TECNOLOGÍA ADNI Y GENÓMICA

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 Tecnología ADN
y genómica
CONCEPTOS CLAVE
15.1 Los científi cos utilizan tecnología del ADN para producir 
muchas copias de genes específi cos (clonación del gen).
15.2 Los biólogos estudian al ADN empleando la electrofore-
sis en gel, transferencia de ADN, secuenciación automatizada 
de ADN, y otros métodos.
15.3 La genómica es un campo emergente que comprende la 
estructura, función y evolución de los genomas.
15.4 La tecnología del ADN y la genómica tienen amplias 
aplicaciones en medicina, agricultura y en ciencias forenses, 
entre otras. 
15.5 Los científi cos deben evaluar los riesgos de cada nuevo 
organismo recombinante.
Amediados de la década de 1970, inició el desarrollo de nuevas formas de estudio del ADN que condujeron a métodos de investigación radi-
calmente novedosos, como la tecnología del ADN recombinante, en la cual 
los investigadores empalman ADN de diferentes organismos en el labora-
torio. Un objetivo de esta tecnología es permitir a los científi cos obtener 
muchas copias de un segmento específi co de ADN para fi nes de estudio. Ya 
que continuamente están surgiendo nuevos métodos para analizar el ADN, 
aquí no se intentará explorarlos en detalle. En lugar de ello, se analizan 
algunos de los métodos importantes que han aportado un fundamento para 
las tecnologías comúnmente utilizadas por los genetistas moleculares.
En principio se considera cómo los estudios de secuencias de ADN han 
ayudado a los científi cos a entender la organización de los genes y la relación 
entre los genes y sus productos. En efecto, la mayor parte de nuestro cono-
cimiento actual de la estructura y control de la expresión de los genes euca-
riotas, y de sus funciones durante el desarrollo de un organismo, proviene de 
la aplicación de esos métodos. La secuenciación de ADN también ha revolu-
cionado sistemáticamente ayudando a aclarar las relaciones evolutivas.
Este capítulo también explora algunas de las aplicaciones prácticas de 
las tecnologías del ADN. Una de las áreas de estudio, de rápido avance, es 
la modifi cación molecular, que altera el ADN de un organismo para pro-
ducir nuevos genes con nuevos rasgos. La modifi cación molecular, también 
llamada ingeniería genética, puede tomar múltiples vías, que van desde la 
investigación básica a la producción de cepas de bacterias para fabricar 
Pez transgénico 
(GloFish®). Estos 
peces del acuario 
brillan en diversos 
colores, verde, rojo, 
o amarillo porque 
los investigadores 
insertaron en su 
genoma, un gen 
proveniente de 
las medusas o del 
coral marino que 
codifi ca una proteína 
fl uorescente.
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productos proteínicos de diversa utilidad, hasta el desarrollo de plantas 
y animales que expresan genes ajenos (vea la fotografía).
El desarrollo de la clonación de ADN, de la modifi cación molecular, 
y de técnicas relacionadas ha transformado el punto de vista de las per-
sonas acerca de la biotecnología, que es el uso comercial o industrial 
de células u organismos. Actualmente, la biotecnología incluye nume-
rosas aplicaciones en tan diversas áreas como medicina, alimentos y 
agricultura, y en ciencias forenses.
15.1 CLONACIÓN DEL ADN
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
1 Explicar cómo funciona una enzima de restricción típica para cortar las 
moléculas de ADN y dar ejemplos de las aplicaciones de estas enzimas 
en la tecnología del ADN recombinante.
2 Distinguir entre una biblioteca de ADN genómico, una biblioteca cromo-
sómica, y una biblioteca de ADN complementario (ADNc); explicar por 
qué se podría clonar el mismo gen eucariota de ambas bibliotecas, de 
ADN genómico y de ADNc.
3 Explicar cómo se utiliza una sonda o fragmento de ADN.
4 Describir cómo se utiliza la reacción en cadena de la polimerasa para 
amplifi car el ADN in vitro.
La tecnología del ADN recombinante no se desarrolló rápidamente. 
Tiene sus raíces en la década en 1940 en estudios genéticos de bacterias y 
bacteriófagos (“devoradores de bacterias”) o virus que las infectan. (Vea 
la fi gura 12-2, que muestra algunos bacteriófagos en la bacteria Escheri-
chia coli). El biólogo molecular Paul Berg fue el primer investigador que 
elaboró una molécula de ADN recombinante; en 1980, compartió el Pre-
mio Nobel en Química por sus contribuciones a la tecnología del ADN 
recombinante. Después de décadas de investigación básica y la acumula-
ción de extenso conocimiento, esta tecnología se ha hecho alcanzable y 
es disponible entre muchos científi cos que ahora emplean esos métodos.
En la tecnología del ADN recombinante, los científi cos utilizan enzi-
mas de restricción (endonucleasas) de las bacterias para cortar moléculas 
de ADN sólo en lugares específi cos. Las enzimas de restricción permiten 
dividir la molécula de ADN en segmentos manejables. Luego, cada frag-
mento se puede incorporar a una molécula vectorial apropiada, un porta-
dor capaz de llevar el fragmento de ADN al interior de la célula. 
Los bacteriófagos y las moléculas de ADN llamadas plásmidos son 
dos ejemplos de vectores. La molécula de ADN bacteriano es una do-
ble cadena generalmente circular y cerrada; mientras que la mayoría de 
los plásmidos son moléculas sueltas de ADN, mucho más pequeñas, 
que pueden estar presentes y replicarse dentro de una célula bacteriana, 
como la E. coli. Los investigadores introducen plásmidos en células bac-
terianas mediante un método llamado transformación, mediante el cual 
las células permiten el ingreso de ADN ajeno (vea el capítulo 12). Para 
que la transformación sea efi ciente, los científi cos alteran la química de 
las células mediante la electroporación o electropermeabilización, que con-
siste en aplicar un shock eléctrico, para que la membrana plasmática sea 
permeable a los plásmidos. Cuando el plásmido entra a la célula, puede 
integrarse al genoma, replicarse y transmitirse a las células hijas durante la 
división celular. Cuando un plásmido recombinante, que tiene empalmado 
un ADN ajeno, se replica de esta manera, se elaboran muchas copias idén-
ticas del ADN ajeno; en otras palabras, el ADN ajeno se clona.
Los transposones son otros vectores efi cientes para transferir ge-
nes en ratones y en otros organismos modelo utilizados en la investi-
gación. Recuerde, del capítulo 13, que un transposón es un elemento 
genético móvil que puede cortarse a sí mismo de un lugar del genoma de 
una célula e insertarse en un lugar o posición diferente.
Las enzimas de restricción son “tijeras moleculares”
El descubrimiento de las enzimas de restricción constituyó un importante 
avance en el desarrollo de la tecnología del ADN recombinante. En la ac-
tualidad, un gran número de distintos tipos de enzimas de restricción, cada 
uno con sus propias características, están fácilmente disponibles a los inves-
tigadores. Por ejemplo, una enzima de restricción conocida como HindIII 
es capaz de buscar un segmento de ADN llamado sitio de restricción del 
tipo 5¿–AAGCTT –3¿, y cuando lo encuentra, lo corta. Un sitio de restricción 
es una secuencia de ADN que contiene el sitio que será eliminado o cortado 
por una enzima de restricción específi ca. La secuencia 5¿-GAATT C– 3¿ es 
cortada por otra enzima de restricción, conocida como EcoRI. En general, 
los nombres de las enzimas de restricción son derivados de los nombres de 
las bacterias en que originalmente fueron aisladas. Así, HindIII y EcoRI son 
derivados de Hemophilus infl uenzae y E. coli, respectivamente.
¿Por qué las bacterias producen estas enzimas? Durante la infección, 
un bacteriófago inyecta su ADN en la célula bacteriana. La bacteria se puede 
defender a sí misma si tiene enzimas de restricción que ataquen al ADN del 
bacteriófago. La célula bacteriana cuida que su propio ADN no sufra algun 
daño, modifi cándolo después de la replicación. Para ello, una enzima agrega 
un grupo metilo a una o más bases en cada sitio de restricción de tal forma 
quela enzima de restricción no pueda actuar en el ADN bacteriano.
Las enzimas de restricción son una herramienta que permite a los cien-
tífi cos cortar, de manera controlada, el ADN cromosómico en fragmentos 
más cortos. Muchas de las enzimas de restricción empleadas para estudios 
de ADN recombinante cortan secuencias palindrómicas (se leen igual en 
ambas direcciones), lo que signifi ca que la secuencia de bases de una cadena, 
se lee lo mismo que su cadena complementaria en la dirección 5¿ ¡ 3¿. 
Así, en el ejemplo de la HindIII, ambas cadenas leen 5¿–AAGCTT –3¿; que, 
como una molécula de doble cadena se diagrama como sigue:
5¿¬AAGCTT ¬3¿
3¿¬TT CGAA¬5¿
Al cortar ambas cadenas del ADN, pero en forma escalonada, esas enzi-
mas producen fragmentos con idénticos extremos complementarios de 
cadena simple:
5¿¬A AGCTT ¬3¿
3¿¬TT CGA A¬5¿
Esos extremos se llaman extremos pegajosos porque se emparejan mediante 
enlaces de hidrógeno con los extremos de cadenas complementarias, de 
otras moléculas de ADN que han sido cortadas con la misma enzima 
(FIGU RA 15-1). Una vez que los extremos pegajosos de las dos moléculas 
se han unido de esta manera, entonces se tratan con ADN ligasa, una enzi-
ma que une covalentemente a los dos fragmentos de ADN para formar una 
molécula de ADN recombinante estable. (En el capítulo 12 se analizó el 
ADN ligasa en la sección sobre replicación de ADN).
El ADN recombinante se forma 
cuando el ADN está empalmado en un vector
En la tecnología del ADN recombinante, los genetistas cortan el ADN 
que va a ser clonado y el ADN del plásmido mediante la misma enzima 
de restricción. Entonces las dos muestras de ADN son mezcladas bajo 
condiciones que faciliten el enlace de hidrógeno entre las bases comple-
mentarias de los extremos pegajosos, y las muescas en el ADN recombi-
nante resultante se sellan por el ADN ligasa (FIGURA 15-2).
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326 Capítulo 15 
extra, una cualidad que hace a los BAC especialmente útiles en el Pro-
yecto Genoma Humano, que se analiza posteriormente en este capítulo.
El ADN recombinante también se puede introducir en las células de 
organismos eucariotas. Por ejemplo, los genetistas emplean virus modifi -
cados como vectores, en células mamarias. Estos virus son desactivados 
para que no maten a las células que infecten. En su lugar, las moléculas 
de ADN viral, así como el ADN ajeno que transportan, quedan incorpo-
rados en los cromosomas de la célula después de la infección. Posterior-
mente se analizarán otros métodos que no requieren un vector biológico.
El ADN puede ser clonado 
en el interior de las células
Debido a que un gen individual sólo es una pequeña parte del ADN total 
en un organismo, aislar el pedazo de ADN que contiene ese gen particu-
lar es igual a encontrar una aguja en un pajar: se necesita un poderoso 
detector. Actualmente, muchos métodos permiten a los biólogos aislar 
una secuencia específi ca de nucleótidos de un organismo. En seguida se 
presenta el análisis de métodos para clonar el ADN en el interior de las 
células bacterianas. Como ejemplo se utiliza la clonación del ADN hu-
mano, aunque el procedimiento es aplicable para cualquier organismo. 
Una biblioteca de ADN genómico contiene 
fragmentos de todo el ADN en el genoma
El ADN total en una célula constituye su genoma. Por ejemplo, si el ADN 
se extrae de las células humanas, entonces se conoce como ADN genómico 
humano. Una biblioteca de ADN genómico es una colección de miles de 
fragmentos de ADN que representan a todo el ADN en el genoma. Cada 
uno de estos fragmentos se puede insertar en un plásmido, que a su vez 
normalmente se incorpora en una célula bacteriana. Así, una biblioteca de 
ADN genómico está almacenada en una colección de bacterias recombi-
nantes, cada una con un diferente fragmento de ADN humano. Los cien-
tífi cos emplean bibliotecas de ADN genómico para aislar y estudiar genes 
específi cos. Además, las bibliotecas de ADN genómico contienen un gran 
número de secuencias de bases que no codifi can proteínas.
Los cromosomas individuales también se pueden aislar para elaborar 
una biblioteca cromosómica que contiene todos los fragmentos de ADN 
en ese cromosoma específi co. Si se conoce que un gen de interés está aso-
ciado con un cromosoma particular, entonces es más fácil aislar ese gen 
de una biblioteca cromosómica que de la biblioteca de ADN genómico.
Los métodos de clonación básicos apenas descritos se utilizan para 
elaborar ADN genómico o bibliotecas cromosómicas. Primero, el ADN 
se corta con una enzima de restricción, generando una población de frag-
mentos de ADN (FIGURA 15-4). Esos fragmentos varían en tamaño y en 
la información genética que transportan, pero todos ellos tienen extre-
mos pegajosos idénticos. Los genetistas tratan al plásmido de ADN, que 
Los plásmidos que ahora se utilizan en el trabajo del ADN recombi-
nante han sido extensamente manipulados en el laboratorio para incluir 
características útiles para aislar y analizar el ADN clonado (FIGURA 15-3). 
Entre éstos está un origen de replicación (vea el capítulo 12), uno o más 
sitios de restricción, y genes que dejen a los investigadores seleccionar 
células transformadas mediante plásmidos recombinantes. Estos genes 
permiten que las células transformadas crezcan bajo condiciones espe-
cífi cas en las cuales las células sin esta modifi cación, no pueden hacerlo. 
Típicamente, los plásmidos no contienen genes esenciales de las células 
bacterianas en condiciones normales. Sin embargo, con frecuencia trans-
portan genes que son útiles bajo condiciones ambientales específi cas, 
como genes que confi eren resistencia a antibióticos particulares o que 
permiten que las células utilicen un nutriente específi co. Por ejemplo, las 
células transformadas con un plásmido que incluye un gen para resistencia 
al antibiótico tetraciclina pueden crecer en un medio que contiene tetra-
ciclina, mientras que ahí las células no transformadas no pueden hacerlo.
Una propiedad limitante de cualquier vector es el tamaño del frag-
mento de ADN que puede transportar de manera efectiva. Es frecuente 
que el tamaño de un segmento de ADN se presente en kilobases (kb), 
con 1 kb igual a 1000 pares de bases. Normalmente, los fragmentos que 
son más pequeños que 10 kb son insertados en plásmidos para empleo 
en E. coli. Sin embargo, fragmentos mayores requieren el uso de vectores 
bacteriófagos, que pueden manejar hasta 23 kb de ADN. Otros vecto-
res son vectores de clonación cósmidos, que son vectores de combi-
nación con características de bacteriófagos y plásmidos, y cromosomas 
artifi ciales bacteriales (BAC), que acomodan fragmentos mucho más 
grandes de ADN. Un solo BAC puede incluir hasta 200 kb de ADN 
AatI
XbaI
HpaI
ClaIPvuII
SmaISalI
BamHI
Resistencia a UR
A-
3 
Re
sis
tenc
ia
Origen de replica-
ción de la E. coli
Plásmido
Bacteria
(a) Este vector plásmido tiene varias características útiles. Los 
investigadores lo ensamblaron a partir de fragmentos de ADN 
que aislaron de plásmidos, genes de E. coli, y genes de 
levadura. Los dos orígenes de replicación, uno para la E. coli y 
otro para la levadura, Saccharomyces cerevisiae, replican 
independientemente en cualquier tipo de célula. Las letras sobre 
el círculo externo designan sitios para enzimas de restricción que 
cortan al plásmido sólo en esa posición. También se muestran 
los genes de resistencia para los antibióticos ampicilina y 
tetraciclina, y el gen URA-3 de levadura. El gen URA-3 es útil 
cuando se transforman células de levadura que carecen de una 
enzima requerida para la síntesis de uracilo. Las células que 
admiten el plásmido crecen en un medio deficiente de uracilo.
(b) Tamaños relativos de un plásmido y el ADN 
principal de una bacteria.
Cromosoma bacteriano
a 
la 
am
picilin
a
Origen de replicación
de la levadura
la tetraciclina
FIGURA 15-3 Plásmidos
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 Tecnología ADN y genómica 327
incorporan un plásmido que contiene un gen de resistencia al antibió-
tico. Además, normalmente el plásmido se ha modifi cado en formas que 
capacitan a los investigadores para identifi car las células con plásmidos 
recombinantes.
Las bibliotecas de ADN genómico y cromosómicas contienen re-
dundancias; es decir, ciertas secuencias de ADN humano han sido inser-
tadas en plásmidos más de una vez, al azar. Sin embargo, cada plásmido 
recombinante individual, como un libro en la biblioteca, sólo contiene 
un único fragmento del genoma humano total.
Para identifi car un plásmido que contiene una secuencia de interés, 
el investigador clona cada plásmido hasta que hay millones de copias 
para trabajar con ellas. Este proceso ocurre conforme la célula bacteriana 
crece y se divide. Una muestra diluida del cultivo bacteriano se esparce en 
un medio de crecimiento sólido (placas de agar), así las células quedan 
bastante separadas. Cada célula se divide muchas veces, produciendo 
una colonia visible, que es un clon de células genéticamente idénticas a 
partir de una célula individual. 
será empleado como un vector, con la misma enzima de restricción que 
convierte los plásmidos circulares en moléculas lineales con extremos pe-
gajosos complementarios a aquellos de los fragmentos de ADN humano. 
Los plásmidos recombinantes se producen mezclando los dos tipos de 
ADN (humano y plásmido) bajo condiciones que promueven el enlace 
de hidrógeno de las bases complementarias. Entonces, el ADN ligasa
se utiliza para unir covalentemente los extremos emparejados del plásmido 
y del ADN humano, formando ADN recombinante. Inevitablemente, 
también se producen plásmidos no recombinantes (que no se muestran en 
la fi gura) porque algunos plásmidos revierten a su confi guración circular 
original sin incorporar el ADN ajeno, en este caso el humano.
Mediante transformación, los genetistas insertan plásmidos en cé-
lulas bacterianas sensibles al antibiótico. Ya que la proporción de plásmi-
dos a las células se mantiene muy baja, es raro que una célula reciba más 
de una molécula plásmida, y no todas las células reciben un plásmido. 
Normalmente los investigadores incuban células sensibles al antibiótico 
en un medio nutriente que incluye antibióticos; sólo crecen células que 
M É TO D O D E I N V E S T I G AC I Ó N
Una biblioteca genómica es una colección de todos los fragmentos de ADN en el genoma de un 
organismo; una biblioteca cromosómica es una colección de todos los fragmentos de ADN en un cro-
mosoma específi co. Cada fragmento de ADN se “almacena” en un clon de células bacterianas recom-
binantes. Los científi cos emplean bibliotecas genómicas y cromosómicas para aislar y estudiar genes.
1 El ADN humano se corta con una enzima 
de restricción, generándose una 
población de fragmentos de ADN.
2 El ADN ligasa combina fragmentos 
de ADN y plásmidos bacterianos 
que ya contienen un gen de 
resistencia a un antibiótico.
3 Los plásmidos recombinantes son 
insertados en bacterias sensibles 
al antibiótico.
4 Las bacterias son incubadas en un medio 
nutriente que también contiene 
antibiótico. Sólo crecen aquellas células 
que tienen incorporado un plásmido 
recombinante.
ADN humano
Se produce
ADN
recombinante
 Transformación
Fragmento
2
Fragmento
3
Fragmento
1
Fragmento
4
Sitios de escisión o corte
Gen de
resistencia
al antibiótico
Bacteria sin
plásmido
Placa con un medio que contiene antibiótico
Las bacterias con
plásmido viven y se
multiplican para formar
una colonia.
Las bacterias sin
plásmido no crecen.
R R R R
FIGURA 15-4 Producción de una biblioteca de ADN genómico o una biblioteca cromosómica
¿Por qué se uti l iza?
¿Cómo se hace esto?
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328 Capítulo 15 
cuencia específi ca de ADN implica el uso de una sonda de ADN, que 
es un segmento de ADN que es homólogo a parte de la secuencia de 
interés. Normalmente, la sonda de ADN es un segmento de ADN de una 
cadena, marcado radiactivamente, que puede hibridar, unir mediante el
apareamiento de bases, con secuencias de bases complementarias en
el ADN objetivo.
Para encontrar un ADN específi co, los biólogos transfi eren la bi-
blioteca genómica a una membrana de nitrocelulosa o de nylon (FIGU-
RA 15-5). Luego, tratan esta membrana químicamente para romper las 
células bacterianas, liberando los fragmentos de cadena simple de ADN 
(La cadena simple de ADN se une a la membrana). Entonces incuban 
Todas las células de una colonia particular contienen el mismo plásmido 
recombinante, así durante este proceso también se clona una específi ca 
secuencia de ADN humano. La tarea importante es determinar qué co-
lonia, de las miles, contiene un fragmento clonado de interés. Secuencias 
específi cas de ADN se identifi can en diversas formas.
Una sonda complementaria de ADN detecta
una específi ca secuencia de ADN
Suponga que un investigador desea examinar miles de moléculas de 
ADN recombinantes en células bacterianas para encontrar la secuencia 
específi ca de ADN de interés. Un método común para detectar una se-
M É TO D O D E I N V E S T I G AC I Ó N
Una sonda de ácido nucleico radiactivo revela la presencia de secuencias de ADN complementarias 
en una biblioteca genómica.
Todos los clones de la biblioteca genómica se almacenan
en placas multipozos. La biblioteca genómica completa de
un organismo se guarda en muchas de esas placas, que se
apilan con una tapa en la parte superior.
1
Las células de cada clon se transfieren a una ubicación
específica en una membrana de nylon o de nitrocelulosa.
Luego, la membrana se trata químicamente para romper
las células bacterianas, y así se liberan los plásmidos que
contienen fragmentos de ADN.
2
La sonda marcada se agrega a la membrana y se hibridiza
con cualquier secuencia de nucleótidos complementaria
(en este caso, con el gen de interés).
3
La hibridación se observa como un punto oscuro al poner
la membrana contra la película de rayos X, que entonces
se revela.
4
Sonda de una cadena simple
de ADN marcada radiactivamente
para el gen de interés
Membrana
Membrana
Bolsa
Ubicación del
plásmido con
el gen de interés
1 2
A
B
C
FIGURA 15-5 Identifi cación de una secuencia específi ca de ADN en una biblioteca genómica mediante hibridación 
con una sonda de ácido nucleico
¿Por qué se uti l iza?
¿Cómo se hace esto?
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 Tecnología ADN y genómica 329
realizar la clonación en una célula. En pocas horas el ADN es amplifi cado 
millones de veces. En 1993, Mullis recibió el Premio Nobel de Química 
por este trabajo. 
En la RCP, el ADN polimerasa utiliza nucleótidos e iniciadores 
o cebadores para replicar una secuencia de ADN in vitro (fuera de un 
la membrana con la sonda radiactiva para permitir que las sondas se hi-
briden con cualquier cadena complementaria de ADN que pueda estar 
presente. Cada lugar en la membrana que contenga ADN complemen-
tario al de la sonda particular se convierte en radiactiva y se detecta 
mediante autorradiografía (vea el capítulo 2), empleando película de 
rayos X. Por lo tanto, cada lugar sobre la película identifi ca una colonia 
con un plásmido que incluye el ADN de interés. Entonces, los biólogos 
retornan a la biblioteca genómica y eliminan las células que contienen 
la secuencia clonada de interés. Así, esas células crecen en cultivos para 
producir millones de nuevas bacterias, todas con el ADN recombinante 
de interés.
Una biblioteca de ADNc es complementaria
al ARNm y no contiene intrones
Con frecuencia, los investigadores desean clonar genes intactos pero 
evitando a los intrones, que son regiones de genes eucariotas que no 
codifi can proteínas. Los científi cos también pueden desear clonar sólo 
aquellos genes que se expresan en un tipo celular particular. En tales ca-
sos, construyen bibliotecasde copias de ADN a partir del ARNm ma-
duro en donde se han eliminado los intrones. Las copias, que se conocen 
como ADN complementario (ADNc) porque son complementarias al 
ARNm, también carecen de intrones. Los investigadores utilizan la en-
zima transcriptasa inversa (vea el capítulo 13) para sintetizar ADNc 
de cadena simple. Luego, se utiliza ADN polimerasa para formar la do-
ble cadena de ADNc (FIGURA 15-6). Una biblioteca de ADNc se forma 
empleando ARNm de un solo tipo celular como material de inicio. Las 
moléculas de ADNc de doble cadena se insertan en vectores plásmido o 
virus, que después se multiplican dentro de células bacterianas.
El análisis de clones de ADNc permite a los investigadores determi-
nar ciertas características de la proteína codifi cada por el gen, incluyendo 
su secuencia de aminoácidos. También pueden estudiar la estructura del 
ARNm maduro. Así mismo, como el ADNc es copia del ARNm, no tiene 
secuencias de intrones, por tanto cuando se comparan las secuencias de 
bases del ADNc con las del ADN genómico o con las de una biblioteca 
de ADN cromosómico se revelan las posiciones de las secuencias codifi -
cantes de los intrones y los exones en el gen.
Las secuencias de ADNc clonadas también son útiles cuando los 
genetistas quieren producir una proteína eucariota mediante bacterias. 
En caso de introducir un gen humano que contiene intrones, como el 
gen para la hormona del crecimiento humano, en una bacteria, ésta es 
incapaz de eliminar los intrones del ARN transcrito para elaborar un 
ARNm funcional a fi n de fabricar su producto proteínico. Sin embargo, 
si inserta un clon de ADNc del gen en la bacteria, su transcrito contiene 
una región codifi cante no interrumpida. En tal caso, una proteína funcio-
nal se sintetiza, cuando los genetistas insertan el gen corriente abajo, de 
un promotor bacteriano apropiado y si además incluyen las secuencias 
de iniciación de traducción bacteriano correspondientes.
La reacción en cadena de la
polimerasa amplifi ca el ADN in vitro
Los métodos que se acaban de describir para amplifi car, o elaborar múl-
tiples copias de una específi ca secuencia de ADN implica la clonación 
de ADN en células, normalmente éstas son las bacterias. Estos procesos 
consumen tiempo y requieren una adecuada muestra de ADN como 
material de inicio. La reacción en cadena de la polimerasa (RCP), 
desarrollada en 1985 por el bioquímico Kary Mullis, permite a los in-
vestigadores amplifi car una minúscula muestra de ADN sin necesidad de 
1 La formación del ADNc se basa en el procesamiento de ARN 
que ocurre en el núcleo para producir ARNm maduro.
2 El ARNm maduro se extrae 
y se purifica. La 
transcriptasa inversa se 
agrega al tubo para 
producir un ADNc de 
cadena simple, el cual es 
complementario al ARNm.
3 Entonces enzimas 
específicas degradan el 
ARNm.
4 El ADN polimerasa se 
utiliza para sintetizar una 
segunda cadena de ADN
5 El resultado final es una 
molécula de ADNc de 
doble cadena.
Transcripción
Exón Exón ExónIntrón Intrón
Procesamiento de ARN
(eliminación de intrones)
Pre-ARNm
ARNm maduro
ARNm ARNm maduro
ADNc
ADN en un cromosoma
eucariota
ADNc, es una copia
de ARNm
Transcriptasa inversa
ARN degradado
ADNc de cadena doble
ADN
polimerasa
FIGURA 15-6 Animada La formación de ADNc
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330 Capítulo 15 
entonces los investigadores utilizan ADN polimerasa resistente al calor, 
conocida como polimerasa Taq. El nombre de esta enzima refl eja su 
fuente, Th ermus aquaticus, una bacteria que vive en las aguas termales 
del Parque Nacional Yellowstone. Debido a que en este ambiente el agua 
está cerca del punto de ebullición, todas las enzimas en T. aquaticus han 
evolucionado para ser estables a elevadas temperaturas. (Del capítulo 3, 
recuerde que al calentarse la mayoría de las proteínas se desnaturalizan 
irreversiblemente, cambian su confi guración global y pierden su activi-
dad biológica). Las bacterias que viven en conductos termales de mares 
profundos han evolucionado de manera similar a las enzimas resistentes 
al calor.
organismo vivo), produciendo dos moléculas de ADN (FIGURA 15-7). 
Entonces los investigadores desnaturalizan, o separan por calor, las dos 
cadenas de cada molécula y las replican otra vez, fabricando cuatro mo-
léculas de cadena doble. Después del próximo ciclo de calentamiento y 
replicación, existen ocho moléculas, y así sucesivamente, con el número 
de moléculas de ADN doblándose en cada ciclo. Después de sólo 20 ci-
clos de calentar y enfriar, realizados con equipo automático, este proceso 
exponencial produce ¡220, o más de 1 millón, de copias de la secuencia 
objetivo!
Como la reacción se puede realizar efi cientemente sólo si la ADN 
polimerasa permanece estable durante muchos ciclos de calentamiento, 
M É TO D O D E I N V E S T I G AC I Ó N
La RCP toma una muestra extremadamente pequeña de ADN y la amplifi ca a millones de copias en pocas horas.
5′3′
ADN original de
doble cadena
Cebador
Cebadores Cebadores
Cebador
etc.
C
ic
lo
 I
C
ic
lo
 II
3′
3′
5′
5′
3′
3′
5′
5′
3′
5′
3
2
1 El ADN se desnaturaliza (se separa 
en dos cadenas simples) mediante 
aplicación de calor.
Los cebadores o iniciadores se 
adhieren al sitio de unión del 
cebador en cada cadena de ADN
Cada cadena de ADN actúa como 
molde para la amplificación de ADN; 
esta reacción es catalizada por ADN 
polimerasa Taq. El número de 
moléculas de ADN se duplica cada 
vez que se repite el ciclo.
La mezcla para la reacción inicial incluye una muy pequeña cantidad de ADN de doble cadena, precursores 
de ADN (desoxirribonucleótidos), cebadores específi cos de ácido nucleico, y la enzima ADN polimerasa Taq, 
resistente al calor. La RCP incluye ciclos repetidos de desnaturalización, adhesión al cebador y la elongación 
de la cadena con pares de bases complementarias que se van agregando por acción enzimática.
FIGURA 15-7 Animada Amplifi cación de ADN mediante la reacción en cadena de la polimerasa (RCP)
¿Por qué se uti l iza?
¿Cómo se hace esto?
15_Cap_15_SOLOMON.indd 33015_Cap_15_SOLOMON.indd 330 17/12/12 18:2717/12/12 18:27
 Tecnología ADN y genómica 331
fragmentos desconocidos. El gel se tiñe después de la separación de
los fragmentos de ADN para así mostrar su número y localización. 
La transferencia de ADN, ARN y proteínas permite 
identifi car fragmentos específi cos
Los genetistas pueden identifi car fragmentos específi cos de ADN que 
se hibridan con una sonda de ADN complementario. Sin embargo, es 
imposible hibridar una sonda con fragmentos de ADN contenidos en 
un gel. Por esta razón, normalmente el ADN se desnaturaliza y luego se 
transfi ere a una membrana de nitrocelulosa o nylon, que recoge el ADN 
de manera semejante a como el papel secante absorbe la tinta. El regis-
tro resultante, que esencialmente es una réplica del gel, se incuba con una 
sonda de ADN, que se hibrida con cualquier fragmento de ADN com-
plementario. Si la sonda es radiactiva, el registro se somete a una autorra-
diografía. Los puntos resultantes en la película de rayos X corresponden 
a las posiciones de los fragmentos en el gel que son complementarios a la 
sonda. Actualmente, se detectan muchas sondas mediante luminiscencia 
química, que se analiza por escáneres computarizados, sin necesidad de 
la autorradiografía.
Este método para identifi car fragmentos de ADN, separándolos me-
diante electroforesis en gel y después transfi riéndolos a una membrana 
de nylon o nitrocelulosa, se llama una transferencia de Southern, en 
honor a su inventor, Edward M. Southern de la Universidad de Edin-
burgo, Escocia (FIGURA 15-9). El procedimiento que tiene amplias 
aplicaciones, se emplea para diagnosticar ciertos tipos de desórdenes 
genéticos. Por ejemplo, en algunos casos el ADN de un alelo mutante se 
detecta porque éste emigra de modo muy diferente en el gel, de como lo 
hace su contraparte normal.
Se emplean técnicasde transferencia similares para estudiar ARN y 
proteínas. Cuando las moléculas de ARN separadas mediante electrofo-
resis se transfi eren a una membrana y se detectan utilizando una sonda 
de ácido nucleico, al resultado se llama transferencia Northern (Nor-
thern es un juego de palabras con el apellido del investigador Southern 
asociado con esta técnica). En el mismo espíritu, la expresión transferen-
cia Western se aplica a un registro que contiene proteínas o polipéptidos 
previamente separados por electroforesis en gel. (Hasta la fecha, nadie 
ha inventado un tipo de registro que pudiera llamarse transferencia Eas-
tern). En el caso de la transferencia Western, los científi cos reconocen 
los polipéptidos de interés mediante moléculas de anticuerpos marcadas 
que los unen específi camente. Por ejemplo, la transferencia Western se 
emplea como diagnóstico para detectar la presencia de proteínas especí-
fi cas del HIV-1, el virus del SIDA.
Los polimorfi smos de longitud de los
fragmentos de restricción son una medida
de las relaciones genéticas 
La variabilidad de genes dentro de una población se puede estudiar en 
diversas formas. Un método tradicional se basa en la premisa de que nin-
gún par de individuos tiene exactamente el mismo número o posición de 
enzimas de restricción cortando sitios en el genoma: mutaciones alea-
torias de ADN y recombinación en los individuos pueden generar frag-
mentos de diferentes longitudes por efecto de una enzima de restricción 
determinada. Estos polimorfi smos de longitud de fragmentos de res-
tricción, conocidos comúnmente como PLFR, o “rifl ips”, se pueden uti-
lizar para determinar qué tan cercanamente relacionados están diferentes 
miembros de una población. (El término polimorfi smo signifi ca “muchas 
formas” y se refi ere a diferencias hereditarias encontradas dentro de una 
Prácticamente, la técnica RCP tiene aplicaciones sin límites. Hace 
más fácil la clonación. A los investigadores les permite amplifi car y ana-
lizar muestras minúsculas de ADN de una diversidad de fuentes, que 
van desde escenas de crímenes hasta restos arqueológicos. Por ejemplo, 
los científi cos han empleado la RCP para analizar el ADN mitocondrial 
obtenido de los huesos del Neandertal (vea el capítulo 22). Una parte 
del genoma del Neandertal fue secuenciado en 2006, y los investigadores 
pudieron compararlo con las partes equivalentes del genoma humano.
Una limitación de la técnica RCP es su altísima sensibilidad. Aún 
una minúscula cantidad de contaminante en el ADN de muestra se 
puede amplifi car si ésta incluye una secuencia de ADN complementaria 
a los cebadores, conduciendo potencialmente a una conclusión errónea. 
Los científi cos toman precauciones adecuadas para eliminar esto y otros 
problemas técnicos.
Repaso
 ■ ¿Qué son las enzimas de restricción? ¿Cómo se emplean en la 
investigación de ADN recombinante?
 ■ ¿Cuáles son los méritos relativos de las bibliotecas de ADN genómico, 
de las bibliotecas cromosómicas, y de las bibliotecas de ADNc?
 ■ ¿Cómo se utilizan las sondas de ADN?
 ■ ¿Por qué es valiosa la técnica RCP?
15.2 ANÁLISIS DEL ADN
 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
5 Distinguir entre las técnicas de transferencia de ADN, ARN y las de 
transferencia de proteínas.
6 Describir el método de terminación de la cadena para secuenciación
de ADN. 
La clonación de ADN en células y la técnica RCP han tenido impor-
tantes repercusiones en el análisis genético porque proporcionan sufi -
ciente material genético para abordar ciertas cuestiones fundamentales 
respecto a genes específi cos y su ARN o de productos proteínicos. Por 
ejemplo, ¿cuándo y cómo se expresa un gen? ¿Un gen determinado es 
idéntico de un individuo a otro? ¿Es diferente de una especie a otra? 
¿Dónde se localiza el gen dentro del genoma? En esta sección y en la 
siguiente, se consideran varias técnicas que ayudan a investigar estas 
preguntas. En la sección fi nal del capítulo se examinan algunas de las 
aplicaciones prácticas de la tecnología del ADN. 
La electroforesis en gel se emplea
para separar macromoléculas
Las mezclas de ciertas macromoléculas, como proteínas, polipéptidos, 
fragmentos de ADN, o ARN, se separan mediante electroforesis en 
gel, un método que aprovecha que esas moléculas portan grupos car-
gados eléctricamente que los obliga a migrar en un campo eléctrico. La 
FIGURA 15-8 ilustra la electroforesis en gel de moléculas de ADN. Los 
ácidos nucleicos migran a través del gel hacia el polo positivo del campo 
eléctrico porque están cargados negativamente debido a sus grupos fos-
fatos. Como el gel retiene más a las moléculas grandes que a las pequeñas, 
entonces el ADN se separa según el tamaño de sus componentes. El in-
cluir fragmentos de ADN de tamaño conocido, como estándares, asegura 
la realización de mediciones exactas de los pesos moleculares de los
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332 Capítulo 15 
El análisis de PLFR se ha empleado para realizar pruebas de pa-
ternidad y cuando se analiza la evidencia encontrada en la escena de 
un crimen. El análisis de PLFR también se ha utilizado en el mapeo 
de la localización exacta de las mutaciones de genes, como la muta-
ción que causa la fi brosis quística. No obstante que la técnica PLFR 
ha proporcionado información útil en muchas áreas de la biología, 
se ha reemplazado rápidamente por métodos más novedosos, como 
la secuenciación de ADN automatizada (que se analiza en la siguiente 
sección).
población). Un polimorfi smo genético existe si individuos de dos o más 
tipos discretos, o “morfi smos”, se encuentran en una población.
Las enzimas de restricción se utilizan para cortar el ADN de dos o 
más individuos, y los fragmentos se separan mediante electroforesis en gel, 
con el ADN de cada individuo en un carril separado; los fragmentos más 
cortos migran más lejos que los fragmentos más largos. Para visualizar los 
fragmentos, los investigadores hacen una transferencia Southern del ADN 
en el gel, que en seguida se desnaturaliza y permite hibridar con una sonda 
de ADN. Entonces se puede comparar el patrón de bandas resultante. 
M É TO D O D E I N V E S T I G AC I Ó N
La electroforesis en gel separa moléculas, como ácidos nucleicos, con base en su tamaño y carga 
conforme migran a través de un campo eléctrico.
1 El investigador coloca un campo eléctrico en un material 
de gel, que consiste en agarosa o poliacrilamida, que se 
vierte como una delgada losa en un vidrio o un soporte 
plexiglás. Después de que el gel se ha solidificado, el 
científico introduce mezclas de macromoléculas (en este 
caso, fragmentos de ADN de diferentes tamaños) en 
pozos formados en un extremo del gel.
3 Este gel contiene fragmentos de ADN separados. El gel se 
tiñe con bromuro de etidio, un colorante que se une al 
ADN y es fluorescente bajo luz ultravioleta.
Mezclas
colocadas
en el pozo
Gel
Solución
amorti-
guadora
Estándares de
tamaños conocidos
colocados en el pozo
Ánodo
Cátodo
Dirección del
movimiento
2 Cuando se aplica una corriente eléctrica, las 
moléculas de ADN cargadas negativamente 
se mueven del polo negativo al polo 
positivo. Los más pequeños fragmentos de 
ADN viajan la distancia más larga. En esta 
etapa las bandas de ADN son invisibles.
Moléculas
más grandes
Moléculas
más pequeñas
+
–
+
–
Eu
re
lio
s/
Ph
ot
o 
Re
se
ar
ch
er
s,
 In
c.
FIGURA 15-8 Electroforesis en gel
¿Por qué se uti l iza?
¿Cómo se hace esto?
15_Cap_15_SOLOMON.indd 33215_Cap_15_SOLOMON.indd 332 17/12/12 18:2717/12/12 18:27
 Tecnología ADN y genómica 333
permitió a los científi cos secuenciar grandes cantidades de ADN con 
rapidez y confi abilidad. La secuenciación de ADN automatizada se 
apoya en el método de terminación de la cadena inventado por el 
bioquímico británico Fred Sanger en 1974. En 1980, Sanger compartió 
el Premio Nobel de Química por esta contribución. Éste fue el segun-
do Premio Nobel para Sanger; el primero fue por su trabajoacerca de la 
estructura de la proteína insulina. No obstante que ahora la secuencia-
ción de ADN está completamente automatizada, muchas de las técnicas 
automatizadas continúan basándose en el método de terminación de la 
cadena introducido por Sanger (FIGURA 15-10).
El método de terminación de la cadena para la secuenciación de 
ADN se basa en el hecho de que una cadena de ADN en replicación 
que ha incorporado un nucleótido sintético modifi cado, conocido como 
Métodos que se han creado
para secuenciar rápidamente el ADN
Una manera de caracterizar el ADN es determinar su secuencia de nu-
cleótidos. Los investigadores utilizan un pedazo clonado de ADN como 
una herramienta de investigación para muchas aplicaciones diferentes. 
Por ejemplo, pueden clonar un gen con el fi n de obtener la proteína co-
difi cada para algún proceso industrial o médico. Sin considerar la aplica-
ción particular, los investigadores deben conocer mucho sobre el gen y 
su funcionamiento. Normalmente, empiezan por determinar la secuen-
cia de nucleótidos.
En la década de 1990, el advenimiento de máquinas para secuen-
ciación de ADN automatizada conectadas a poderosas computadoras 
M É TO D O D E I N V E S T I G AC I Ó N
La técnica de transferencia e hibridación de Southern permite que el ADN separado mediante electroforesis se trans-
fi era a un fi ltro como si fuera un gel. Luego, éste puede ser hibridizado con sondas complementarias radiactivas. 
+–
1 Digerir el ADN con 
enzimas de restricción.
2 Colocar fragmentos de ADN sobre el 
gel y separarlo por electroforesis.
3 Visualizar los fragmentos de ADN 
empleando luz ultravioleta.
4 Durante la transferencia, la solución 
amortiguadora se mueve hacia 
arriba, transfiriendo fragmentos de 
ADN a un filtro de unión de ADN.
6 Colocar juntos el filtro y 
la sonda marcada 
radiactivamente en una 
bolsa sellada para poder 
hibridar
7 Lavar el filtro para eliminar el exceso 
de sonda y después exponer el filtro a 
la película de rayos X; el resultado es 
una autorradiografía que muestra los 
fragmentos de ADN hibridados.
5 Los fragmentos de ADN 
sobre el filtro están en la 
misma ubicación que los 
del gel.
Peso
Papel
absorbente
ADN Fragmentos de ADN
Solución
amortiguadora
Gel de agarosa
Fragmentos de
ADN muy largos
Fragmentos de
ADN muy cortos
Filtro de
nitrocelulosa
Gel
Fieltro
Amortiguador
Solución de la
sonda radiactiva
FIGURA 15-9 Técnica de transferencia e hibridación de Southern
¿Por qué se uti l iza?
¿Cómo se hace esto?
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334 Capítulo 15 
una pequeña cantidad de sólo uno de los cuatro didesoxinucleótidos: 
ddATP, ddCTP, ddGTP, o ddTT P. El prefi jo “dd” se refi ere a didesoxi-
nucleótidos, para distinguirlos de los desoxinucleótidos, los cuales son 
designados por “d”.
Ahora se indica cómo procede la reacción en la mezcla que incluye 
ddATP. En cada sitio en donde la adenina está especifi cada, ocasional-
mente una cadena creciente incorpora un ddATP, deteniendo la elon-
gación para que en la mezcla de reacción se formen fragmentos de ADN 
de variadas longitudes. Cada fragmento que contiene un ddATP marca 
una ubicación específi ca en donde la adenina normalmente se encon-
traría en la cadena recién sintetizada. De manera similar, en la mezcla 
didesoxinucleótido, no puede estirarse más allá de ese punto. A diferencia 
de un desoxinucleótido “normal”, que tiene un grupo hidroxilo en su 
carbono 3¿, a un didesoxinucleótido le falta un grupo hidroxilo en su car-
bono 3¿. (Del capítulo 12, recuerde que un grupo hidroxilo 3¿ reacciona 
cada vez que se forma un enlace de fosfodiéster). Así, los didesoxinu-
cleótidos terminan la elongación durante la replicación de ADN.
El investigador prepara cuatro diferentes mezclas de reacción. Cada 
una contiene múltiples copias idénticas de una cadena del ADN que será 
secuenciado; ADN polimerasa; cebadores apropiados marcados radiac-
tivamente ; y todos los cuatro desoxinucleótidos necesarios para sinte-
tizar ADN: dATP, dCTP, dGTP y dTT P. Cada mezcla también incluye 
M É TO D O D E I N V E S T I G AC I Ó N
El método enzimático de terminación de la cadena de Sanger o método didesoxi es una forma rápida 
y efi ciente de secuenciar el ADN.
Co
rt
es
ía
 d
e 
B.
 S
la
tk
o,
 N
ew
 E
ng
la
nd
 B
io
la
bs
Fragmentos 
más cortos
Fragmentos 
más largos
A T G C T A T G C T C C
ddA C G A T A C G A G G
ddA T A C G A G G
ddA C G A G G
ddA G G
5′
T
A
C
G
A
T
A
C
G
A
G
G
Fragmento de una cadena simple de ADN para ser secuenciado
A T G C T A T G C T C C
5′ 3′
3′
3′
5′
5′
3′A C G T
+ddATP +ddCTP +ddGTP +ddTTP
A C G T
+ddATP
Productos de reacción de la mezcla 
que contiene didesoxiATP
Dirección 
de síntesis
Cebador 
radiactivo
Se emplean cuatro mezclas de reacción diferentes para secuenciar un fragmento 
de ADN; cada una contiene una pequeña cantidad de un didesoxinucleótido, como 
el ddATP. También se agregan mayores cantidades de los cuatro didesoxinucleótidos 
normales (dATP, dCTP, dGTP y dTTP) más ADN polimerasa y cebadores marcados
radiactivamente.
1
La incorporación aleatoria de didesoxiATP 
(ddATP) en la cadena creciente genera una 
serie de fragmentos de ADN más pequeños 
que terminan en todas las posibles posiciones 
donde se encuentra la adenina en los fragmentos 
recién sintetizados. Éstos corresponden a las 
posiciones en las que se presenta la timina en 
la cadena molde original.
2 Los productos radiactivos de cada mezcla 
de reacción se separan por la electroforesis 
en gel y se localizan al exponer al gel a la película 
de rayos X. La secuencia de nucleótidos del ADN 
recién sintetizada se lee directamente de la película 
(5’→3’). La secuencia en la cadena de molde original 
es su complemento (3’→5’).
3 Exposición del gel con la 
secuenciación de ADN a una 
película de rayos X. Los 
cuatro carriles representan 
las mezclas de reacción de 
didesoxi A, C, G y T, 
respectivamente.
4
FIGURA 15-10 Método de terminación de la cadena de didesoxi para la secuenciación de ADN
¿Por qué se uti l iza?
¿Cómo se hace esto?
15_Cap_15_SOLOMON.indd 33415_Cap_15_SOLOMON.indd 334 17/12/12 18:2717/12/12 18:27
 Tecnología ADN y genómica 335
La información de la secuencia de ADN se guarda en grandes bases 
de datos de computadoras, muchas de las cuales son accesibles en Inter-
net. Ejemplos son las bases de datos del Centro Nacional de Información 
Biotecnológica y de la Organización del Genoma Humano (HUGO). 
Los genetistas utilizan esas bases de datos para comparar secuencias 
recién descubiertas con aquellas ya conocidas para identifi car genes y 
acceder a muchos otros tipos de información. Al investigar secuencias 
de ADN o de aminoácidos en una base de datos, los investigadores pue-
den ganar mucha visión en la función y estructura del producto génico, 
las relaciones evolutivas entre genes, y la variabilidad entre secuencias 
de genes dentro de una población. La secuenciación de ADN en las es-
pecies ha proporcionado una gran cantidad de información nueva que 
sustentan la evolución (vea el capítulo 18).
Repaso
 ■ ¿Qué es la transferencia e hibridación de Southern?
 ■ ¿Qué técnica hace funcional la secuenciación de ADN automatizada? 
Describa las etapas básicas de este método.
15.3 GENÓMICA
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
7 Describir tres importantes áreas de investigación en genómica.
8 Explicar cómo funciona un microarreglo de ADN y dar un ejemplo de su 
investigación y potencial médico.
9 Defi nir farmacogenética y proteómica.
Ahora que se han secuenciado los genomas humanos y de varios cien-
tos de otras especies, ¿qué puede hacerse con esa información? La ge-
nómica es el campo emergente de biología que estudia la secuencia de 
ADN completa del genoma de un organismo para identifi car todos sus 
genes, determinar su ARN o productos proteínicos, e indagar cómo 
los genes son regulados. Como se verá, la genómica 
tiene importantes aplicaciones prácticas ademásde 
ayudar a contestar preguntas científi cas.
La ciencia de la genómica tiene varias áreas de 
investigación, incluyendo genómica estructural, ge-
nómica funcional, genómica comparativa, y meta-
genómica. La genómica estructural se ocupa del mapeo 
y secuenciación de genomas. La genómica funcional 
estudia las funciones de los genes y secuencias no gé-
nicas en genomas. La genómica comparativa implica la 
comparación de genomas de diferentes especies para 
determinar qué cambios de ADN han ocurrido du-
rante el curso evolutivo. Este conocimiento aumenta 
nuestra comprensión de relaciones evolutivas porque 
los genes con poca o ninguna variación entre espe-
cies son funcionalmente importantes en las especies 
en donde son encontrados. La metagenómica utiliza 
técnicas genómicas para analizar comunidades de 
organismos en lugar de organismos individuales. La 
metagenómica permite que los investigadores identi-
fi quen y estudien todos los genes en una comunidad, 
al mismo tiempo. 
de reacción que incluye ddCTP, cada fragmento que contiene ddCTP 
marca la posición de una citosina en la cadena recién sintetizada, y así 
sucesivamente.
Los fragmentos radiactivos de cada reacción se desnaturalizan y des-
pués se separan en un gel por electroforesis, con cada mezcla de reacción, 
correspondientes a A, T, G, o C, ocupando su propio carril en el gel. Así, 
las posiciones de los fragmentos recién sintetizados en el gel se pueden 
determinar mediante autorradiografía. La alta resolución del gel hace 
posible distinguir entre fragmentos que difi eran en longitud por sólo un 
nucleótido, entonces el investigador puede leer la secuencia en el ADN 
recién sintetizado, una base a la vez. 
El método de terminación de la cadena continúa empleándose 
en muchas máquinas de secuenciación de ADN automáticas. Sin em-
bargo, el método de detección ha cambiado en que la secuencia de 
nucléotidos ya no se visualiza mediante radiactividad. En su lugar, los 
investigadores marcan al cebador o a cada uno de los cuatro ddNTP 
con colorantes fl uorescentes diferentes. La computadora utiliza un lá-
ser para leer la fl uorescencia de los marcadores de colorante conforme 
las bases emergen del extremo de un carril del medio de electroforesis 
(FIGURA 15-11).
Los genomas completos se han secuenciado 
empleando secuenciación automatizada de ADN 
Actualmente, las máquinas secuenciadoras son muy poderosas y pueden 
decodifi car cerca de 1.5 millones de bases en un período de 24 horas. 
Esos avances en la tecnología de secuenciación han hecho posible que los 
investigadores estudien secuencias de nucleótidos de genomas comple-
tos en una amplia variedad de bacterias, arqueas, y organismos eucariotas.
Gran parte de esta investigación recibió su ímpetu inicial gracias al 
Proyecto Genoma Humano, que empezó en 1990. La secuenciación 
de los 3 mil millones de pares de bases del genoma humano fue esen-
cialmente terminada en 2001. Ahora los genomas de unos 800 orga-
nismos han sido secuenciados, y varios cientos más están en etapas de
planeación o fi nalización. Hay una extraordinaria explosión de datos
de secuencias de genes, principalmente debido a los métodos de secuen-
ciación automatizados.
FIGURA 15-11 Animada Un pequeño segmento del impreso de los resultados de 
secuenciación de ADN automatizada
La computadora produce la serie de picos que se muestran conforme lee las bandas fl uores-
centes en la electroforesis en gel. El nucleótido base adenina se muestra en verde, la guanina 
en negro, la citosina en azul, y la timina en rojo. La secuencia de ADN asignada por la compu-
tadora aparece en la parte superior del impreso.
©
 M
ar
k 
H
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el
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la
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y
15_Cap_15_SOLOMON.indd 33515_Cap_15_SOLOMON.indd 335 17/12/12 18:2717/12/12 18:27
336 Capítulo 15 
rrollar una nueva cepa de ratones KO (a los que se les ha desactivado un 
gen). Para esto, un gen no funcional, o desactivado, es clonado e introdu-
cido en células madre de origen embrionario (células ME) de ratón 
(también vea los capítulos 1 y 17). Una vez dentro de las células ME, los 
genes son relativamente fáciles de manejar porque, al igual que las cé-
lulas cancerosas, las células ME crecen indefi nidamente en los cultivos. 
Más importante, si son colocadas en un embrión de ratón, las células ME 
se dividen y producen todos los tipos de células normalmente encontra-
dos en el ratón. En una minúscula fracción de esas células ME, el gen des-
activado que se introdujo se asocia físicamente con el correspondiente 
gen en un cromosoma. Si esto ocurre, el gen en el cromosoma y el gen 
desactivado tienden a intercambiar segmentos de ADN en un proceso 
llamado recombinación homóloga. De esta manera, el alelo desactivado 
reemplaza al alelo normal en el cromosoma del ratón.
Los investigadores inyectan, en los embriones tempranos de ratón, 
las células ME que suponen que es probable que lleven un gen desacti-
vado y dejan que el ratón se desarrolle hasta la madurez. Generalmente, 
los científi cos estudian animales que portan el gen desactivado en cada 
célula. Sin embargo, como muchos genes son esenciales para la vida, los 
investigadores han modifi cado la técnica de desactivado para desarrollar 
cepas en las cuales un gen específi co es selectivamente desactivado en sólo 
un tipo de celula. Las investigaciones de laboratorio alrededor del mundo 
han desarrollado miles de diferentes cepas de ratón KO, cada una mos-
trando su propio fenotipo característico, y el número continúa creciendo. 
La desactivación de genes diana en ratones está aportando res-
puestas a cuestiones biológicas básicas relacionadas con el desarrollo de 
embriones, con el desarrollo del sistema nervioso, y el funcionamiento 
normal del sistema inmunológico. Esta técnica tiene gran potencial para 
revelar más sobre varias enfermedades humanas, especialmente porque 
muchas de ellas tienen un componente genético. Los genetistas están 
empleando la desactivación de genes para estudiar el cáncer, enferme-
dades cardiacas, anemia falciforme, enfermedades respiratorias como la 
fi brosis quística, y otros desórdenes.
Un cribado mutagénico revela los genes 
implicados en un fenotipo particular
Actualmente se realizan muchos proyectos a gran escala para detectar el 
efecto de las mutaciones en ratones y otros organismos. Previamente, los 
investigadores tratan a los ratones machos con mutágenos químicos que 
causan mutaciones en el ADN. Entonces cruzan a los machos con hem-
bras normales y exploran a sus descendientes en búsqueda de fenotipos 
inusuales. A diferencia de la desactivación de genes, la mutagénesis no ne-
cesariamente incapacita por completo a un gen; en su lugar, es usual que 
cause pequeñas mutaciones aleatorias que cambian las propiedades de las
proteínas que el ADN codifi ca. Es enorme la escala de la mutagénesis con-
trolada; un proyecto de detección en Alemania ha examinado 28,000 dife-
rentes mutantes de ratones buscando cambios relevantes en los fenotipos.
Los microarreglos de ADN son una poderosa 
herramienta para estudiar la expresión génica
Los microarreglos de ADN proporcionan una manera de estudiar patro-
nes de expresión génica en una variedad de organismos. Cada celda del 
microarreglo consiste en una sonda de una cadena simple de ADN colo-
cada en un portaobjetos o en un chip (FIGURA 15-12). Primero, un robot 
mecánico prepara el microarreglo. Éste detecta cada posición de la rejilla 
con miles a millones de copias de una cadena de ADN complementario 
(ADNc) específi ca. Cada posición, conocida como micropunto, contiene 
muchas copias de una cadena simple de ADNc, las cuales fueron sintetiza-
La identifi cación de genes codifi cantes de proteínas 
es útil en la investigación y en aplicaciones médicas
La mayor parte del genoma humano tiene secuencias de ADN que no 
codifi can proteínas. No obstante que el genoma completo es de interés 
para los biólogos, las regiones codifi cantes de proteínas son de particular 
importancia para los investigadores médicos. Loscientífi cos han reca-
bado decenas de miles de cortas secuencias de ADNc (25 a 30 nucleóti-
dos), conocidas como marcadores de secuencias expresadas (MSE), 
que pueden ayudar a identifi car genes codifi cantes de proteínas.
Los científi cos cuentan, vía Internet, con un gran conjunto de datos 
que contiene miles de MSE humanas. Empleando soft ware cazador de
genes, los biólogos que trabajan acerca de una particular secuencia
de ADN pueden acceder al conjunto de datos y comparar su secuen-
cia de ADN con una secuencia MSE conocida.
Muchas MSE en el conjunto de datos se han identifi cado al compa-
rarlas con secuencias de ADN conocidas de otras especies. Por ejemplo, 
el gen telomerasa humano TRT se identifi có comparando su secuencia 
MSE humana con la de una secuencia de telomerasa de levadura. (Re-
cuerde del capítulo 12, que la telomerasa agrega secuencias de nucleóti-
dos repetitivas a los extremos, o telómeros, de cromosomas eucariotas).
Una manera de estudiar la función 
génica es silenciar los genes uno a la vez 
El ARN de interferencia (ARNi), descubierto por primera vez a media-
dos de 1990, se puede emplear para determinar rápidamente la función 
de un gen específi co. Del capítulo 13, puede recordar que el ARNi es 
causado por pequeñas moléculas de ARN que interfi eren con la expre-
sión de genes o, más precisamente, sus transcritos de ARNm maduros. 
La interferencia de ARN implica pequeños ARN interferentes, a mi-
croARN, y a pocos otros tipos de cortas moléculas de ARN. Los bió-
logos supusieron que el ARNi, que se presenta en muchos organismos 
eucariotas, originalmente evolucionó en la naturaleza porque protegió 
células contra virus que tienen moléculas de ARN de doble cadena.
Después de que se identifi ca un gen codifi cante de proteína, quizás 
mediante MSE, la función de ese gen se puede estudiar empleando ARN 
de interferencia para desactivar el gen. Para hacer esto, los biólogos sin-
tetizan un tramo corto de ARN que es complementario a la parte de la 
secuencia de ADN del gen bajo análisis. El ARN se coloca en células, y 
después de que el gen se silencia, los biólogos observan los cambios en 
el fenotipo para ayudar a determinar la función de la proteína que falta.
La desactivación de genes diana también revela la función génica
Otra herramienta de investigación que revela la función de los genes es 
la desactivación de genes diana, un procedimiento en el cual el inves-
tigador selecciona y “noquea”, o desactiva, un solo gen en un organismo. 
Los ratones KO o knockout han sido particularmente útiles para estudiar 
los papeles de genes ortólogos con funciones desconocidas en mamífe-
ros, incluyendo humanos. Los genes ortólogos son genes homólogos 
que se encuentran en diferentes especies porque fueron heredados de un 
ancestro común. Las funciones de los genes desactivados se determinan 
observando el fenotipo del ratón que transporta el gen desactivado. Si el 
gen codifi ca una proteína, por ejemplo, entonces el estudio de los indivi-
duos que perdieron esa proteína ayuda a que el investigador identifi que 
su función. Del 98% al 99% de los loci del ratón son ortólogos a los loci-
humanos, entonces la información sobre genes desactivados en ratones 
también proporciona detalles sobre los genes humanos.
A diferencia del ARN de interferencia, la desactivación de genes es 
un proceso muy largo. A los científi cos les toma cerca de un año desa-
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338 Capítulo 15 
algunas de las mismas enfermedades. Para demostrar la similitud compar-
tida entre los genomas del ratón y de humanos, un consorcio de científi cos 
publicó un estudio en 2002 donde se compara el cromosoma 16 del ratón 
con el cromosoma humano 21. Sólo 14 de los 731 genes conocidos en este 
cromosoma del ratón no tuvieron contraparte humana; los restantes 717 
genes aparecieron en una forma u otra en el genoma humano.
La comparación de las secuencias de ADN y de la organización cro-
mosómica de genes relacionados de diferentes especies es una poderosa 
herramienta para identifi car los elementos esenciales de sus funciones. 
Si un gen humano tiene una función desconocida, con frecuencia los 
investigadores deducen claves sobre su participación al estudiar el gen 
equivalente en otras especies, como un ratón o una rata.
Los investigadores también han secuenciado los genomas de otros 
vertebrados, con organismos modelo como el pez cebra y el pez globo. 
Durante muchos años los biólogos han utilizado el pez cebra como un 
modelo de desarrollo en vertebrados porque sus etapas embrionarias son 
transparentes y por lo tanto convenientes de examinar. El pez globo tiene 
el más pequeño genoma conocido de todos los vertebrados. Al comparar 
los genomas humano y del pez globo, los investigadores han identifi cado 
secuencias compartidas que no han cambiado en varios cientos de millo-
nes de años. Esas secuencias han resistido las fuerzas selectivas de la evo-
lución, entonces pueden ser genes o elementos regulatorios que dirigen 
el desarrollo en vertebrados y que son esenciales en todos ellos.
El análisis del genoma de organismos comercialmente importan-
tes, como el salmón, pollos, cerdos, y arroz, también es prioritario. Por 
ejemplo, los científi cos han publicado el genoma del arroz, el genoma 
del parásito que causa la malaria, y el genoma del parásito que causa la 
enfermedad del sueño o tripanosomiasis africana.
Uno de los más signifi cativos esfuerzos de secuenciación del genoma, 
desde una perspectiva evolutiva, está enfocado en los primates no huma-
nos como el chimpancé (cuyos datos de secuencia fueron publicados en 
2005). La comparación de las secuencias de ADN de humanos y de nues-
tros más cercanos parientes vivos está ayudando a que los biólogos entien-
dan los cambios genéticos que han ocurrido durante la evolución humana, 
incluyendo qué genes gobiernan las capacidades mentales y lingüísticas.
Han surgido varios campos científi cos: 
bioinformática, farmacogenética y proteómica
Ya se mencionó que la cantidad de datos genómicos ahora disponible 
requiere ser evaluada mediante poderosas computadoras. La disciplina 
conocida como bioinformática, o computación biológica, incluye el al-
macenamiento, búsqueda, y comparación de nucleótidos o secuencias 
de aminoácidos dentro de una misma especie y entre diferentes especies. 
La bioinformática utiliza avanzadas computadoras y sofi sticado soft ware 
para almacenar, manejar, y analizar grandes cantidades de datos genera-
dos por secuenciación y otras tecnologías. Por ejemplo, conforme los 
investigadores determinan nuevas secuencias de ADN, programas
computacionales automatizados pueden escanear las secuencias bus-
cando patrones normalmente encontrados en los genes. Mediante
la comparación de las bases de datos de secuencias de ADN de diferentes 
organismos, la bioinformática ha permitido ahondar en los conocimien-
tos sobre identifi cación génica, función génica, y relaciones evolutivas.
La nueva ciencia de la medicina basada en el genoma individual, 
conocida como farmacogenética, estudia cómo la variación genética 
entre pacientes afecta la acción de los medicamentos en los individuos. 
El objetivo de la farmacogenética es personalizar los medicamentos para 
adecuarlas a la composición genética del individuo. Actualmente, un 
médico no conoce de antemano si un medicamento particular benefi -
ciará al paciente o le causará severos efectos laterales. Los genes de un 
individuo, en especial aquellos que codifi can para enzimas que metabo-
das para hacer una copia complementaria de un ARNm específi co y luego 
fue sometida al proceso de amplifi cación mediante RCP.
Entonces los investigadores aíslan moléculas de ARNm maduro de 
dos poblaciones de células, por ejemplo, células del hígado tratadas con 
un medicamento recién desarrollado y células del hígado de control que 
no han sido tratadas con el medicamento. Con frecuencia, las células del 
hígado son probadasporque el hígado produce muchas enzimas que me-
tabolizan moléculas ajenas, incluyendo las moléculas del medicamento. 
Los medicamentos que el hígado no puede metabolizar, o metaboliza 
muy débilmente, pueden ser muy tóxicos para emplearse.
Los investigadores utilizan las moléculas de ARNm aislado para pre-
parar moléculas de ADNc para cada población celular, las que entonces son 
marcadas con diferentes colores fl uorescentes. Por ejemplo, las moléculas 
de ADNc de células tratadas podrían ser marcadas en rojo y las molécu-
las de ADNc de células no tratadas en verde. Los científi cos adicionan las 
dos poblaciones de ADNc al arreglo, y algunos de los ADNc subsecuente-
mente hibridaban (forma pares de bases con) el ADNc en el arreglo.
Después de lavar el arreglo para eliminar el ADNc que no fue hibri-
dado, los investigadores escanean el arreglo con láseres para identifi car 
fl uorescencia roja y verde en donde ocurrió la hibridación. El análisis 
por computadora de la proporción de fl uorescencia roja a verde en cada 
celdilla del arreglo produce una lectura de salida en colores que los cien-
tífi cos pueden analizar. Por ejemplo, un investigador médico podría 
comparar el patrón general de actividad génica en células tratadas con un 
medicamento experimental con el de células expuestas a medicamentos 
conocidas y toxinas. Si el patrón de actividad génica para las células trata-
das coincide con el de células tratadas con una toxina que daña el hígado, 
entonces probablemente el medicamento no irá a ensayos clínicos.
Los microarreglos de ADN permiten a los investigadores comparar 
las actividades de miles de genes en tipos celulares de varias muestras 
de tejidos y en células normales o enfermas. Debido a que el cáncer y 
otras enfermedades exhiben patrones alterados de expresión génica, los 
microarreglos de ADN tienen el potencial de identifi car genes causantes 
de la enfermedad o las proteínas que ellos codifi can, las cuales entonces 
pueden ser combatidas mediante medicamentos terapéuticos.
El siguiente es un ejemplo de aplicación El linfoma B difuso de cé-
lulas grandes es un cáncer de los glóbulos blancos que tiene diferentes 
subtipos. En 2002, los investigadores utilizaron microarreglos para iden-
tifi car 17 genes que son activos en varias combinaciones para cada sub-
tipo. Empleando microarreglos de ADN, los científi cos determinaron qué 
combinación de esos 17 genes es activa en cada subtipo de esta forma 
de cáncer. Con base en el conocimiento de qué subtipo canceroso tiene 
un paciente, los médicos pueden elegir el tratamiento que probablemente 
será el más efectivo para ese paciente. El examen de patrones de actividad 
génica con microarreglos de ADN también ayuda a los investigadores mé-
dicos a identifi car cuáles pacientes posiblemente permanecerán libres de 
cáncer después del tratamiento y cuáles quizás reincidirán.
El Proyecto Genoma Humano motivó estudios de 
secuenciación del genoma para otras especies
Como ayuda en el análisis del genoma humano, los investigadores recu-
rrieron a la genómica comparativa secuenciando y mapeando estudios 
simultáneos con genomas de ratones y ratas. Los ratones y las ratas fueron 
obvias elecciones para secuenciación de ADN porque han sido estudiados 
por casi un siglo y se conoce mucho sobre su biología. Las ratas y los rato-
nes son sufi cientemente diferentes de los humanos, de manera que cuales-
quiera secuencias de ADN conservadas (es decir, idénticas) encontradas 
en roedores y humanos muy probablemente tienen importancia funcional.
Además, los ratones son lo sufi cientemente similares a los humanos 
en forma tal que ambos comparten muchos rasgos fi siológicos, incluyendo 
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 Tecnología ADN y genómica 339
sobre las células y la aplicación de nuevos métodos para abordar proble-
mas en muchos otros campos. En algunas áreas, la producción de pro-
teínas y organismos con modifi caciones genéticas ha empezado a tener 
considerable impacto en nuestras vidas. Su más fuerte impacto ha sido 
en medicina.
La tecnología del ADN ha revolucionado la medicina
En creciente número de casos, los médicos efectúan pruebas genéticas 
para determinar si un individuo tiene una mutación genética particular 
asociada con desórdenes como la enfermedad de Huntington, hemo-
fi lia, fi brosis quística, la enfermedad de Tay-Sachs, cáncer de mama, y 
anemia falciforme. La terapia génica, el uso de ADN específi co para 
tratar una enfermedad genética corrigiendo el problema genético, es otra 
aplicación de la tecnología del ADN que actualmente está en su infancia. 
Debido a que las pruebas genéticas y la terapia génica se enfocan casi 
exclusivamente en humanos, entonces esas aplicaciones de la tecnología 
del ADN se analizarán en el capítulo 16. Aquí se tratarán las aplicaciones 
de la tecnología del ADN en la elaboración de productos medicinales.
La insulina humana producida por la E. coli se convirtió en una de las 
primeras proteínas modifi cadas genéticamente aprobadas para uso en 
humanos. Antes del empleo de técnicas de ADN recombinante para ge-
nerar bacterias alteradas genéticamente capaces de producir la hormona, 
la insulina se obtenía de manera exclusiva de otros animales. Muchos 
pacientes diabéticos se hicieron alérgicos a la insulina de origen animal 
porque su secuencia de aminoácidos difería ligeramente de aquella en 
la insulina humana. La capacidad de producir la hormona humana me-
diante métodos del ADN recombinante ha resultado en signifi cativos 
benefi cios médicos para diabéticos dependientes de insulina. 
La hormona del crecimiento (HC) modifi cada genéticamente en 
humanos, está disponible para niños que la necesitan para superar de-
fi ciencias de crecimiento, específi camente enanismo hipofi sario (vea el 
capítulo 49). En el pasado, la HC humano se podía obtener únicamente 
de los cadáveres. Sólo pequeñas cantidades estaban disponibles, y la evi-
dencia sugirió que algunas de las preparaciones de cadáveres humanos 
estaban contaminadas con agentes infecciosos similares a aquellos que 
causan la encefalopatía espongiforme bovina, o enfermedad de las vacas 
locas (que se analiza en el capítulo 24).
La lista de productos con base en la modifi cación molecular au-
menta de manera continua. Por ejemplo, el activador tisular del plasminó-
geno (ATP), una proteína que previene o disuelve coágulos sanguíneos, 
se utiliza para tratar enfermedades cardiovasculares. Si se administra un 
poco después de un infarto cardiaco, el ATP reduce el riesgo de un in-
farto subsecuente. El factor de crecimiento tisular beta (FCT-b) promueve 
el crecimiento de vasos sanguíneos y de la piel, y se emplea en la curación 
de heridas y quemaduras. Los investigadores también utilizan FCT-b en 
ingeniería tisular, una tecnología en desarrollo para cubrir la apremiante 
necesidad de tejidos humanos, y eventualmente, órganos para trasplan-
tes haciéndolos crecer en cultivos celulares.
La administración de alimentos y medicamentos (FDA), EUA, ha 
aprobado los productos fabricados mediante ingeniería tisular como los 
injertos de piel, para individuos que han sufrido severas quemaduras, y 
los injertos de cartílagos para reparar articulaciones. Los científi cos han 
investigado el desarrollo y uso de células cardiacas de células ME; dichas 
células se podrían emplear para reparar el corazón después de un infarto. 
También se están adelantando trabajos para elaborar órganos como ve-
jigas y corazones.
La hemofi lia A se trata con el factor humano de coagulación VIII. An-
tes del desarrollo de las técnicas del ADN recombinante, el factor VIII 
estaba disponible sólo de sangre humana o de derivados animales, con el 
riesgo de transmitir agentes infecciosos, como el VIH. La Dornasa Alfa 
lizan medicamentos, en gran medida determinan la respuesta de la per-
sona a un medicamento específi co. La farmacogenética toma en cuenta 
las sutiles diferencias genéticas entreindividuos. Dentro de 5 a 10 años, 
será rutinario que los pacientes tomen pruebas de control genético antes 
de que el médico prescriba un medicamento.
La farmacogenética, como otros campos en la genética humana, 
presenta difíciles cuestiones éticas. La prueba genética, que será parte 
de nuestra vida diaria, en farmacogenética toca asuntos de privacidad, 
prejuicios genéticos, y potencial discriminación. En el capítulo 16 se 
consideran esos temas. La prueba genética individualizada puede pro-
vocar que la gente se preocupe innecesariamente sobre una enferme-
dad genética para la cual nunca presentará síntomas. La mayor parte de 
las enfermedades comunes resultan de una compleja interacción entre 
múltiples genes y factores no genéticos, o ambientales. (Recuerde del 
capítulo 11 que el ambiente es un importante factor que infl uye en la 
expresión génica). En humanos, los factores ambientales saludables in-
cluyen una dieta apropiada, ejercicio adecuado, y no fumar.
El estudio de todas las proteínas expresadas por una célula en un 
tiempo dado se conoce como proteómica. Por ejemplo, los científi cos han 
identifi cado todas las proteínas elaboradas por un tipo dado de célula, pero 
el proceso es mucho más complicado que secuenciar el genoma humano. 
Algunos genes, por ejemplo, codifi can varias proteínas diferentes. (Vea la 
fi gura 14-14 para un ejemplo de empalme alternativo). También, cada cé-
lula somática en el cuerpo humano tiene en esencia el mismo genoma, pero 
células en distintos tejidos varían grandemente en los tipos de proteínas 
que ellas producen (recuerde el análisis inicial de microarreglos de ADN). 
Los patrones de expresión de proteínas no sólo varían en diferentes tejidos 
sino también en distintas etapas durante el desarrollo de una sola célula.
Los científi cos quieren entender el papel de cada proteína en una cé-
lula, la forma en que interactúan las diversas proteínas, la estructura 3-D 
de cada proteína, el arreglo espacial de las proteínas en el citosol celular 
y orgánulos, y los perfi les proteínicos en células enfermas. Esos objetivos 
impulsan el avance del conocimiento biológico pero también prometen 
logros en medicina. Si los científi cos conocen la confi guración de una 
proteína asociada con un tipo de cáncer u otra enfermedad, entonces 
pueden desarrollar medicamentos que se unen a los sitios activos sobre 
esa proteína, apagando su actividad. Actualmente, la industria farmacéu-
tica tiene medicamentos que desactivan alrededor de 500 proteínas en la 
célula. Sin embargo, los investigadores estiman que la proteómica puede 
producir de 10,000 a 20,000 adicionales proteínas objetivo.
Repaso
 ■ ¿En qué se distinguen las genómicas estructural, funcional y 
comparativa?
 ■ ¿Qué es un microarreglo de ADN?
 ■ ¿Qué es la farmacogenética?, ¿la proteómica?
15.4 APLICACIONES DE 
TECNOLOGÍAS DEL ADN
OBJETIVO DE APRENDIZAJE
10 Describir al menos una aplicación importante de la tecnología del ADN 
recombinante en cada uno de los siguientes campos: medicina, impronta 
de ADN y organismos transgénicos.
La tecnología de ADN recombinante ha proporcionado un nuevo con-
junto único de herramientas para examinar cuestiones fundamentales 
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de los cromosomas homólogos, el ADN mitocondrial puede alcanzar 
unas 100,000 copias por célula. Por lo tanto, el ADN mitocondrial es la 
molécula elegida para la impronta de ADN cuando las muestras biológi-
cas se han deteriorado o han sido dañadas, por ejemplo, al identifi car los 
restos humanos exhumados.
La impronta de ADN ha revolucionado la ley ejecutiva. En 1990, 
el FBI estableció el Sistema Indexado de ADN Combinado (CODIS), 
que consiste en bases de datos de ADN de todos los 50 estados. Un 
perfi l de ADN de un sospechoso desconocido se puede comparar con 
los perfi les de ADN de delincuentes convictos en la base de datos, que 
con frecuencia contribuyen en la identifi cación del sospechoso. El ADN 
del sospechoso desconocido puede provenir de sangre, semen, huesos, 
dientes, cabello, saliva, orina, o heces dejados en la escena del crimen. 
Minúsculas cantidades de ADN humano se han extraído de colillas de 
cigarro, saliva en sobres o en estampillas postales, caspa, huellas, navajas 
de afeitar, gomas de mascar, relojes de pulsera, cerumen, restos bajo las 
uñas, y cepillos dentales.
Si se aplica en forma apropiada, la impronta de ADN permite identi-
fi car al culpable y exonerar al inocente. Cientos de individuos convictos 
han ganado nuevos juicios y han sido subsecuentemente liberados de la 
prisión con base en la correlación de perfi les de ADN con la evidencia 
física de la escena del crimen. Hay una limitación porque normalmente 
las muestras de ADN son pequeñas y se pueden haber degradado. Ob-
viamente, se debe tener gran cuidado para evitar la contaminación de las 
muestras. Esto es crucial de manera especial si la técnica RCP se emplea 
para amplifi car el ADN.
Los organismos transgénicos tienen 
ADN ajeno incorporado en sus células
Las plantas y animales que tienen incorporados genes ajenos se co-
nocen como organismos transgénicos. Los investigadores utilizan 
variados enfoques para insertar genes ajenos en células vegetales o ani-
males. Con frecuencia emplean virus como vectores, aunque también 
se han aplicado otros métodos, como la inyección directa de ADN en 
las células.
(DNasa) mejora la función respiratoria (ayuda a licuar la delgada muco-
sidad pegajosa) en las personas con fi brosis quística.
La tecnología del ADN recombinante se utiliza cada vez más para 
producir vacunas que dan seguridad e inmunidad efectiva contra enferme-
dades infecciosas en humanos y animales. Una manera de desarrollar una 
vacuna recombinante es clonar un gen para una proteína de superfi cie pro-
ducida por el agente causante de la enfermedad, o patógeno; entonces el 
investigador introduce el gen en un vector no causante de la enfermedad o 
no patógeno. La vacuna, cuando la vacuna es aplicada al anfi trión huma no 
o animal, estimula una respuesta inmune a la proteína de superfi cie ex-
puesta. Como resultado, si el patógeno porta esa proteína de superfi cie 
específi ca, entonces el sistema inmunológico ya está listo para desactivarlo 
y destruirlo. Algunos ejemplos de vacunas recombinantes antivirales para 
humanos incluyen las vacunas para la infl uenza A, la hepatitis B, y la polio.
Las vacunas recombinantes también están siendo desarrolladas 
contra ciertas enfermedades de origen bacteriano y cánceres humanos. 
Por ejemplo, en 2006 la FDA aprobó una vacuna recombinante contra 
varios tipos del virus del papiloma humano (VPH). La vacuna, que se 
administra a mujeres entre 9 y 26 años de edad, protege contra el 70% 
de los cánceres cervicales causados por VPH.
La impronta de ADN tiene numerosas aplicaciones
El análisis de los fragmentos de ADN extraídos de un individuo, que 
es único para ese individuo, se conoce como impronta de ADN. La 
impronta de ADN tiene múltiples aplicaciones en humanos y en otros 
organismos, como en los siguientes ejemplos:
1. Análisis de la evidencia encontrada en escenas de crímenes (análisis 
forense) (FIGURA 15-13)
2. Identifi cación de cuerpos de víctimas de desastres.
3. Proporcionar parentesco en perros para registros de pedigrí.
4. Identifi car líneas celulares cancerosas humanas.
5. Estudiar especies en peligro de extinción en la biología de 
conservación.
6. Rastrear alimentos contaminados.
7. Estudiar la ascendencia genética de poblaciones humanas.
8. Aclarar disputas de parentesco.
9. Exonerar a prisioneros injustamente convictos de un crimen.
Históricamente, la impronta de ADN se basó en las rifl ips (ya analiza-
das). Actualmente, muchas técnicas para la impronta de ADN se apoyan 
en la amplifi cación RCP, digestión de ADN con enzimas de restricción, e 
hibridación de Southern para detectar marcadores moleculares. Los más 
útiles marcadores moleculares son altamente