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Tema 10: Ingeniería Genética y
Biotecnología
Conceptos de: Ingeniería Genética,
enzimas de restricción, clonación de
genes y vectores de clonación.
Microorganismos utilizados.
Aplicaciones de la Ingeniería Genética:
Médicina, Agricultura y Ganadería
Yolanda Loarce Tejada
Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad
¿Qué es la Ingeniería Genética?
Es el conjunto de técnicas derivadas de la
Biología Molecular, que permiten manipular el
genoma de los seres vivos
Aplicación de los
conocimientos de la
Ingeniería Genética
Biotecnología
Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad
La Ingeniería Genética es
posible porque:
Adenina
Bases
nitrogenadas Citosina
El ADN de todos los
organismos tiene la
misma composición
y estructura
Apareamiento:
G:C
A:T
Timina
Guanina
Esqueleto
Azúcar- Fosfato
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Arber descubre las enzimas de restricción (1968)
Son las “tijeras moleculares”
que cortan el ADN por sitios
específicos
T2
E. coli
Las bacterias las utilizan como
defensa frente a la infección vírica
Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad
3’
5’
A T
G C
5’
3’
EcoRI
3’
5’
5’
3’
Extremos
cohesivos
Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad
ADN 1
ADN 2
ligasa
ADN
recombinante
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La tecnología del ADN recombinante permite la
CLONACIÓN de fragmentos de ADN
ADN
recombinante
CLONACIÓN
Las bacterias son las encargadas de multiplicar los ADNs que se quieren clonar
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Para clonar un fragmento de ADN precisamos la
ayuda de las BACTERIAS
plásmido
Escherichia coli
Genoma
bacteriano
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Los plásmidos se utilizan como
VECTORES DE CLONACIÓN
ligasa
Crecimiento
en medio de
cultivo
ADN recombinante
Microorganismos
transgénicos
¿Cómo se introduce el ADN recombinante en
el interior de la bacteria?
1
2
ºC
La tasa de entrada o “TRANSFORMACIÓN” espontánea es
muy baja. Para aumentar el rendimiento se recurre a
tratamientos químicos y físicos
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Los virus también se utilizan para introducir ADN en
el interior de las células
T2
E. coli
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Extremos cos
del fago
ADN vírico
Gen para
clonar
DNA recombinante
Proteínas de
la cubierta del
fago
Construcción de
fagos in vitro
Fagos con el gen
insertado
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Los cósmidos son vectores de clonación como
los plásmidos, con fragmentos (cos) que permiten
su empaquetamiento en el interior de los fagos
Formas replicativas de los cósmidos
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¿Cómo sabemos qué bacteria ha incorporado la
molécula recombinante?
Los vectores de
clonación llevan
genes chivatos
o delatores
Medio SIN
ampicilina
Amp
Medio CON ampicilina
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Bacillus
Spirulina
Bordetella
Staphylococcus
Clostridium
Streptococcus
Escherichia
Salmonella
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Aplicaciones de los microorganismos
transgénicos
Medicina: producción de Insulina humana, hormona del
crecimiento, vacunas y anticuerpos....
Medio Ambiente: desarrollo de microorganismos capaces de
degradar compuestos tóxicos o peligrosos…
Industria alimentaria: producción de edulcorante artificiales,
compuestos que se utilizan en panaderías, producción de
queso y cerveza....
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¿Cómo se obtienen las plantas transgénicas?
Mediante el
plásmido Ti de
Agrobacterium
tumefaciens
Se sustituye la región del plásmido que
produce el tumor o agalla de la corona por el
gen de interés. Este plásmido recombinante se
introduce en la bacteria.
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Partes de la planta se ponen en contacto con las
bacterias en medio de cultivo
Planta sensible
Las células que
incorporan el plásmido
crecen en un medio
especial o selectivo
Planta resistente
A partir de las células transformadas
se obtienen plantas adultas
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Para transformar plantas que no son atacadas por
Agrobacterium se recurre a la pistola o cañón de genes
Plásmido
recombinante
Pistola de
genes
Partícula
de oro
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Aplicaciones de la Biotecnología vegetal
Resistencia a herbicidas
Resistencia a plagas y a enfermedades
Mejoras de las propiedades nutritivas
Resistencia a sequía y frío (estrés abiótico)
Otras aplicaciones: producción de variedades coloreadas,
plantas transgénicas productoras de vacunas, etc...
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Genes cry de Bacillus thurigiensis y su aplicación en la
obtención de plantas resistentes a insectos
Bacillus thurigiensis es una bacteria
Gram-positiva del suelo, que en el
momento de la esporulación, forma
un cristal (cuerpo paraesporal) que
puede llegar a alcanzar el 40% del
peso seco de la célula.
Las proteínas que componen el
cristal se denominan proteínas Cry,
codificadas por los genes cry que
se encuentran en plásmidos de
gran tamaño (se conocen unos 130
genes y alrededor de 150
variedades alélicas).
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Modo de acción de las toxinas cry en las larvas de insectos
Ingestión
Solubilización
Activación
Bacillus Thurigiensis
Cristal
endotoxina
Algodón Bt
Septicemia
Muerte de la larva
Caderina
APN
Células
intestino medio
AMP
GDP GTP-Mg2+
ATP-Mg2+
Formación poros
membrana
Muerte celular
Señalización
celular
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¿Qué entendemos por CLONACIÓN animal?
clonar significa obtener uno o varios individuos a partir de una
célula o núcleo de otro individuo, de modo que los individuos
clonados son idénticos o casi idénticos al original.
Individuos idénticos
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Transgénesis y clonación en animales
Oveja que se
quiere clonar
Oveja donadora de
célula huevo
Medio de cultivo de
embriones
Oveja
descendiente
clónica
Oveja en cuyo útero se
desarrollará el embrión
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Aplicaciones de la clonación animal
• La eficiencia de clonación a partir de un animal adulto es muy baja, lo que
limita su aplicación en la industria agropecuaria.
Mejoramiento genético
Conservación de especies silvestres en peligro de extinción
Producción de animales transgénicos:
•Productores de fármacos por sangre leche u orina(Ej.
factor de coagulación IX humano)
• Producción de órganos de cerdo para xenotransplantes
• Producción de animales resistentes a enfermedades
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