón, e incluso elementos de un poliéster destinado a la fabricación de plásticos biodegradables
Asimilación de nitrógeno atmosférico.
Aunque no hay resultados, se ensaya la transfección del gen nif responsable de la nitrogenasa, existente en microorganismos fijadores de nitrógeno, y que permitiría a las plantas que hospedasen dicho gen, crecer sin necesidad de nitratos o abonos nitrogenados, aumentando la síntesis de proteínas de modo espectacular.


9. Proyecto HUGO

Qué es.
El Proyecto Genoma Humano es una investigación internacional que busca seleccionar un modelo de organismo humano por medio del mapeo de la secuencia de su ADN. Se inició oficialmente en 1990 como un programa de quince años con el que se pretendía registrar los 80.000 genes que codifican la información necesaria para construir y mantener la vida. Los rápidos avances tecnológicos han acelerado los tiempos esperándose que se termine la investigación completa en el 2003.
Cuando faltan sólo tres años (2003) para el cincuentenario del descubrimiento de la estructura de la doble hélice por parte de Watson & Crick (1953), se ha producido el mapeo casi completo del mismo.
Los objetivos del Proyecto son:
• Identificar los aproximadamente 100.000 genes humanos en el ADN.
• Determinar la secuencia de 3 billones de bases químicas que conforman el ADN.
• Acumular la información en bases de datos.
• Desarrollar de modo rápido y eficiente tecnologías de secuenciación.
• Desarrollar herramientas para análisis de datos.
• Dirigir las cuestiones éticas, legales y sociales que se derivan del proyecto.


10. Relación con la Ingeniería Genética.

Ya que este proyecto se limita sólo a la información genética del ser humano, las aplicaciones se limitan sólo a la terapia génica, apartando las aplicaciones biotecnológicas.
El conocimiento del Genoma Humano permitirá identificar y caracterizar los genes que intervienen en las principales enfermedades genéticas, lo que hará posible el tratamiento mediante terapia génica a casi todas las enfermedades que tengan un posible origen genético.

Resumen:

Definición de Ingeniería Genética. Técnicas de manipulación genética. ADN recombinante. Terapia Génica. Técnica de la ADN polimerasa. Organismos transgénicos. Biotecnología. Otras aplicaciones de la Ingeniería Genética. El proyecto Genoma Humano y su relación con la Ingeniería Genética. Opinión personal.
La Ingeniería Genética es un término que abarca distintos caminos para cambiar el material genético. El ADN (código en el organismo vivo) es el cual contiene toda la información almacenada en una larga cadena de una molécula química que determina la naturaleza del organismo así sea una amiba, un árbol de pino, una vaca o un hombre y el cuál caracteriza las particularidades individuales. A diferencia de los gemelos el mapa genético de cada uno de nosotros es único. Los genes individuales son secciones particulares de esta cadena, quienes determinan las características y funciones de nuestro cuerpo.
Los defectos de los genes individuales pueden causar mal funciones en el metabolismo del cuerpo, y es el origen de muchas enfermedades genéticas.
En la ingeniería genética se busca el conocimiento de lo que son los cada uno de los genes de un mapa genético. Esto no está tan lejos como parece, la capacidad de eliminar el factor azar de nuestro perfil, genético esta cada vez mas cerca. Según French Anderson (60 años), pionero de la terapia genética, "ya existe toda la base científica necesaria, pero no tendremos hasta dentro de 10 o 5 años la eficiencia y seguridad para llevar a cabo transferencias genéticas en forma ética".
Otro factor limitante es que todavía el banco de genes no tiene "depositados" a la espera de clientes todos los complejos conjuntos de genes que determinan la inteligencia, el buen comportamiento y la higiene mental perfecta. Aclaro que lo ideal de recurrir a la ingeniería genética es que la utilicen para prevenir o corregir enfermedades serias y no para tener un hijo mas inteligente, o para que sea alto y de ojos celestes. El problema es que la ciencia sigue progresando a velocidad de un tren bala, llegando a menudo a una estación determinada mucho antes de que hayan podido analizarse y comprenderse a fondo todas las consecuencias derivadas de los adelantos.
Los descubrimientos en materia genética son asunto de todos los días, hay bancos de datos que poseen la codificación parcial de más de la mitad de los genes humanos. Millones de nuevas entradas del código genético ingresan al banco público de genes del Centro Nacional de Información Biotecnológica.
La única terapia genética permitida hoy para su aplicación en seres humanos es la vinculada a las enfermedades.
La ingeniería genética puede definirse como "La manipulación deliberada de la información genética, con miras al análisis genético o al mejoramiento de una especie". Con el descubrimiento de la estructura del material genético, en 1953, nace la biología molecular y con ello se inicia una nueva etapa en la historia de la biología. El año de 1970 marca otra etapa importante: el comienzo de la manipulación enzimática del material genético, y por consiguiente, la aparición de la ingeniería genética molecular, que constituye la más reciente evolución de la manipulación genética. Los procedimientos que se utilizan reciben el nombre de métodos del ADN recombinante o clonación molecular del ADN. En el pasado se utilizaban en forma empírica los sistemas biológicos existentes, hoy ya no solamente se seleccionará uno de esos sistemas para llevar a cabo un proceso, sino que se diseñarán genéticamente atendiendo a la posibilidad real de manejar su información genética y la de incorporarles la de otros organismos.
La ingeniería genética de plantas ofrece la posibilidad de modular la expresión de genes específicos, que son importantes para un cierto proceso metabólico. Es posible incrementar la expresión de un determinado gene al transformar plantas con una gene quimérico con un promotor fuerte; o disminuir la expresión usando la tecnología del RNA en sentido inverso (anti-RNA) y así, alterar cuantitativamente el control de flujo de un proceso específico.
Beneficios
La ingeniería genética tiene un gran potencial. Por ejemplo, el gen para la insulina, que por lo general sólo se encuentra en los animales superiores, se puede ahora introducir en células bacterianas mediante un plásmido o vector. Después la bacteria puede reproducirse en grandes cantidades constituyendo una fuente abundante de la llamada insulina recombinante a un precio relativamente bajo. La producción de insulina recombinante no depende del, en ocasiones, variable suministro de tejido pancreático animal. Otros usos de la ingeniería genética son el aumento de la resistencia de los cultivos a enfermedades, la producción de compuestos farmacéuticos en la leche de los animales, la elaboración de vacunas, y la alteración de las características del ganado.

Los siguientes son los pasos de bio ingenio genetica:

1. Identificar un carácter deseable, pero que no pueda ser manejado por los métodos clásicos de mejoramiento.
2. Encontrar algún organismo que lo exprese.
3. Encontrar el gen responsable del carácter deseado, en dicho organismo.
4. Combinar dicho gen con otros elementos necesarios para que este sea funcional en la planta.
5. Mover los genes a las células de la planta.
6. Encontrar las células modificadas exitosamente, y regenerarlas en plan


11. Opinión personal

Siempre que los avances científicos y tecnológicos se producen con esta rapidez, el entusiasmo por seguir adelante no deja lugar a una reflexión acerca de los efectos favorables y los contraproducentes que puede provocar.
Un caso histórico es la Revolución Industrial. En la vorágine de construir las mejores máquinas, los científicos de la época dejaron de lado el factor contaminación ambiental, ignorando que, un siglo más tarde, el haber utilizado máquinas a vapor inició un proceso prácticamente irreversible de calentamiento global y contaminación atmosférica.
Otro caso más que clásico es la fórmula de la Teoría de la Relatividad, que abrió camino a dos aplicaciones bien polarizadas y antagónicas: el uso de la medicina atómica para salvar vidas, y la construcción de bombas atómicas para destruirlas.
Y parece ser que el hombre no aprende de sus errores, porque en el afán de ver "hasta dónde podemos llegar", los genetistas y otros científicos de hoy anuncian día a día orgullosamente sus nuevas hazañas, sin tener en cuenta las consecuencias no sólo ambientales, sino también éticas y morales.
Casi cada aspecto de la IG presenta una controversia y exige un profundo análisis, de modo que las posibles consecuencias negativas causadas por la negligencia científica se eviten.
En el caso de la IG orientada al agro, por ejemplo. Las cosechas transgénicas ya son abundantes en el mundo, pero no son testeadas correctamente las posibles consecuencias ecológicas que pudiesen causar. Esto provocó el levantamiento de los organismos ecológicos no gubernamentales, que han elaborado una extensa lista de faltas cometidas por las distintas compañías. Esta acción, a su vez, creo una concepción negativa de los organismos transgénicos. Se lo ve como algo completamente nocivo para la salud, a la vez que se desconoce de qué se trata. Está en el conocimiento popular que cualquier ser, planta o animal, genéticamente modificado es sinónimo de veneno o tóxico. Este miedo irracional fue utilizado por ciertas organizaciones protectoras del medio ambiente para aumentar este temor popular. "Puedes estar comiendo plantas con genes de ratas o víboras", fue uno de los argumentos más sensacionalistas.
Con esto no estoy diciendo que estoy a favor de los organismos transgénicos y en contra de la ecología. Sólo creo que se debe informar mejor a la población acerca de la transgenia, y hacer estudios serios sobre las consecuencias tanto para el ambiente como para el humano, para así poder dar conclusiones científicamente avaladas.
Cambiando de área, si nos vamos a la IG en enlace con la medicina, el panorama es aún más negro.
El hecho de que en realidad se haya tenido en cuenta la posibilidad de la eutanasia (busca del perfeccionamiento de la raza humana) indica que, lamentablemente, siguen personas con ideología nazi en el mundo.
Está patente el miedo de que, en un futuro no tan lejano, cualquier persona con el dinero suficiente y la escasez suficiente de escrúpulos, contrate a algún igualmente inescrupuloso grupo de médicos para obtener descendencia con determinadas características. No es que crea que esto será legal, pero tampoco lo es en la actualidad el aborto, y sin embargo se practica.
Es por eso que creo que, paralelamente con los descubrimientos y avances que se anuncian día a día, se tendría que legislar competentemente en todos los países. Esto pondría límites morales, éticos y civiles a los científicos, que pocas veces se detienen a considerar las consecuencias de sus actos.
La ciencia se puede usar tanto para el bien como para el mal. Depende de nosotros el uso que le demos. Sería una lástima que una ciencia tan prometedora como esta fuera desperdiciada para fines inmorales o puramente económicos. Es el deber de los hombres de hoy tomar una decisión fundamental: aprender del pasado histórico del mundo, o seguir caminando a ciegas, con los ojos tapados y sin mirar atrás.


12. Bibliografía

• Enciclopedia Encarta 98
• Diario Clarín Digital en www.clarin.com.ar, febrero-agosto de 2000.
• Diario La Nación en www.lanacion.com.ar, febrero-agosto de 2000.
• Química II, Editorial Santillana.
• Biología I, Editorial Santillana.
• "El Genoma Humano" del Dr. Francisco Lenadro Loiácono en www.alfinal.com.
• "Aplicaciones de la Ingeniería Genética" en www.geocities.com/genetica2000/
• Declaración de la Asociación Médica Mundial sobre el Proyecto Genoma Humano, en www.wma.net/s/policy/17-s-1_s.html.
• "Trabajo Práctico de Genética", de Juan Andrés Toselli, en www.monografias.com
• "Genetic Engineering: A Costly Risk"; "The End of the World as we know it: The Environmental Costs of Genetic Engineering", en www.greenpeace.org.
• ALBERT V EDICION (BIOLOGIA)
• Curtis VI edicion (biogenetica)
• www.Agronort.ar pagina web y www.alipso.com.ar

Deocar Eldorado
deocareldorado@ceel.com.ar

Obj. 3-b: Mejoramiento Genético de Animales


Mejoramiento Genético de Animales

©Hugo Montaldo y Nelson Barría,1998
hmontald@metz.une.edu.au

RESUMEN [ABSTRACT]

En el presente artículo se presenta una visión general del mejoramiento genético de animales y se describen algunos de sus problemas y perspectivas en 1998. Se discuten aspectos relacionados con el establecimiento de objetivos, con la evaluación genética de animales, con métodos para aprovechar diferentes efectos de los genes, con la optimización de programas genéticos y con el uso de nuevas tecnologías. Se concluye que la evaluación de animales en base de datos de mediciones (fenotipo) y pedigrí para calcular los valores genéticos estimados (VGEs), seguirá en el futuro siendo la base del mejoramiento animal. Se esperan mejoras en los métodos para ponderar económicamente diferentes características para la selección y para maximizar la respuesta a los programas genéticos, controlando costos y consanguinidad con nuevas herramientas de análisis y optimización de problemas complejos y no-lineales como los algoritmos genéticos y la inteligencia artificial. Otros avances son la generalización de métodos para evaluar genéticamente poblaciones compuestas por diversas razas y cruzas y el desarrollo de métodos para incorporar la información genómica (marcadores moleculares de ADN) y el uso de técnicas reproductivas basadas en la manipulación de la fisiología reproductiva de los animales, gametos y embriones en el diseño de programas más eficientes de mejora animal. Nuevos avances en la tecnología reproductiva y molecular pueden permitir perfeccionar el análisis y utilización de las interacciones entre genes y entre los genes y el medio ambiente.


El concepto de mejoramiento genético de animales (MGA) posiblemente sugiere distintas imágenes en diferentes personas. En el plano práctico, surge la idea de usar y combinar mejores razas y animales en las diversas especies de animales domésticos, sin preguntarnos mucho acerca de definir o evaluar el mérito o de cómo definir mejores. En el plano científico, las ideas que aparecen con más frecuencia están relacionadas con los últimos avances publicitados en tecnología reproductiva y molecular, como la clonación (producción de animales genéticamente idénticos) y otras manipulaciones recientes de la reproducción y el uso de marcadores genéticos del ADN (depositario de la información genética de los organismos) para la selección. En realidad, la situación es algo diferente.
Este trabajo pretende dar una visión general de la disciplina y describir algunos de sus métodos y sus problemas actuales en 1998.

Un intento de definición

El MGA consiste en aplicar principios biológicos, económicos y matemáticos, con el fin de encontrar estrategias óptimas para aprovechar la variación genética existente en una especie de animales en particular para maximizar su mérito. Esto involucra tanto la variación genética entre los individuos de una raza, como la variación entre razas y cruzas.
El MGA involucra procesos de evaluación genética y difusión del material genético seleccionado, en los cuales se pueden usar tecnologías reproductivas artificiales tales como la inseminación artificial (AI), la ovulación múltiple y transferencia embrionaria (OMTE), la fertilización in vitro de embriones, así como el uso de marcadores de ADN. Los dos principales problemas que nos formulamos en un programa de MGA son:
1.-Cómo definir el mérito (objetivo del programa) y,
2.-Cómo lograr este objetivo (sistema de evaluación, uso y difusión de la mejora a la población comercial).
Las dos herramientas primordiales del MGA son la selección (determinar cuáles individuos van a dejar descendencia) y los sistemas de apareamiento (determinar cómo los individuos seleccionados serán apareados).

La medición de la producción animal

La herramienta que más ha impactado el mejoramiento animal en el mundo es el control de producción. En efecto, la medición objetiva de la producción de los animales sirve para hacer evaluaciones de los mismos para la selección, evaluar las razas y cruzas, estimar los parámetros requeridos para los programas, medir aspectos económicos y optimizar el proceso.
En un principio, los sistemas de control fueron generalmente simples e incluyeron solo evaluaciones de cantidad (producción de leche, peso del vellón en ovejas, pesos corporales a determinadas edades en animales productores de carne). Más recientemente, las necesidades del mercado y el deseo de los criadores de tomar decisiones en base a un conjunto de características mas estrechamente relacionadas con el valor económico de la producción y la consideración de aspectos sociales en los objetivos de producción, han incorporado una serie diversa de características de calidad, como el contenido de grasa de la carne y proteína de la leche, características de la carne como el área de músculo en diversos cortes, la dureza, el porcentaje de grasa etc. Algunas de estas características son difíciles o imposibles de medir en el animal vivo, por lo que son evaluadas a través de métodos indirectos. Un ejemplo es el uso del scanner para medir características de composición corporal como el porcentaje de grasa en el animal in vivo. Otras características que se evalúan en los programas de mejoramiento son las relacionadas con la fertilidad, la supervivencia y la resistencia a enfermedades. En etapas más recientes se ha intentado medir variables asociadas con los costos de producción, como el costo de los alimentos y medicamentos. En general, los avances técnicos están permitiendo realizar mediciones más precisas y frecuentes e incluir características más estrechamente relacionadas con los objetivos de los programas genéticos.
El control de producción está generalmente asociado, salvo en el caso de sistemas de producción extensivos en rumiantes, a un completo y riguroso control genealógico, que implica el registro de los padres de cada animal en la población y permite estructurar el pedigrí necesario para el cálculo de los coeficientes de parentesco utilizados en las evaluaciones genéticas y en el cálculo de coeficientes de consanguinidad.
Un aspecto fundamental de estos sistemas de evaluación es el control de calidad; los errores, tanto de datos de producción como de pedigrí pueden afectar negativamente las tasas de mejoramiento genético. Por este motivo, en los países con mayor desarrollo en este campo, la participación de organismos oficiales (Universidades, organismos estatales), han sido claves para propiciar la aceptación de la información de campo, como veraz y válida. Este desarrollo históricamente ha estado ligado a un alto grado de participación del gobierno y las organizaciones de ganaderos. Esta naturaleza colectiva se ha requerido debido a la naturaleza a largo plazo de las inversiones en mejoramiento genético, a la necesidad de contar con personal capacitado para organizar y mantener en operación los sistemas de evaluación y a la necesidad en muchos casos de realizar las evaluaciones en los rebaños comerciales, como en el caso de los rumiantes.
En muchos países, intereses particulares de asociaciones de razas, agrupaciones gremiales, desconocimiento de los principios científicos de la mejora así como de una ineficiente coordinación y promoción de la mejora genética por parte del gobierno, han paralizado la aplicación de la mejora genética. El costo ecológico por el mantenimiento de grandes números de animales improductivos con un impacto negativo en el medio ambiente y en la economía para estos países, por la necesidad de importar material genético y por las pérdidas productivas, es difícil de cuantificar con precisión pero es sin duda considerable.

Modelos lineales + computadoras + inseminación artificial

El avance explosivo de la tecnología computación ligado a desarrollos teóricos en el área de los modelos estadísticos aplicados al análisis de datos obtenidos en condiciones reales de producción, permitieron la implementación de métodos muy eficaces para el cálculo de valores genéticos estimados (VGEs) aprovechando la información del control de producción y de pedigrí, en forma que actualmente se puede considerar que dichas implementaciones son una tecnología madura y su instrumentación es básicamente un ejercicio de aplicación.
Esta metodología ha permitido tremendos avances en algunas especies, como es el caso de los bovinos productores de leche. Se estima que una vaca promedio, obtenida por IA en Estados Unidos, incrementa su producción en más de 100 kg de leche por año (aproximadamente 0.32 lt/día) por razones puramente genéticas. Esto tiene, junto con el cambio en otras características, una gran importancia económica para los productores y la industria, al grado que los productos de las industrias que han realizado mayor mejora genética, como la producción de leche, huevos, carne de cerdo y carne de pollo, han capturado una mayor proporción del mercado, debido en parte, al abaratamiento de los costos de producción por la mayor eficiencia de los animales. Esto se ha logrado con el uso de animales superiores a través del uso de los VGEs para la selección. Estos VGEs son calculados con una metodología que se conoce como BLUP (best linear unbiased prediction o mejor predicción lineal insesgada), de acuerdo a las propiedades teóricas de las soluciones. Esto ha sido posible también gracias al desarrollo de métodos emparentados al BLUP como el REML (máxima verosimilitud restringida) para estimar parámetros genéticos o matrices de varianzas y covarianzas requeridas para ponderar adecuadamente los factores del modelo.
Dos descubrimientos claves en este sentido fueron las ecuaciones del modelo mixto de Henderson que redujo considerablemente las dimensiones de los sistemas de ecuaciones simultáneas a resolver para obtener los VGEs y la incorporación de las correlaciones entre los valores genéticos de los animales al modelo, mediante la matriz de parentesco, que se construye a partir de la información contenida en el pedigrí. Al obtener estimaciones confiables e insesgadas de los VGEs de animales en muchos rebaños, lo que fue posible al usar la inseminación artificial, por primera vez la industria pudo comparar los valores genéticos de los animales de toda la población, lo que le dio a la selección un tremendo poder. Este proceso tiende a destruir la estructura piramidal jerárquica tradicional de los hatos reproductores, debido a que los animales superiores son elegidos en forma horizontal.
En otros casos, la estructura jerárquica es mantenida parcialmente por una falta de adopción de las técnicas modernas como por ejemplo en la producción de lana en Australia o muchos productores de sementales de ganado de carne en América Latina. En especies con elevada fecundidad y reducido costo por individuo, el elevado número de progenie por animal reproductor y los menores costos de operación, permiten la centralización del proceso de mejoramiento en núcleos de empresas privadas que controlan todas las poblaciones de reproductores como en pollos de engorde, gallinas productoras de huevos y en forma creciente, cerdos. Una población rigurosamente seleccionada abastece en este caso a un estrato multiplicador, capaz de proveer de animales al estrato comercial. En cierto modo, una situación similar puede ser creada en rumiantes (a mayor costo), al incrementar su capacidad de reproducción usando la transferencia embrionaria y la fertilización in vitro.

Divide y vencerás, simplifiquemos el modelo

En cierto modo, el éxito de los métodos de selección es un producto de la simplificación. La aplicación de un modelo genético conceptualmente completo a características controladas por muchos pares de genes, implica considerar simultáneamente tantos parámetros correspondientes a efectos que complicarían el modelo en forma excesiva para hacerlo práctico. Los experimentos necesarios para generar este tipo de parámetros son frecuentemente imposibles o limitados a una escala que comprometería la utilidad de los estimadores. En un principio la simplicidad de los modelos de evaluación genética fue necesaria debido a limitaciones de capacidad de cómputo y la ausencia de una teoría matemática para realizar una estimación insesgada del valor genético en presencia de factores de confusión debidos al ambiente (años, épocas, rebaños) e información de parientes.
Los modelos de evaluación genética utilizan generalmente los efectos genéticos aditivos directos (del propio animal) y maternos (debidos a la variación del genotipo de la madre que afecta características que se miden temprano en la vida de los animales). Los efectos aditivos son aquellos que se deben al efecto independiente de cada alelo, mientras que la dominancia se debe a interacciones dentro cada locus y la epistasis a interacciones entre alelos localizados en diferentes loci. En términos generales la variación aditiva es la mas importante para la selección animal. Los efectos no aditivos son importantes en la manifestación de los efectos negativos de la consanguinidad y en los positivos de la heterosis. Los modelos utilizados actualmente para la evaluación dentro de una población contienen efectos genéticos aditivos y en ocasiones de dominancia. Esto no quiere decir que los efectos de interacción no sean importantes, solamente indica que en promedio son menos importantes bajo los modelos y suposiciones utilizados. El modelo puede ser una limitante, en el sentido de que sólo se puede encontrar lo que se busca.
En caracteres afectados por la variación genética maternal, como el peso al destete en rumiantes, generalmente los efectos maternos son incluidos en el modelo. En presencia de varias características, se usan enfoques multivariados que son extensiones de los modelos para una característica. Aquí un requisito crítico es la disponibilidad de estimadores adecuados de las correlaciones genéticas entre las características, que frecuentemente son difíciles de estimar con precisión.
Otra complicación importante son las interacciones genotipo x ambiente, cuando los efectos genéticos y ambientales actúan en forma conjunta para producir el fenotipo. Este tipo de interacción puede reducir la eficacia de la selección realizada en otras condiciones ambientales, debido a problemas de adaptación de los animales. Esto puede implicar la necesidad de desarrollar programas de selección específicos para cada ambiente particular de producción con el fin de mantener la eficacia del mejoramiento. Sus efectos han sido poco estudiados en características de reproducción y sobrevivencia. En general, se considera que este tipo de efectos son importantes cuando se comparan genotipos y ambientes extremos, como Bos indicus y Bos taurus en ambientes templado y tropical. En ocasiones, pueden influir en el diseño de programas de selección introduciendo errores adicionales, que hacen necesario replicar los ambientes de prueba de los genotipos y evaluar los animales en las condiciones reales de producción.
Nuevos avances en la tecnología reproductiva y molecular pueden permitir perfeccionar el análisis y utilización de las interacciones entre genes y entre los genes y el medio ambiente.

Homo economicus

A pesar de que la justificación central del mejoramiento genético animal es económica, hay muchos problemas a resolver antes de una adopción de criterios económicos completamente adecuados en el diseño de programas genéticos. En rigor, la situación ideal es una donde los objetivos para el mercado futuro se conocen con precisión. De este modo, se pueden evaluar sin error los valores económicos asociados con cada componente de la respuesta y se pueden seleccionar las características a incluir en el programa. Esto nunca es completamente cierto y es necesario recurrir a aproximaciones en presencia de incertidumbre Esto obliga a realizar análisis de sensibilidad y riesgo. Para ilustrar este tipo de problema, podemos tomar como ejemplo el énfasis que en Australia, EE.UU.. y otros países se le está dando en los programas genéticos al marmoleo de la carne de vacuno. Esto se basa en los altos precios que alcanza la carne con alto marmoleo (capas de grasa visible en el músculo) en cierta fracción del mercado de la carne en Japón. Resulta muy factible que este precio cambie con el tiempo, o que el mercado quede saturado antes de que se logre cambiar significativamente la población en este sentido. Incluso es posible que se desarrollen otros medios, diferentes de los genéticos para manipular este aspecto. Si los esfuerzos invertidos son desproporcionados con respecto del retorno esperado y el riesgo, la decisión de poner mucho énfasis en cambiar esta característica puede ser inadecuada. Esto estimula la necesidad de realizar estudios para determinar qué opciones pueden ser mas adecuadas para la industria.
Mientras que el usuario del material genético puede tener una idea más o menos clara de los objetivos de selección, es decir cuáles son las principales variables que requieren maximizar para incrementar el rendimiento económico (por ejemplo la producción de kg de cordero por oveja y por hectárea por año), para determinar cuáles son las características que se deben medir y cuáles son las ponderaciones económicas asociadas con ellas, es necesario diseñar un modelo bioeconómico del sistema de producción.
Recientemente, se han introducido aspectos sociales como criterios adicionales en la definición de objetivos de selección. En realidad estos criterios han existido siempre, pero en cierto modo no se habían realizado intentos para incorporarlos en forma sistemática en los objetivos de selección. Un ejemplo pueden ser criterios que incrementen la sustentabilidad de un sistema de producción. Se pueden desarrollar índices que combinen en una medida sintética el mérito total de los animales para un mercado en particular combinando aspectos económicos y sociales. Resulta frecuentemente preferible basar la selección en criterios económicos y utilizar aspectos complementarios como los biológicos para afinar y poner una dirección razonable al cambio genético de varias características simultáneamente.
Los objetivos biológicos pueden estar basados en la maximización de medidas físicas de la producción (por ejemplo kg de proteína por hectárea por año). Se ha argumentado que este tipo de medidas pueden ser más estables que las económicas, considerando la necesidad de incrementar la productividad a largo plazo en presencia de fluctuaciones de precios y otros componentes financieros. Una pregunta interesante es si es recomendable para cada unidad de producción seguir un programa genético que haga máximos los retornos, ponderando en forma específica las características, o bien toda la industria debe tender a utilizar un criterio uniforme de selección. Esta pregunta aún no tiene una respuesta clara. El segundo enfoque sin embargo, parece adecuado, suponiendo que los efectos del ambiente pueden ser en cierta medida optimizados y estandarizados. Esto no es siempre posible en sistemas de pastoreo o donde las fluctuaciones ambientales son parte del sistema.

Estructura de las poblaciones

En muchos casos observamos la presencia de estructuras piramidales de la población, en la que el mejoramiento fluye desde el ápice de la pirámide hacia la base. El ápice es el núcleo o grupo de animales élite. Frecuentemente este núcleo es el único grupo de la población que está en control de producción. Aquí podemos distinguir estructuras de núcleos abiertos y dispersos, como es el caso de las poblaciones de vacunos productores de leche, donde cualquier vaca registrada de alguna raza en control de producción, puede convertirse en madre de un semental de inseminación artificial y por lo tanto incorporarse a este núcleo, o núcleos cerrados como en pollos de engorde y gallinas productoras de huevo, donde los animales (genes) de los estratos inferiores nunca vuelven hacia arriba. En este tipo de estructuras puede haber estratos intermedios multiplicadores, que permiten incrementar el número de machos para ser usados como reproductores en la base. Se conoce que la base, después de un tiempo, llega a tener un mejoramiento por año similar al observado en el núcleo cuando en la base se usan machos del núcleo como reproductores. Sin embargo, existe un retraso asociado con el nivel genético, correspondiente a dos generaciones por estrato. La inseminación artificial y la transferencia de embriones fecundados desde el núcleo para ser usados en la base, son medios de reducir este retraso. Por lo anterior, la expresión económica del mejoramiento y la consanguinidad en la población base, deben ser evaluadas a nivel de la población comercial, dado que tanto la superioridad genética como la consanguinidad, se van a extender en forma diferente, dependiendo de si existen estratos multiplicadores, de si se usa IA o si el estrato comercial está basado en animales cruzados o de una sola población (ver sección siguiente). Cuando los animales de la población comercial son cruzas de poblaciones no emparentadas, la importancia práctica de la consanguinidad se reduce considerablemente. El peligro de los métodos basados en núcleos cerrados consiste en la posibilidad de que interacciones genotipo x ambiente reduzcan la respuesta genética en la población comercial cuando el núcleo es mantenido en condiciones de ambiente (alimentación, manejo, clima) diferentes a la base. Esto puede ocurrir cuando un país depende de la importación de material genético evaluado en condiciones ambientales diferentes.

Razas, cruzas y VGEs de animales cruzados

Los modelos de evaluación genética se aplican generalmente a reproductores dentro de una población, por ejemplo una línea o raza de animales. Tradicionalmente, la selección y el cruzamiento han sido consideradas como estrategias separadas para el mejoramiento genético. El uso de cruzamientos es muy común en especies productoras de carne, donde es deseable que las líneas femeninas sean fértiles y relativamente ligeras para reducir los costos de mantenimiento, mientras que los animales de engorda se espera que sean de rápido crecimiento, lo que muchas veces está asociado con una menor fertilidad y mayor peso adulto, dando mayores costos de mantenimiento en raza pura.
Una manera de combinar estas ventajas es mediante el cruzamiento de una línea (raza) ligera de hembras, con una línea (raza) de machos de rápido crecimiento, de este modo se puede optimizar el sistema, balanceando el mérito genético del crecimiento, con el de las necesidades de mantenimiento de las hembras. Cuando las hembras son cruzadas, se puede obtener mayor fertilidad y ventajas al usarlas como madres. Otro aspecto muy importante del cruzamiento, reside en el fenómeno llamado heterosis o vigor híbrido. Este fenómeno permite explotar el hecho de que diferentes alelos han sido fijados en diversos loci en razas distintas. Al cruzar dos razas, podemos esperar un incremento en la heterocigosis, es decir en la proporción de loci heterocigóticos comparados con los valores dentro de cada raza. Generalmente, este incremento en la heterocigosis se asocia a un mayor rendimiento productivo, una mayor fertilidad y una mayor tasa de supervivencia. Este vigor híbrido o heterosis se explica con teorías que postulan tanto efectos genéticos de dominancia como epistasis. A nivel teórico se supone que un animal que contiene dos tipos alternativos de genes es superior en su capacidad de adaptación al medio ambiente. La depresión observada por consanguinidad es la otra cara de la heterosis, dado que el incremento en el coeficiente de consanguinidad está asociado a una pérdida de heterocigosis.
En especies de gran fecundidad, como las aves y los cerdos, el uso de las ventajas de los cruzamientos se basan en la cría de animales cruzados para las granjas comerciales a partir de cruzas entre animales de raza pura, o bien en sistemas de cruzamientos que al reemplazar las razas de los machos utilizados en forma rotacional, permiten mantener altos los niveles de heterosis. En bovinos y rumiantes en general, esta estrategia no es fácil de usar por su baja fecundidad, que restringe el número de animales cruzados comparados con el total de raza pura. Por esto, muchas nuevas razas o poblaciones sintéticas, producto de diversos cruzamientos entre varias razas y posterior reproducción entre sí, se han venido desarrollado. La idea aquí es poder aprovechar la heterosis y realizar la selección en una sola población. Asimismo, en muchos casos se trata además de combinar características deseables que se encuentran en poblaciones diferentes como la adaptación a medios ambientes difíciles y la capacidad de producir con mayor eficiencia. Un ejemplo de este tipo de animal es la popular raza Santa Gertrudis de bovinos productores de carne, que fue desarrollada a partir de cruzamientos entre las razas Shorthorn (Bos taurus) y Brahman (Bos indicus). En ese caso se trató de combinar las mejor calidad de la carne, fertilidad del Shorthorn, con la mayor tolerancia al calor y las garrapatas del Brahman. En el caso de las poblaciones sintéticas, una proporción de la heterosis es retenida comparada con el nivel exhibido por las cruzas entre dos razas puras. Dos principales problemas que han limitado la difusión de razas sintéticas, son su menor aceptación por parte de los granjeros y por el otro, en muchos casos lo pequeño de las poblaciones, que ha llevado a incrementos notables en la consanguinidad, con lo que se pueden perder las ventajas de la heterosis y ofrece pocas oportunidades para lograr mejoras importantes por selección.

La raza sintética Australian Friesian Sahiwal. Esta raza está siendo desarrollada en Australia por el Gobierno de Queensland para ser usada en áreas tropicales. La raza fue creada a partir de Sahiwal, una variedad lechera de Cebú de Pakistán y la Holstein-Friesian Australiana. Desde la decada de 1960, cuando comenzó la investigación sobre esta raza, se han logrado notables progresos hacia el objetivo de combinar reistencia a las garrapatas y tolerancia al calor con consistentes niveles de producción de leche y fertilidad. Actualmente ha sido extensamente probada en áreas tropicales y sub-tropicales de Australia. Bajo esas condiciones, produce aproximadamente 15% mas leche que la Holstein-Friesian. (Meat and Livestock Australia Locked Bag 991, North Sydney 2059, Australia).

Una idea más nueva y posiblemente más práctica para explotar al mismo tiempo las diferencias entre y dentro de razas, consiste en el cálculo de VGEs de animales cruzados. Esto se puede lograr corrigiendo para diferencias entre las medias, de cada raza y para la heterosis. De este modo se pueden obtener comparaciones entre y dentro de razas, que permiten seleccionar animales dentro y a través de poblaciones. Dado que algunos efectos son estimables a partir de las bases de datos existentes, es posible aprovechar estas ideas para hacer evaluaciones simultáneas de los valores genéticos dentro de raza, los efectos de raza y de heterosis, con la idea de optimizar el sistema. En muchos casos sin embargo, es necesario diseñar cruzas específicas para obtener la información requerida.

Optimicemos

Durante un tiempo, el affaire entre los modelos lineales, que daban predicciones insesgadas de los valores genéticos y la estimación de los parámetros requeridos para su uso en poblaciones de una raza, consumió una gran parte de los esfuerzos de los genetistas de animales. La solución de algunos importantes problemas quedó pendiente hasta hace muy poco tiempo. En efecto, la optimización de los programas genéticos que involucra aspectos tales como la maximización de la respuesta mientras se mantienen restringidos los costos del programa asociados al uso de cada reproductor, al uso de tecnologías reproductivas y el incremento en la consanguinidad, han recibido menos atención.
No es obvio por ejemplo cuáles y cuántos animales utilizar en un programa genético, ni cuanta progenie obtener de cada uno, o si es económicamente viable obtener embriones de una vaca en particular con OMTE. Contestar este tipo de preguntas con precisión no ha sido posible sino hasta ahora, con el desarrollo de metodologías de maximización muy flexibles basadas en algoritmos genéticos. Recientemente, se han desarrollado y comenzado a aplicar en la industria estrategias llamadas tácticas, que permiten optimizar problemas complejos usando como entradas índices económicos obtenidos con los VGEs, el pedigrí y los costos de reproducción, en cada momento de decisión; por ejemplo cada año antes de realizar los apareamientos. En este tipo de estrategias, que maximizan una función que involucra la respuesta genética y otros componentes, pueden ser instrumentados mediante la selección y asignación de apareamientos.
Algunos trabajos pioneros están siendo desarrollados en este campo, considerando estructuras de apareamiento óptimas para el conjunto de machos y hembras de la población. Las soluciones son obtenidas con el uso de algoritmos genéticos, que permiten la maximización de la respuesta para niveles predefinidos de consanguinidad. Cuando se trata de poblaciones cruzadas, se pueden diseñar estrategias específicas de maximización de los efectos de heterosis.
Uso de tecnología reproductiva y molecular
Mientras las técnicas moleculares ofrecen una serie importante de posibilidades para la mejora genética animal, la materialización de estas expectativas requiere de la solución de un número importante de problemas técnicos para aprovechar toda la información disponible de un modo eficiente, reducir los costos de generar información genómica y obtener estimaciones confiables de los efectos de genes mayores con efectos en características productivas (QTLs) y de la aplicación de la selección asistida por marcadores (SAM) y la información genómica en general para la mejora animal.
Un uso racional de las metodologías moleculares requiere el uso óptimo de los métodos tradicionales de selección. El máximo provecho puede ser obtenido cuando estas técnicas son utilizadas en forma integrada con tecnologías reproductivas como la inseminación artificial, la colección y producción in vitro de embriones para acelerar el cambio genético.
Las características en las cuales la aplicación de la SAM puede ser más efectiva son aquellas que se miden tardíamente en la vida del animal, o que son controladas por pocos pares de alelos. El primer ejemplo corresponde a la longevidad y las características de composición corporal en animales productores de carne, el segundo, a la resistencia a ciertas enfermedades o defectos de herencia simple.

La selección puede incorporar el llamado análisis de segregación para detectar y usar posibles genes de efectos mayores en la selección. La principal ventaja de los métodos moleculares sobre el análisis de segregación, es la posibilidad de evaluar el efecto simultáneo de varios QTLs sobre las características de importancia económica, y en el futuro incrementar su precisión y la complejidad de los modelos de acción génica involucrados, por ejemplo QTLs con alelos múltiples. Las tendencia actual indica que los dos métodos se integrarán en el futuro en los programas de mejora genética animal con métodos basados en modelos que contienen el efecto de los genes mayores y herencia poligénica (modelos de herencia mixta).


Es preciso puntualizar que probablemente pasarán muchos años antes de que las tecnologías reproductivas y moleculares revolucionen el mejoramiento animal al grado de hacer innecesario el control de producción, si bien esto resulta conceptualmente posible con la reproducción de células en cultivo usando selección puramente molecular de las variantes deseables, seguidas de clonación y multiplicación de la variante genética deseada. El conocimiento que permita este desarrollo (si este es posible) se tendrá que generar combinando información molecular con información fenotípica. Por el otro lado, es poco probable que el control de producción se abandone completamente, dado que se tiene que seguir manteniendo como un medio de control de que las expectativas y predicciones se están cumpliendo en la práctica.
Las técnicas moleculares y otras técnicas analíticas pueden posibilitar la medición de nuevas características en los programas genéticos que estén relacionadas en forma más estrecha con los objetivos del programa de mejoramiento.

Conclusiones

La evaluación de animales en base de datos de mediciones (fenotipo) y pedigrí para calcular los valores genéticos estimados (VGEs), seguirán en el futuro siendo la base del mejoramiento animal. Se esperan mejoras en los métodos para ponderar económicamente diferentes características para la selección, para maximizar la respuesta a los programas genéticos, controlando costos y consanguinidad con nuevas herramientas de análisis y optimización de problemas complejos y no-lineales como los algoritmos genéticos y la inteligencia artificial. Se espera la incorporación de nuevas características que se relacionen en forma mas directa con los objetivos de selección.
Otros avances son la generalización de métodos para evaluar genéticamente poblaciones compuestas por diversas razas y cruzas y el desarrollo de métodos para incorporar la información genómica (marcadores moleculares de ADN) y usar nuevas técnicas reproductivas basadas en la manipulación de la fisiología reproductiva de los animales, gametos y embriones en el diseño de programas más eficientes de mejora animal.
Posiblemente los desarrollos de la biología molecular puedan ayudar a un mejor entendimiento de fenómenos aún no bien comprendidos como la epistasis (interacciones entre alelos en distintos loci) y las interacciones genotipo x ambiente, al posibilitar el análisis del efecto de genes específicos en caracteres de herencia compleja como los involucrados en el mejoramiento animal.


Referencias
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Obj.3-a: La Genética de Poblaciones


LA GENÉTICA DE POBLACIONES

Antonio Barbadilla
Departamento de Genética y Microbiología.
Universidad Autónoma de Barcelona
08193 Bellaterra (Barcelona)
email: antonio.barbadilla@uab.es


La problemática de la genética de poblaciones es la descripción y explicación de la variación genética dentro y entre poblaciones

La evolución es un hecho histórico completamente establecido, pero ¿qué factores son responsables del cambio evolutivo? La evolución es ante todo un proceso genético, y la genética de poblaciones es la disciplina biológica que suministra los principios teóricos de la evolución. En esta ciencia se parte del supuesto de que los cambios evolutivos a pequeña escala, los que se dan en el seno de las poblaciones de las especies, contienen todos los elementos necesarios para explicar toda la evolución, pues la macroevolución, o evolución a gran escala, no sería más que la extrapolación en el espacio y en el tiempo de los procesos básicos de las poblaciones. Casi todas las especies están formadas por una o más poblaciones de individuos que se cruzan entre sí, formando una comunidad de intercambio genético denominada población mendeliana. Esta población es el sustrato básico donde se forja la evolución. En el seno de la población se da el hecho inevitable de que algunos individuos dejan más descendientes que otros. Como que el único componente que se transmite de generación en generación es el material genético (los genes), el que un individuo deje más descendientes implica que sus genes estarán más representados en la siguiente generación. De este modo, las frecuencias de los distintos genes cambiarán de una generación a otra, y este cambio será irreversible cuando se considera el conjunto de los genes de la población, pues es muy improbable que se vuelva a una configuración previa en todos los genes. Por tanto, desde el punto de vista de la población, la evolución es en último término un cambio acumulativo e irreversible de las proporciones de las diferentes variantes de los genes, o alelos, en las poblaciones. ¿Qué procesos hacen que unos alelos cambien en frecuencia de generación en generación? Los agentes que cambian las frecuencias génicas de las poblaciones, o sea los factores de evolución, son la mutación, la deriva genética, la migración y la selección natural.

Las poblaciones, no los individuos, son las unidades de evolución.


Los factores de evolución

La mutación

La variación es la materia prima de la evolución. Sin variación genética no es posible la evolución. La fuente última de toda variación genética es la mutación. Una mutación es un cambio estable y heredable en el material genético. Las mutaciones alteran la secuencia del ADN y por tanto introducen nuevas variantes. Muchas de estas variantes suelen ser eliminadas, pero ocasionalmente algunas de estas variantes pueden tener éxito y incorporarse en todos los individuos de la especie. La mutación es un factor que aumenta la diversidad genética. La tasa de mutación de un gen o una secuencia de ADN es la frecuencia en la que se producen nuevas mutaciones en ese gen o la secuencia en cada generación. Una alta tasa de mutación implica un mayor potencial de adaptación en el caso de un cambio ambiental, pues permite explorar más variantes genéticas, aumentando la probabilidad de obtener la variante adecuada necesaria para adaptarse al reto ambiental. A su vez, una alta tasa de mutación aumenta el número de mutaciones perjudiciales o deletéreas de los individuos, haciéndolos menos adaptados, y aumentando la probabilidad de extinción de la especie. Las mutaciones no tienen ninguna dirección respecto a la adaptación, son como un cambio al azar de una letra por otra en un texto. Este cambio suele producir una falta de significado, y por eso la mayoría de las mutaciones son deletéreas. Pero a veces ciertos cambios pueden introducir nuevos significados, permitiendo nuevas funciones. Cada especie tiene un tasa de mutación propia que ha sido modulada por la selección natural para que la especie pueda enfrentarse de un modo más o menos óptimo a los compromisos contrapuestos de estabilidad-cambio que le impone su ambiente.

La deriva genética

En cada generación se produce un sorteo de genes durante la transmisión de gametos de los padres a los hijos que se conoce como deriva genética. La mayoría de los organismos son diploides, es decir, tienen dos ejemplares de cada gen. Los gametos de estos organismos portan solo uno de las dos ejemplares (alelos) de cada gen. El que un gameto lleve un alelo u otro es una cuestión de azar, análoga a obtener una cara al tirar una moneda, por lo que la formación de gametos y su consiguiente unión para formar los huevos de la siguiente generación solo puede describirse como un proceso probabilístico. Por ejemplo, en una población de una especie diploide de 50 individuos, para un gen con dos alelos, A y a, que estén en la misma frecuencia habrá 50 copias del alelo A y 50 del alelo a. Cuando estos individuos formen la siguiente generación, es tan improbable que la nueva generación tenga los mismos 50 alelos A y 50 a, como tirar una moneda 100 veces y obtener exactamente 50 caras y 50 cruces. Según este razonamiento, cada generación esperamos una fluctuación al azar de las frecuencias alélicas en las poblaciones. Si en algún momento durante esta conducta fluctuante un tipo de los alelos no llega a transmitirse a la siguiente generación, entonces este alelo se habrá perdido para siempre. El resultado de la deriva suele ser la pérdida de variabilidad genética, siendo un proceso que contrarresta la entrada de variabilidad genética por mutaciones.

La migración

El intercambio de genes entre poblaciones debido a la migración de los individuos entre poblaciones es otro factor importante de cambio genético en las poblaciones. Si dos poblaciones difieren en las frecuencias de los alelos de algunos de sus genes, entonces el intercambio de individuos entre las poblaciones producirá un cambio de las frecuencias de los genes en cada una de las poblaciones. Las migraciones humanas durante la expansión neolítica determinaron significativamente el tipo y la cantidad de variación genética de nuestra especie.


La selección natural






Darwin será siempre admirado por hacer inteligible la vida, por reducir a un sólo concepto la diversidad inmensa y fantástica que vemos en la naturaleza: La selección natural. Como ya se ha comentado, la selección natural es tan sólo uno de los factores de evolución. Sin embargo, la selección natural es el único proceso conocido que permite explicar la complejidad inherente a la vida, las adaptaciones de los organismos, y por eso ocupa una posición central en la biología evolutiva. La selección natural es incluso un principio más fundamental que la misma vida, pues como R. Dawkins ha señalado, "la 'supervivencia de los más aptos' de Darwin es un caso especial de una ley general de la supervivencia de lo estable". La idea de la selección natural es engañosamente sencilla, pues son muchos los que pensando que la entienden, la han malinterpretado o no la han captado en toda su profundidad. Darwin comentaba de su amigo, T.H. Huxley, entusiasta seguidor y divulgador de la idea evolutiva, que Huxley no tenía una idea exacta de la selección natural. Aún en la actualidad podemos decir que la selección sigue siendo malentendida por un gran número de biólogos.

Definición de selección natural

En esencia, la selección natural es reproducción diferencial de unas variantes genéticas respecto de otras. Podemos definirla más rigurosamente como el proceso que resulta del cumplimiento de las tres condiciones siguientes: (1) variación fenotípica entre los individuos de una población, (2) supervivencia o reproducción diferencial asociada a la variación, y (3) herencia de la variación. Si en una población de organismos se dan estas tres condiciones, entonces se sigue necesariamente un cambio en la composición genética de la población por selección natural.

La selección en acción

Para clarificar nuestra definición de selección natural, supongamos que hay una población de polillas cuyos miembros pueden ser de color oscuro o claro. Tenemos por tanto variación fenotípica, nuestra primera condición. Al seguir a ambos tipos de polilla a lo largo de su vida, vemos que en promedio las formas oscuras dejan más descendientes que las claras. Este es el segundo principio, las formas oscuras tienen una mayor éxito reproductor que las claras. Pero esta ventaja de la forma oscura no tendría ninguna trascendencia si la variante oscura no fuese hereditaria. Por lo que es necesario añadir el principio de la herencia. Si el color oscuro esta determinado por un tipo (o alelo) de un gen, mientras que el color claro lo está por otro alelo del mismo gen, el que las formas oscuras dejen más descendientes significa que el alelo oscuro aumentará su representación en la población de la siguiente generación, y por tanto la selección natural aumentará la proporción de formas oscuras. Así es como funciona la selección natural.

Ejemplo clásico de selección adaptativa en la geómetra del abedul Biston betularia. La forma que pasa más desapercibida a los depredadores es seleccionada. La selección natural explica elegantemente el camuflaje en el medio ambiente.

La selección natural explica las adaptaciones

Sin duda, el aspecto que más nos fascina cuando estudiamos cualquier especie son sus adaptaciones. La habilidad que muestran las arañas cuando tejen su tela, la conducta rígidamente jerarquizada de un sociedad de hormigas, el camuflaje en forma y color de muchas especies con su medio, la delicada complejidad de un ojo,... Órganos, estructuras, conductas, suelen estar diseñados para la supervivencia y la reproducción. La selección natural produce las adaptaciones. ¿Cómo?
El ejemplo de las polillas que hemos utilizado se corresponde a un caso clásico de selección adaptativa: el del melanismo industrial de la geómetra del abedul Biston betularia. En fecha tan temprana como 1848, durante la revolución industrial en Inglaterra, los naturalistas notaron que en áreas industriales, contrariamente a lo que pasaba en zonas no contaminadas, las formas oscuras predominaban sobre las claras. ¿Por qué las variantes oscuras dejan más descendientes que las claras? El hollín de las fábricas mata los líquenes grisáceos-claros que habitan sobre la corteza de los árboles, donde estas polillas pasan gran parte de su tiempo, y la ennegrece. A partir de esta evidencia, H. B. D. Kettlewell llevó a cabo una serie de experimentos que demostraron que las formas oscuras se camuflan mejor de las aves depredadoras que la claras en la corteza de los árboles, siendo favorecidas por la selección. Así, el color oscuro es una adaptación porque sus portadores sobreviven más que los de color claro. Las adaptaciones son, por tanto, aquellas características que aumenta su frecuencia en la población por su efecto directo sobre la supervivencia o el número de descendientes de los individuos que la llevan. Las formas claras, por el contrario, eran miméticas en las zonas no contaminadas, siendo aquí seleccionadas a favor. Este caso ilustra que la adaptación no es una propiedad invariante, absoluta, sino contingente, dependientes de cada contexto ecológico. No existe a priori un fenotipo, una forma clara o oscura, mejor. Tenemos que acudir al contexto ecológico de cada especie para conocer la causa de una adaptación.

La mutación no puede explicar las adaptaciones

El ejemplo previo muestra también porqué la selección natural es la única explicación satisfactoria de las adaptaciones. La mutación no puede generar nuevas adaptaciones porque no tiene dirección, es decir, los cambios que produce una mutación en el organismo no tienen ninguna relación directa con el éxito o la eficacia de los organismos que la sufren. La variación por mutación es azarosa. La selección es el proceso ordenador mediante el que se escogerán, de entre todas las variantes existentes en un momento dado, aquellas que sean útiles -en términos de reproducción y supervivencia- para el organismo.

La selección natural es acumulativa

Mucha gente no tiene problemas en aceptar que la selección natural produzca pequeños ajustes adaptativos como el mimetismo del melanismo industrial, pero les cuesta creer que la selección natural pueda crear órganos tan complejos como un ojo. Este es el argumento de la incredulidad personal. Por ejemplo, F. Hoyle, un famoso astrónomo británico, dice que es tan improbable que una proteína de hemoglobina, con sus 141 aminoácidos, sea formada de una sola vez por selección como el que un huracán que arrasara un desguace de chatarra ensamblara un avión Boeing 747. En este razonamiento subyace la idea equivocada de que la selección natural produce las adaptaciones en un solo paso.

El astrónomo F. Hoyle afirma que es tan improbable que la selección natural cree una molécula de hemoglobina como que un huracán que pase por una chatarrería cree un Boeing 747

La selección natural es un proceso acumulativo que permite incorporar pequeñas mejoras generación tras generación hasta obtener estructuras muy complejas. Considérese la siguiente frase de la obra Hamlet de Shakespeare: "Creo que es como una comadreja". La probabilidad de obtener en un solo paso esta frase tecleando al azar una máquina es una 1 en 1040 (un 1 y 40 ceros) intentos. Pero si se simula el proceso como lo hace la selección natural, es decir, seleccionando en cada intento la frase que más se aproxima a la frase deseada, y generando nuevos cambios al azar en la frase seleccionada, la frase buscada se obtiene en sólo 30 pasos. Aplicando esta misma lógica, los biólogos suecos D. E. Nilsson y S. Pelger han estimado que el tiempo necesario para la evolución de un ojo como el de los vertebrados es un breve instante comparado con la magnitud del tiempo geológico. La selección natural es verdaderamente la fuerza creativa de la evolución.


Teorías evolutivas actuales

La principal oposición a la teoría de la Evolución ha surgido casi siempre desde posiciones religiosas que interpretan la creación de la vida en la forma literal que se describe en el libro del Génesis de la Biblia. Tras la obra de Darwin, sin embargo, pocos naturalistas, biólogos y pensadores niegan el hecho de la evolución, y toda discusión se centra en los mecanismos de evolución. Darwin creía que la selección era un mecanismo necesario y suficiente para cualquier adaptación, pero tras su muerte hubo un eclipse de la teoría de la selección que duró más de 40 años. Muchos autores rechazaban la falta de dirección que postulaba el darwinismo, y propusieron alternativas finalistas. El paleontólogo y jesuita Teilhard de Chardin (1881-1955) creía, por ejemplo, que la evolución tenía una clara direccionalidad en sentido ascendente, y que el destino último de la evolución era el encuentro del espíritu humano con la divinidad, el punto Omega. No hay ninguna evidencia que apoye esta visión mística. Actualmente existe un consenso generalizado de que la teoría sintética o neodarwinista, que integra el proceso de selección natural de Darwin con la genética mendeliana, contiene los elementos básicos de la teoría explicativa de la evolución.

La teoría sintética o neodarwinista de la evolución

En los años 20 de este siglo la genética de poblaciones se establece como el núcleo teórico, el componente explicativo de la evolución. La integración de la genética de poblaciones con otros programas de investigación evolutiva, tales como la biología de poblaciones experimental, la clasificación, la paleontología, la zoología y la botánica, produjeron durante el periodo de 1937-1950 la teoría sintética o neodarwinista de la evolución. En ella se produce la mayor integración de disciplinas, nunca antes alcanzada, de una teoría evolutiva. Desde la teoría neodarwinista, la evolución es un proceso en dos etapas, (1) surgimiento al azar de la variación, y (2) selección direccional de las variantes producidas en la primera etapa. El juego entre el azar de la mutaciones y la necesidad de la selección son el motor de la evolución. La revolución de la biología molecular de los últimos 30 años no ha hecho más que confirmar la importancia general de ambos ingredientes.
Las críticas al neodarwinismo se han centrado en su pretensión de generalizar sus procesos microevolutivos a toda la macroevolución. Así por ejemplo, el neodarwinismo no considera el papel de las extinciones masivas en sus explicaciones. La teoría neodarwinista debe ampliarse para dar cabida a estos nuevos procesos.

Sociobiología

El comportamiento animal, al igual que cualquier otro carácter fenotípico, es una consecuencia de la selección natural. La sociobiología es una línea de investigación reciente basada en el neodarwinismo que pretende explicar la base evolutiva del comportamiento social de los animales. Este campo ha sido el foco de serias controversias por la extrapolación de algunas de sus consecuencias teóricas a la especie humana. Veamos como se aplica la lógica sociobiológica al caso de la evitación del incesto entre hermano-hermana en humanos. Este comportamiento se basa en un alto grado de inhibición sexual desarrollado durante la estrecha asociación doméstica en los primeros seis años de vida. Puesto que es una regla que se da a través de las más diversas culturas y es suficientemente fuerte como para superar las variaciones sociales y culturales, es razonable suponer que la norma tiene una base genética. El incesto da lugar a altas tasas de homocigosis genética, lo que significa más enfermedad hereditaria y muerte temprana de la descendencia. Una regla conductual de este tipo, que conduce a más altas tasas de supervivencia, sería favorecida por la selección natural.

Teoría neutralista de la evolución molecular

No todos los cambios evolutivos son debidos a la selección. La deriva genética puede producir cambios en las frecuencias de genes en la población, así como la mutación y la migración. La importancia relativa de los diferentes factores evolutivos depende mucho del carácter que se considere. Así, mientras que la selección debe ser fundamental para crear y mantener un ojo funcional, no tiene porqué estar implicada en el mantenimiento de variantes de ADN en regiones que no contienen información genética. El japonés Motoo Kimura ha creado la teoría neutralista de la evolución molecular para explicar los patrones de variación genética que hay dentro y entre especies. Según ésta teoría, la selección natural no es el factor más importante para explicar la evolución en el nivel del ADN, sino la tasa de mutación y la deriva genética. Las mutaciones que sufren los individuos en una población suelen ser, según la hipótesis neutralista, neutra o deletérea. Si son deletéreas, son eliminadas rápidamente de la población porque sus poseedores tienen menos descendientes y por tanto no llegan a prosperar. Si las mutaciones son neutras, es decir, si los individuos que las tienen funcionan tan bien como los que no la tienen, entonces su éxito en la población depende del azar, de la deriva genética. Según Kimura, la variación genética de las poblaciones es un estado transitorio en el proceso de fluctuación de alelos neutros.

Según la teoría neutralista de la evolución molecular, la variación genética de las poblaciones es un estado transitorio de la fluctuación al azar de los alelos neutros
Muchos de los datos moleculares están de acuerdo con las predicciones de la teoría neutralista. La aceptación de esta teoría implica que la evolución a nivel molecular tiene unas causas cualitativamente distintas que la evolución a nivel morfológico. Mientras que la primera estaría principalmente determinada por la mutación y deriva, la última lo estaría por la selección natural.

El reloj molecular

Una consecuencia de la teoría neutralista de la evolución es la existencia de un reloj molecular aleatorio. Según el neutralismo, el ritmo en el que se sustituyen las variantes genéticas en las poblaciones es proporcional a la tasa de mutación neutra. Así, cuando dos poblaciones o especies se separan, el número de diferencias genéticas que le separan será proporcional al tiempo que hace que han divergido las dos especies. De este modo, el número de diferencias que existe entre un conjunto de secuencias correspondientes a distintas especies puede usarse como un reloj molecular que permite ordenar los tiempos relativos de divergencia entre esas especies. La idea sería equivalente a utilizar el número de kilómetros de las calles de varias ciudades para predecir el orden relativo de los tamaños de las ciudades. El reloj molecular es una herramienta muy útil para establecer los tiempos relativos de ramificación de árboles evolutivos.


Antonio Barbadilla
Bellaterra, Universitat Autònoma de Barcelona
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