Introducción a los Agentes Antimicrobianos

Los antibióticos son sustancias que inhiben el crecimiento o la multiplicación de las bacterias y los hongos en concentraciones bajas. Las sustancias que influyen sobre la multiplicación de las bacterias se denominan bacteriostáticas (mientras que para los hongos se usa el término fungistática o micostática).

Generalidades de los Antibióticos

Generalmente, los antibióticos son producidos sobre la base de microorganismos. Existen diversos mecanismos de acción:

• Intercaladores: Moléculas como la daunorrubicina y la actinomicina D se depositan en la doble hélice del ADN, interfiriendo en la replicación y transcripción.
• Inhibidores de la Girasa: Influyen sobre la replicación y multiplicación de las bacterias.
• Inhibidores de la Traducción: Pertenecen a este grupo las tetraciclinas, que afectan a un gran número de microbios patógenos.
• Inhibición Ribosomal: El cloranfenicol, uno de los pocos nitroderivados naturales, inhibe la peptidiltransferasa ribosómica.
• Antibióticos $\beta$-lactámicos: Los miembros de este grupo, como las penicilinas y las cefalosporinas, son sintetizados por hongos y portan un anillo reactivo $\beta$-lactámico.

Penicilina como Sustrato Suicida

Las sustancias inhibidoras que se unen a las enzimas como si fueran sustratos antes de ser inactivadas de manera irreversible se denominan sustratos suicidas.

Mutación, Radiación y Reparación del ADN

Impacto de Mutágenos y Evolución

Muchos mutágenos dañan los controles del crecimiento celular y, por ello, son considerados cancerígenos. No obstante, las mutaciones génicas son factores positivos decisivos de la evolución biológica. Todas las células poseen mecanismos de reparación que eliminan los cambios en el ADN ocasionados por las mutaciones.

Agentes Mutagénicos

Los agentes que inducen mutaciones se clasifican según su naturaleza:

Mutágenos Físicos

• Radiaciones ionizantes: Como la radiación gamma ($\gamma$) y los rayos X, que producen radicales libres reactivos en la célula, capaces de dañar el ADN.

Mutágenos Químicos

• Agentes Desaminantes: Como el Ácido Nitroso ($\text{HNO}_2$) y la hidroxilamina ($\text{NH}_2\text{OH}$), que actúan sobre las bases nitrogenadas, convirtiendo la citosina en uracilo y la adenina en inosina.

Efectos de los Mutágenos Químicos

El ácido nitroso produce mutaciones puntuales. A partir del desplazamiento de la base C (citosina), el ARNm resultante de la traducción es interpretado de manera diferente, lo que resulta en una secuencia proteica alterada.

Mecanismos de Reparación del ADN

Las células emplean varios sistemas para corregir el daño genético:

• Reparación por Escisión: Elimina los daños producidos en el ADN. Una endonucleasa de escisión específica retira todo un segmento del ADN a ambos lados del sitio erróneo.
• Fotorreactivación: Una fotoliasa específica se une al sitio defectuoso para corregirlo (generalmente en respuesta a daño por luz UV).
• Reparación por Recombinación.

El déficit de enzimas reparadoras puede causar enfermedades graves.

Biotecnología y Manipulación Genética

Clonación y Tecnología Genética

La tecnología genética incluye nuevos métodos para el diagnóstico y tratamiento médico de enfermedades, así como la posibilidad de efectuar modificaciones deliberadas en las propiedades de los organismos.

Clonación del ADN

El procedimiento clásico utiliza la capacidad de las bacterias para incorporar a la célula pequeños segmentos de ADN de forma circular, denominados plásmidos, y multiplicarlos.

Sobreexpresión de Proteínas

Para el tratamiento de enfermedades se necesitan proteínas que están presentes en pequeñas cantidades en el organismo, por lo cual su aislamiento a gran escala sería antieconómico o imposible. Se utilizan:

• Plásmido de expresión: Contiene el gen de interés y un punto de origen de la replicación que posibilita su multiplicación por parte de la célula huésped.

Bibliotecas de Genes

Se utilizan para aislar fragmentos de ADN que no se conocen en detalle. Constan de un gran número de moléculas vectoras de ADN que contienen diferentes fragmentos de ADN extraño.

• Una biblioteca de ADN genómico se establece al fragmentar todo el ADN de una célula con endonucleasas de restricción e incorporarlos en un vector de ADN.
• Los fagos son virus que solo atacan bacterias y pueden reproducirse en ellas, siendo utilizados como vectores.

Secuenciación del ADN

La secuencia de nucleótidos del ADN se determina con el método de rompimiento de cadenas (método de Sanger). Con la secuenciación de una cadena, el fragmento de ADN se clona en un vector adecuado y luego se hibrida con un cebador (fragmento sintético corto de ADN).

Electroforesis del ADN

Es una técnica sencilla para la separación de fragmentos del ADN. La movilidad de las moléculas en un campo eléctrico depende de su tamaño, forma y carga.

Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)

Es un procedimiento que permite amplificar fragmentos de ADN sin necesidad de enzimas de restricción.

Tipificación del ADN

La PCR es la base de la tipificación del ADN. Este procedimiento sirve para verificar a qué persona pertenece una cantidad pequeña de material biológico. El método actual se basa en el genoma humano, que contiene secuencias de ADN repetitivas no codificadoras cuya longitud es diferente para cada persona.

Aplicaciones Clínicas de la Biología Molecular

Diagnóstico de la Anemia en Células Falciformes

Las mutaciones puntuales del ADN pueden perturbar los puntos de corte para la endonucleasa de restricción, afectando el patrón de digestión.

Identificación del Virus ARN mediante RT-PCR

Con ayuda de la enzima transcriptasa inversa, el ARN viral se transcribe a ADN de doble cadena utilizando iniciadores específicos para cada virus.

Terapia Génica

Los virus más usados para la terapia génica son los adenovirus y los retrovirus.

Interferencia del ARN (RNAi)

Fragmentos de ARN de cadena única con 21-23 nucleótidos se forman con proteínas del complejo RISC y después se unen con ARNm determinados, silenciando la expresión génica.