Índice de la serie
Episodio 1: ¿Qué es un plásmido?
Episodio 2: El origen de replicación y el promotor (Próximamente)
Episodio 3: Bacterias, E. coli y cómo entra el plásmido a la célula (Próximamente)
Episodio 4: Selección — resistencia a antibióticos y PCR de colonia (Próximamente)
Episodio 5: Controlando la expresión génica (Próximamente)
Episodio 6: Técnicas de clonación (Próximamente)
Episodio 7: Vectores eucarióticos y vectores virales (Próximamente)
Episodio 8: Proteínas fluorescentes y protein tags (Próximamente)
Episodio 9: Ingeniería genómica — CRISPR, Cre-Lox y knockouts (Próximamente)
Episodio 10: Verificando y optimizando tu plásmido (Próximamente)
Plásmidos 101: ¿Qué es un plásmido?
Si alguna vez escuchaste hablar de edición genética, insulina producida en laboratorio, o vacunas de nueva generación, entonces —sin saberlo— ya tuviste un primer encuentro con los plásmidos. Son pequeñas moléculas de DNA que las bacterias llevan consigo desde hace millones de años, y que los científicos aprendieron a usar como herramientas para manipular genes de formas que hace apenas unas décadas parecían ciencia ficción.
En este primer episodio de la serie Plásmidos 101, vamos a ver qué es exactamente un plásmido, cómo luce, qué hace en la naturaleza, y por qué los laboratorios de biología molecular del mundo entero no podrían funcionar sin ellos.
Un poco de historia: cómo llegamos a llamarlos plásmidos
En los años 40 y 50, los científicos sabían que existían factores genéticos que podían transferirse entre células, pero no tenían un nombre claro para ellos. Los llamaban bioblastos, plasmagenes, episomas. Era un caos conceptual.
En 1952, Joshua Lederberg propuso el término plásmido, combinación de citoplasma e id (del latín, ‘ello’), para referirse a cualquier elemento hereditario extracromosómico. La propuesta fue básicamente ignorada. En cambio se adoptó el término episoma, propuesto por Élie Jacob y François Wollman, para describir elementos que podían existir de forma autónoma o integrados en el cromosoma.
El cambio llegó en los años 60, cuando se comenzaron a estudiar los R-factors, partículas que transferían resistencia a antibióticos entre bacterias pero que, a diferencia de los F-factors, no se integraban al cromosoma. El término episoma ya no encajaba, y poco a poco fue reemplazado por plásmido.
El experimento de la servilleta
En 1972, en un restaurante hawaiano, Stanley Cohen, Herbert Boyer y colegas diseñaron sobre una servilleta de papel lo que sería el primer experimento de clonación plasmídica. Usando la enzima EcoRI, combinaron dos plásmidos con distintas resistencias a antibióticos y seleccionaron bacterias que contenían ambos. Cuando funcionó, pSC101 se convirtió en el primer vector de clonación, y la biología molecular no volvió a ser la misma.
¿Qué es exactamente un plásmido?
Un plásmido es una pequeña molécula de DNA circular que existe dentro de las células bacterianas —y en algunos otros organismos— completamente independiente del DNA principal de la célula, lo que los biólogos llaman el cromosoma. Mientras que el cromosoma contiene toda la información esencial para que la célula viva, el plásmido carga genes adicionales que pueden ser útiles en ciertas circunstancias, pero que no son estrictamente necesarios para sobrevivir.
Una característica fundamental de los plásmidos es que se replican de manera autónoma. Esto significa que cuando una bacteria se divide y produce dos células hijas, el plásmido se copia a sí mismo y se distribuye entre ambas, sin depender del proceso de replicación del cromosoma principal. Es como si dentro de una empresa hubiera un documento operativo que se autoimprime y se reparte solo cada vez que se abre una nueva sucursal.
Los plásmidos se encuentran principalmente en bacterias, pero también existen de forma natural en arqueas y en algunos eucariotas como levaduras y plantas.
¿Para qué sirven los plásmidos en la naturaleza?
En su contexto natural, los plásmidos no son accesorios decorativos. Aportan ventajas concretas a las bacterias que los hospedan. La más conocida de estas ventajas es la resistencia a los antibióticos: muchos plásmidos cargan genes que le permiten a la bacteria desactivar o expulsar ciertos antibióticos antes de que puedan hacerle daño. Esta es precisamente una de las razones por las que la resistencia bacteriana a los antibióticos se dispersa tan rápido en el mundo: las bacterias pueden transferirse plásmidos entre sí, incluso entre especies distintas, mediante un proceso llamado conjugación.
Otros plásmidos naturales dan a la bacteria la capacidad de degradar compuestos químicos que de otra forma serían tóxicos —lo cual es valioso en ambientes contaminados—, o bien cargan genes de virulencia que ayudan a la bacteria a infectar y colonizar a un huésped animal o vegetal.
En todos los plásmidos naturales, sin excepción, existe una secuencia de DNA indispensable llamada origen de replicación. Es el punto desde donde comienza la copia del plásmido cada vez que la bacteria se divide. Sin este elemento, el plásmido no podría perpetuarse de generación en generación y simplemente desaparecería.
Las partes básicas de un plásmido
Ya sea que hablemos de un plásmido natural o uno diseñado en laboratorio, todos comparten ciertos elementos estructurales. Un plásmido de laboratorio típico tiene los siguientes componentes:
Origen de replicación (ORI). Es la secuencia de DNA que le dice a la maquinaria celular dónde debe comenzar a copiar el plásmido. También controla cuántas copias del plásmido existen dentro de la célula.
Gen de resistencia a antibióticos. En el laboratorio, este gen cumple una función de selección: permite a los investigadores cultivar solo las bacterias que contienen el plásmido de interés, eliminando las que no lo incorporaron, al crecer en medios con el antibiótico correspondiente.
Sitio de clonación múltiple (MCS). Es una región con varios sitios de corte para enzimas de restricción, que funcionan como tijeras moleculares. Aquí es donde se inserta el gen de interés que el investigador quiere estudiar o expresar.
Región promotora. Es la secuencia que controla cuándo y en qué cantidad se transcribe el gen insertado. En plásmidos de expresión, el promotor determina si la proteína codificada se producirá en bacterias, en células humanas, o en ambas.
Mapa circular de un plásmido con sus elementos: ORI, gen de resistencia, MCS, promotor.
¿Cómo se usan los plásmidos en el laboratorio?
Los plásmidos que los científicos diseñan y usan en el laboratorio se llaman vectores o constructos. Son artificiales en el sentido de que están diseñados para introducir un gen específico dentro de una célula y lograr que ese gen se exprese, es decir, que la célula lo lea y produzca la proteína correspondiente.
El proceso general consiste en tomar el gen de interés, insertarlo en el sitio de clonación múltiple del vector usando las enzimas adecuadas, y luego introducir ese vector dentro de bacterias mediante un proceso llamado transformación. Las bacterias que incorporaron el plásmido crecen y se multiplican rápidamente, produciendo millones de copias del gen —y de la proteína que codifica— en cuestión de horas.
Esto tiene aplicaciones directas en medicina. La insulina que usan millones de personas con diabetes en el mundo, por ejemplo, se produce en bacterias que llevan el gen humano de la insulina insertado en un plásmido. Lo mismo aplica a muchas otras proteínas terapéuticas, anticuerpos monoclonales, y componentes de vacunas.
Tipos de plásmidos que se usan en investigación
No todos los plásmidos de laboratorio son iguales. Dependiendo del objetivo del experimento, los investigadores eligen el tipo de vector adecuado. Los más comunes son los plásmidos de clonación, que sirven simplemente para amplificar y conservar un fragmento de DNA; los plásmidos de expresión, que están diseñados para que el gen insertado se transcriba y produzca proteína; los plásmidos reporteros, que permiten monitorear si un gen específico se está activando o no dentro de una célula; y los plásmidos virales, que se usan como punto de partida para fabricar virus modificados que se emplean en terapia génica.
Cada uno de estos tipos tiene sus propias características y elementos específicos, y en los próximos episodios de esta serie iremos explorando cada uno con más detalle.
Lo que aprendiste en este episodio
Los plásmidos tienen una historia que comenzó en los años 50 con bacterias, resistencias a antibióticos y científicos que no se ponían de acuerdo ni en cómo llamarlos. El experimento de Cohen y Boyer en 1972 marcó el punto de inflexión.
Lo que viene en la serie…
Este primer episodio fue la introducción. Ahora ya sabes qué es un plásmido, cuáles son sus partes esenciales, por qué existen en la naturaleza y cómo los científicos los adaptaron como herramientas de laboratorio. Pero apenas estamos comenzando.
En el próximo episodio vamos a profundizar en el origen de replicación: esa pequeña secuencia de DNA que determina no solo cuántas copias del plásmido existen dentro de la célula, sino también en qué tipo de organismos puede funcionar ese plásmido. Una pieza pequeña con consecuencias enormes.
eBook al final de la serie.
Al final de esta serie de “Plásmidos” entregaremos un eBook para que puedan tener la información a la mano.
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