Biología molecular

Definición

Sustantivo femenino. Estudio o ciencia que se ocupa de la estructura y actividades de las moléculas que constituyen las plantas y los animales. Parte de la biología que se encarga del estudio de las moléculas y, en sentido moderno, especialmente de los ácidos nucleicos y las proteínas.

Etimología

El término biología es de origen francés en «biologie», si bien este lo ha tomado del griego bíos, βίος, «vida» y -logía, λογία, «tratado», «estudio». El término molecular es relativo a «molécula», del latín «moles«, en diminutivo «mole». Predecentes de la biología molecular deben buscarse desde el siglo XIX, con la ponencia de Charles Darwin acerca de la Teoría de la evolución de las especies, siguiendo con Gregor Mendel y Friedrich Miescher.

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Origen y evolución de la biología molecular

El origen de la biología molecular se encuentra en los descubrimientos y avances en la química y la biología que tuvieron lugar durante el siglo XIX y principios del siglo XX. Es una rama de la biología que se enfoca en el estudio de la estructura, función y regulación de los componente/»>componentes químicos de la célula, como los ácidos nucleicos, proteínas y lípidos.

El primer descubrimiento importante que dio lugar a la biología molecular fue el hallazgo de la estructura de la molécula de ADN por James Watson y Francis Crick en 1953, el cual revolucionó el campo de la biología y sentó las bases para el desarrollo de la biología molecular.

Antes de este descubrimiento, se sabía muy poco acerca de la estructura y función de los componentes químicos de la célula. Sin embargo, los avances en la quimica/»>química durante el siglo XIX permitieron a los científicos comenzar a identificarlos y caracterizarlos.

Un ejemplo importante de estos avances fue la estructura de las proteínas, hallada por Friedrich Miescher en 1869. Miescher descubrió un componente químico en los núcleos de las células que llamó “nucleoproteína”.

Otro fue el descubrimiento de los ácidos nucleicos, también por Friedrich Meischer en 1869. Se percató de un componente químico en los núcleos de las células que llamó “nucleína”.

En 1928, Alexander Fleming descubrió la penicilina, un antibiótico natural producido por un hongo, mismo que sentó las bases para el desarrollo de la biotecnología y la biología molecular, y permitió a los científicos comenzar a manipular los componentes químicos de la célula para tratar enfermedades.

El descubrimiento de la estructura de la molécula de ADN por Watson y Crick en 1953 dio comienzo al el desarrollo de la biología molecular y abrió paso a los científicos para empezar a entender cómo se transmiten los caracteres hereditarios de una célula a la siguiente.

La biología molecular también ha permitido a los científicos entender mejor la regulación de la expresión génica, es decir, cómo los genes se activan y desactivan para producir proteínas. Este conocimiento ha llevado al desarrollo de nuevos tratamientos para enfermedades, como la terapia génica, que consiste en la introducción de genes curativos en células afectadas por enfermedades genéticas.

Aportes relevantes de la Biología molecular

Además de los avances mencionados anteriormente, la biología molecular ha contribuido significativamente a la identificación de nuevas enfermedad/»>enfermedades y a la comprensión de su biología.

Por ejemplo, los estudios de la biología molecular han permitido la identificación de genes responsables de enfermedades como el cáncer, la enfermedad de Huntington y la enfermedad de Alzheimer. Esto ha llevado a una mayor comprensión de la patogénesis de estos males y a la identificación de nuevos objetivos terapéuticos.

Otro avance importante en la biología molecular ha sido el desarrollo de nuevas técnicas para la secuenciación del genoma completo. La secuenciación del genoma humano, que se completó en el año 2003, fue un hito importante en la historia de la biología molecular y ha proporcionado una gran cantidad de información sobre la estructura y función de los genes humanos.

Desde entonces, la secuenciación del genoma ha sido aplicada a una amplia variedad de organismos, incluyendo plantas, animales y microorganismos, y ha proporcionado una gran cantidad de información sobre la evolución de la vida en la Tierra.

Sumado a esto, la biología molecular ha llevado al desarrollo de nuevos diagnósticos médicos basados en la detección de variantes genéticas. Por ejemplo, los test genéticos se utilizan ahora en la medicina personalizada para identificar los pacientes que son más propensos a desarrollar enfermedades y para determinar la mejor forma de tratarlas.

Métodos de investigación de la biología molecular

Para llevar a cabo la investigación en biología molecular, es necesario utilizar diversos métodos y técnicas que permiten analizar la composición molecular de las células y comprender su funcionamiento. A continuación, se presentan algunos de los métodos y técnicas de investigación más utilizados en biología molecular.

Electroforesis: La electroforesis es una técnica que permite separar y purificar moléculas basándose en su tamaño y carga eléctrica. La electroforesis se utiliza comúnmente para separar y purificar proteínas y ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN.

PCR: La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica que permite amplificar pequeñas cantidades de ADN a partir de una muestra. La PCR se utiliza ampliamente en biología molecular para la detección y cuantificación de ADN y ARN, así como para la secuenciación de ADN.

Secuenciación de ADN: La secuenciación de ADN es una técnica que permite determinar la secuencia de nucleótidos de un fragmento de ADN. La secuenciación de ADN se utiliza para identificar mutaciones genéticas, analizar la variabilidad genética y comprender la estructura y función de los genes.

Hibridación de ácidos nucleicos: La hibridación de ácidos nucleicos es una técnica que permite identificar la presencia y localización de secuencias específicas de ADN o ARN en una muestra. La hibridación se utiliza comúnmente para la detección de enfermedades infecciosas y el diagnóstico de enfermedades genéticas.

Microscopía de fluorescencia: La microscopía de fluorescencia es una técnica que permite visualizar y cuantificar moléculas específicas en células y tejidos utilizando etiquetas fluorescentes. La microscopía de fluorescencia se utiliza comúnmente para estudiar la localización y distribución de proteínas y moléculas de ARN en las células.

Western blot: El western blot es una técnica que permite la detección y cuantificación de proteínas específicas en una muestra. El western blot se utiliza para analizar la expresión de proteínas y comprender los mecanismos moleculares de diversas enfermedades.

Aplicaciones en la medicina

A través de la investigación en biología molecular, se han desarrollado numerosas aplicaciones en la medicina, lo que ha permitido importantes avances en la prevención, diagnóstico y tratamiento de diversas enfermedades. En seguida, se presentan algunas de las aplicaciones en la medicina de la biología molecular:

Diagnóstico molecular: La biología molecular ha revolucionado el diagnóstico de enfermedades al permitir la identificación de mutaciones y variantes genéticas específicas que están asociadas con enfermedades genéticas hereditarias, enfermedades infecciosas y cáncer. Los avances en la tecnología de secuenciación de ADN han permitido la secuenciación rápida y precisa de genes y regiones genómicas enteras, lo que ha permitido el diagnóstico molecular de enfermedades hereditarias y la identificación de genes asociados con enfermedades comunes como la diabetes, la hipertensión y la enfermedad de Alzheimer.

Terapia génica: La terapia génica es una técnica que utiliza la biología molecular para tratar enfermedades genéticas mediante la introducción de genes sanos o la corrección de genes mutantes. La terapia génica ha demostrado ser eficaz en el tratamiento de enfermedades raras y graves, como la inmunodeficiencia combinada grave y la hemofilia.

Medicina personalizada: La medicina personalizada se basa en la biología molecular y utiliza la información genética de los pacientes para adaptar el diagnóstico, tratamiento y prevención de enfermedades de manera individualizada. La medicina personalizada utiliza la información genética del paciente para predecir la respuesta a ciertos medicamentos y tratamientos, lo que permite una atención médica más precisa y efectiva.

Diagnóstico por imagen molecular: La biología molecular también ha permitido el desarrollo de técnicas de diagnóstico por imagen molecular, que utilizan marcadores moleculares para detectar tumores y otros cambios moleculares en el cuerpo. Estas técnicas permiten un diagnóstico más preciso y temprano de enfermedades como el cáncer.

Desarrollo de nuevos fármacos: La biología molecular también se utiliza en el desarrollo de nuevos fármacos y terapias. La identificación de nuevas dianas moleculares y la comprensión de las rutas moleculares involucradas en enfermedades específicas han permitido el desarrollo de medicamentos más efectivos y específicos.

Principales exponentes

Desde sus inicios en la década de 1940 y 1950, la biología molecular ha revolucionado la comprensión de la vida y ha llevado a avances significativos en áreas como la genética, la biotecnología y la medicina. A continuación se presentan algunos de los exponentes más importantes en el desarrollo de esta disciplina:

James Watson y Francis Crick

James Watson y Francis Crick son probablemente los más conocidos de los exponentes de la biología molecular. En 1953, estos dos investigadores británicos dieron con la estructura del ADN, la molécula que contiene el material genético de todas las células vivas. Este descubrimiento revolucionó la comprensión de la herencia y abrió la puerta a la investigación en la genética molecular.

Rosalind Franklin

Aunque no recibió el reconocimiento adecuado en su momento, Rosalind Franklin fue una figura clave en el descubrimiento de la estructura del ADN. Franklin realizó experimentos cruciales utilizando técnicas de difracción de rayos X que proporcionaron información valiosa sobre la estructura del ADN a Watson y Crick.

Linus Pauling

Linus Pauling es uno de los científicos más importantes del siglo XX y es ampliamente considerado como uno de los padres de la biología molecular. Pauling hizo contribuciones significativas en la comprensión de la estructura de las proteínas y desarrolló la teoría de la estructura secundaria de las proteínas, que describe cómo las proteínas se pliegan en estructuras tridimensionales.

Marshall Nirenberg

Marshall Nirenberg es conocido por su trabajo en la descodificación del código genético. En 1961, Nirenberg y su equipo lograron descifrar la primera parte del código genético, lo que permitió la traducción del ADN en proteínas. Este logro revolucionó la comprensión de cómo los genes codifican para proteínas y cómo las proteínas controlan las funciones celulares.

Kary B. Mullis

Kary B. Mullis es un bioquímico estadounidense conocido por su trabajo en el desarrollo de la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR, por sus siglas en inglés). La PCR es un método ampliamente utilizado en biología molecular que permite amplificar secciones específicas de ADN para su análisis. La técnica de la PCR ha revolucionado la investigación genética y ha permitido avances en áreas como la diagnóstica de enfermedades genéticas, la identificación forense y la investigación en genética evolutiva.

Sydney Brenner

Sydney Brenner es un biólogo molecular sudafricano conocido por su trabajo en el campo de la genética y la biología celular. Brenner es especialmente conocido por su trabajo con el nematodo C. elegans, un gusano de laboratorio ampliamente utilizado en la investigación biológica. Brenner y su equipo han utilizado C. elegans para hacer avances en la comprensión de la programación celular y la regulación génica.

Jack Szostak

Jack Szostak es un biólogo molecular y genetista estadounidense conocido por su trabajo en la evolución originaria de la vida. Szostak ha liderado investigaciones sobre la forma en que las moléculas simples pueden evolucionar para formar sistemas biológicos complejos, incluyendo la formación de células primitivas y la aparición de la vida en la Tierra.

Robert Weinberg

Robert Weinberg es un oncólogo y biólogo molecular estadounidense conocido por su trabajo en el campo del cáncer. Weinberg ha liderado investigaciones sobre los mecanismos moleculares que subyacen al cáncer y ha contribuido significativamente a la comprensión de cómo las mutaciones genéticas pueden causar el desarrollo de tumores.

Thomas Cech

Thomas Cech es un bioquímico estadounidense conocido por su trabajo en el campo de la RNA. Cech ha demostrado que el RNA puede tener un papel catalítico en la biología celular, lo que ha revolucionado la comprensión de cómo las células funcionan a nivel molecular.

Jennifer Doudna

Jennifer Doudna es una bióloga molecular estadounidense conocida por su trabajo en el desarrollo de la técnica de edición de genoma CRISPR-Cas9. La técnica de edición de genoma CRISPR-Cas9 ha revolucionado la investigación genética y ha permitido a los científicos corregir mutaciones genéticas específicas y estudiar los efectos de las mutaciones en la biología celular.

Elizabeth Blackburn

Elizabeth Blackburn es una bióloga molecular australiana conocida por su trabajo en el campo de la telomología. Blackburn ha liderado investigaciones sobre los telómeros, las estructuras que se encuentran en los extremos de los cromosomas, y ha contribuido significativamente a la comprensión de cómo los telómeros pueden afectar el envejecimiento celular y el desarrollo de enfermedades.

Andrew Fire

Andrew Fire es un biólogo molecular estadounidense conocido por su trabajo en el campo de la regulación génica. Fire ha liderado investigaciones sobre cómo las células controlan la expresión génica y ha contribuido significativamente a la comprensión de cómo las mutaciones genéticas pueden afectar la regulación génica y el desarrollo de enfermedades.

Expectativas sobre la biología molecular

Esta rama se ha convertido en una de las áreas de investigación más importantes y prometedoras de la ciencia. En el futuro, se espera que esta disciplina continúe avanzando a un ritmo acelerado y que brinde soluciones a algunos de los desafíos más grandes que enfrenta la humanidad.

Una de las áreas más emocionantes de la biología molecular es la terapia génica, que consiste en corregir defectos genéticos utilizando técnicas de edición de genomas. Se espera que en el futuro, esta tecnología permita curar enfermedades hereditarias como la distrofia muscular y la hemofilia, así como también tratar trastornos neurodegenerativos como la enfermedad de Huntington y la enfermedad de Alzheimer.

Otra área en la que se espera un gran avance en la biología molecular es la biotecnología, que implica la manipulación de organismos vivos para producir productos útiles. Se espera que en el futuro, la biotecnología permita la producción de alimentos más nutritivos y sostenibles, así como también la producción de bioplásticos y biocombustibles.

Como se ha dicho, la biología molecular también está en el centro de la investigación sobre el cáncer, y se espera que en el futuro se desarrollen terapias más efectivas y personalizadas para tratar esta enfermedad. Se están investigando nuevos enfoques terapéuticos, como la inmunoterapia, que estimulan el sistema inmunológico para atacar las células cancerosas.

En el futuro, se espera que la biología molecular tenga un impacto aún mayor en la medicina personalizada. La capacidad de secuenciar el ADN de una persona con precisión cada vez mayor permitirá a los médicos predecir y prevenir enfermedades genéticas, así como también personalizar tratamientos y terapias basadas en las características únicas de cada paciente.

Bibliografía ► Definiciona.com (5 marzo, 2023). Definición y etimología de biología molecular. Recuperado de https://definiciona.com/biologia-molecular/