Download Diapositiva 1 - Mestre a casa

INGENIERÍA
GENÉTICA
Y
BIOTECNOLOGÍA
Historia
1919: Karl Ereky, ingeniero húngaro, utiliza por primera vez la palabra
biotecnología.
1965: El biólogo norteamericano R. W. Holley «leyó» por primera vez la
información total de un gen de la levadura compuesta por 77 bases, lo que
le valió el Premio Nobel.
1970: el científico estadounidense Har Khorana consiguió reconstruir en el
laboratorio todo un gen.
1973: Se desarrolla la tecnología de recombinación del ADN por Stanley
Cohen, y Herbert Boyer.
1976: Har Khorana sintetiza una molécula de ácido nucleico compuesta por
206 bases.
1976: Robert Swanson y Herbert Boyer crean Genentech, la primera compañía
de biotecnología.
1978: Nace Baby Louise, el primer bebé concebido mediante fecundación in
vitro.
1981: Primer diagnóstico prenatal de una enfermedad humana por medio del
análisis del ADN.
1982: Se crea el primer ratón transgénico (el "superratón"), insertando el gen
de la hormona del crecimiento de la rata en óvulos de ratona fecundados.
1982: Se produce insulina para humanos, la primera droga derivada de la
biotecnología.
1983: Se aprueban los alimentos transgénicos producidos por Calgene. Es la
primera vez que se autorizan alimentos transgénicos en Estados Unidos.
1983: Se inventa la técnica PCR, que permite replicar (copiar) genes
específicos con gran rapidez.
1985: se utiliza por primera vez la "huella genética" en una investigación
judicial.
1986: Se autorizan las pruebas clínicas de la vacuna contra la hepatitis B
obtenida mediante ingeniería genética.
1990: primer tratamiento con éxito mediante terapia génica en niños con
trastornos inmunológicos ("niños burbuja").
1990: fundación del Proyecto Genoma Humano.
1996: se completa la secuencia del genoma de un organismo eucariótico, la
levadura cervecera "Saccharomyces cerevisiae".
1997: Clonación del primer mamífero, una oveja llamada "Dolly".
2003: Cincuenta años después del descubrimiento de la estructura del ADN, se
completa la secuencia del genoma humano.
• La ingeniería genética puede definirse como
un conjunto de técnicas, nacidas de la Biología
molecular, que permiten manipular el genoma
de un ser vivo.
• La ingeniería genética es una técnica que
consiste en la manipulación, modificación e
introducción de genes en el genoma de un
individuo que carece de ellos.
Características de la ingeniería genética
Herramientas necesarias
para la manipulación de
genes
• Enzimas de restricción
• Vector de transferencia
Plásmidos de
Escherrichia coli
• ADN ligasas
ADN recombinante
Síntesis de ADN de forma artificial
Etapas de un proyecto de ingeniería genética
1. Localización y aislamiento
del gen que se desea transferir
3. Unión del ADN elegido
al ADN del vector.
4. Inserción del vector con
el gen transferido en la
célula hospedadora.
5.
2. Selección del vector
Multiplicación del
organismo transgénico.
Síntesis de insulina humana a partir de bacterias o levaduras,
para ello se incorpora a
Estos microorganismos
el gen humano que
Codifica la síntesis de
esta proteína
Clonación.
Clonar es hacer una copia idéntica de un
organismo.
Se hace con fines
Reproductivos
Tiene como
finalidad obtener
organismos
idénticos
Terapéuticos
Tiene como
objetivo curar
enfermedades y
regenerar tejidos
Clonación reproductiva: Dolly
El equipo de Ian Wilmut, del Instituto Roslin de Edimburgo
comunicó en 1997 que habían logrado una oveja por
clonación a partir de una célula diferenciada de un adulto.
Esencialmente el método (que aún presenta una alta tasa de
fracasos) consiste en obtener un óvulo de oveja, eliminarle
su núcleo, sustituirlo por un núcleo de célula de oveja adulta
(en este caso, de las mamas), e implantarlo en una tercera
oveja que sirve como “madre de alquiler” para llevar el
embarazo. Así pues, Dolly carece de padre y es el producto
de tres "madres": la donadora del óvulo contribuye con el
citoplasma (que contiene, además mitocondrias que llevan
un poco de material genético), la donadora del núcleo (que
es la que aporta la inmensa mayoría del ADN), y la que
parió, que genéticamente no aporta nada.
Dolly (1997-2003), la
primera oveja obtenida
por clonación a partir de
células adultas
1. Los investigadores cogieron
células de la glándula mamaria
de una oveja adulta.
2. Cogieron óvulos no fertilizados
de otra oveja y les extrajeron en
núcleo.
3. Insertaron 277 núcleos de la
células adultas en otros tantos
óvulos. Sólo 29 sobrevivieron.
4. Los 29 óvulos se implantaron en
el útero de 13 ovejas nodrizas.
Sólo una quedo preñada y parió
a Dolly
Un laboratorio de Texas clona al primer animal doméstico
"Copycat"
es el primer gatito nacido mediante clonación"
El experimento abre las puertas de la clonación
masiva de animales domésticos, un fin sin
explorar
cuya
sola
posibilidad
había
desencadenado ya el almacenamiento de células
de mascotas por parte de sus ricos propietarios
En España se clona al primer toro de lidia
Clonación terapéutica con células
madre
se podría utilizar para curar a una persona que necesite
el trasplante de células, tejidos y órganos. El embrión se
utiliza como fuente de células madre embrionarias
(pluripotentes)
REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA, TÉCNICA PCR
• Permite obtener grandes cantidades de ADN a partir de una muestra muy pequeña
Aplicaciones:
• Obtención de cantidad suficiente de ADN para su secuenciación (leer el
orden de las bases nitrogenadas) y poder determinar si existe alguna
mutación o simplemente conocer la disposición normal de las bases (se
utiliza en el estudio de los genomas)
• Análisis de ADN fósil
• Estudios de parentesco evolutivo: el grado de similitud en el ADN permite
establecer relaciones de parentesco entre especies
• Identificación de especies
• Determinación de huellas genéticas, permite obtener suficiente cantidad de
ADN a partir de muestras pequeñas (gotas de sangre, semen, bulbo de
cabello, restos de piel) para poder realizar estudios comparativos
(investigaciones policiales, medicina forense, pruebas de paternidad)
UNIDAD
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El fragmento de ADN que se
desea amplificar se calienta
para que las dos hebras se
separen.
Las hebras separadas se
enfrían y se tratan con
ADN polimerasa y
nucleótidos para formar las
cadenas complementarias
de cada hebra de ADN.
Así se realiza la técnica PCR
ADN polimerasa
Calentamiento
Nucleótidos
Se inicia un nuevo
ciclo en el que los
fragmentos de
partida son los dos
fragmentos de ADN
formados en el ciclo.
Calentamiento
ADN polimerasa
Se forman las
cadenas
complementarias de
ADN de las hebras
separadas.
Enfriamiento
Nucleótidos
Después de 20 ciclos de este proceso, se logra
disponer de más de un millón de copias de la
molécula.
Enfriamiento
SECUENCIACIÓN
• Consiste en poder determinar la secuencia de nucleótidos (de bases
nitrogenadas) de un fragmento de ADN
• Permite identificar posibles mutaciones
diagnosticar enfermedades
asociadas a estas mutaciones: DIAGNÓSTICO MOLECULAR
• El diagnóstico molecular permite diagnosticar la enfermedad antes de que
se manifieste clínicamente lo cual puede permitir un mejor control de la
misma.
• Se utiliza en el diagnóstico prenatal, en el consejo genético y en la selección
de embriones para evitar enfermedades hereditarias
• En investigación forense, por ejemplo, identificación de individuos o en
pruebas de paternidad.
• En medio ambiente, por ejemplo, para la identificación de especies
animales y vegetales, la conservación de recursos genéticos animales, la
identificación de organismos genéticamente modificados, la identificación de
especies bacterianas
Aplicaciones de la ingeniería genética
a) Aplicaciones médicas
–
-
Producción de sustancias con efecto terapéutico.
Técnicas de diagnóstico clínico.
Terapia génica.
Trasplantes de órganos.
b) Aplicaciones agropecuarias.
– Plantas transgénicas. Alimentos transgénicos.
– Animales transgénicos.
c) Otras
– Aplicaciones de la PCR y otras técnicas para clonar genes,
hacer estudios evolutivos, arqueológicos, forenses...
– Industria alimentaria:aditivos alimentarios,
– En el medio ambientedetección de fraudes, elaboración de
productos lácteos y vinos...
ORGANISMOS TRANSGÉNICOS
Microorganismos transgénicos
Producción de alimentos
Eliminación de basuras
Obtención de materias primas para la industria
Descontaminar lo que las industrias han contaminado
Animales de granja
(cerdos, ovejas, borregos)
"biorreactores“ de proteínas terapéuticas humanas en
su leche (antitripsina, factor VIII de coagulación…)
Plantas transgénicas "nueva revolución verde“
Resistentes a sequías, a herbicidas o a plagas de insectos,
Maduración tardía o con características para mantener el color y
sabor después de congelación
Ejemplos : algodón, la soja, la papa, el tomate y al maíz
LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS
Cromosómicas: Se producen por un cambio que
afecta a cromosomas completos o a fragmentos
Enfermedades
genéticas
hereditarias
Monogénicas: Los cambios están en un único
gen que se hereda como cualquier característica
Síndrome de Down (trisomía 21)
Fibrosis quística: Alelo mutante
Pueden
o causadas
por problemas en la
recesivoser
en heredadas
el cromosoma
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formación de gametos
Las enfermedades genéticas debidas a un solo gen defectuoso
ascienden a más de 4000, de las cuales 345 afectan al
cromosoma X, por lo que serán transmitidas a los niños varones,
si su madre posee uno de esos defectos genéticos.
La terapia génica está siendo considerada la cuarta revolución
de la medicina (después de las medidas de salud pública, la
anestesia, y las vacunas y antibióticos). Para su aplicación se
siguen dos estrategias:
a) Insertar una copia sana de un gen en las células del
paciente con una enfermedad genética, para compensar el
efecto del gen defectuoso ( esto se consiguió con una niña que
tenía una inmunodeficiencia grave).
b) Introducir un gen especialmente diseñado para que
proporcione una nueva característica a las células (por
ejemplo, introducir en linfocitos un gen que produzca un
inhibidor del virus del sida en pacientes afectados por el VIH).
Animales transgénicos
Salmón: Crece entre 6 y 8 veces más que un salmón
normal. Se le han incorporado dos genes.
Un gen de un pez plano del Ártico
que no interrumpe su crecimiento
en invierno
Otro gen del propio salmón modificado
que no interrumpe la producción del
hormona del crecimiento cuando el pez
llega a la madurez
frankenfish
Biorremediación
La naturaleza tiene una cierta capacidad de limpieza de los elementos
contaminantes. Microorganismos como levaduras, hongos o bacterias degradan
una gran cantidad de sustancias tóxicas, reduciendo su carácter nocivo o incluso
volviéndolas inocuas para el medio ambiente y la salud humana.
La biorremediación consiste en acelerar este proceso natural para mitigar la
contaminación ambiental.
Los expertos en ingeniería genética creen
que la utilización de organismos modificados
genéticamente traerá un mayor desarrollo de
la biorremediación.
Los ejemplos son muy variados:
• La introducción de un gen en el organismo
específico para el vertido.
• El desarrollo de cepas biosensoras
luminiscentes, que permitirían monitorizar
el proceso de degradación.
• La creación de plantas transgénicas para
limpiar suelos contaminados.
Los alimentos transgénicos
Soja resistente a
herbicidas
Café más
aromático y con
menos cafeína
Maíz resistente
a insectos
Resistencia a
herbicidas e insectos
Arroz que produce
provitamina A
Mejora de la
calidad
Patatas que inmunizan
contra enfermedades
Tomate Flavr Svr
Retraso en la
maduración
Producción de
sustancias
LOS ALIMENTOS TRANSGÉNICOS
Riesgos de la biotecnología
Pérdida de
diversidad genética
Pérdida de diversidad cultivada, invasión
de ecosistemas naturales
Paso de genes
transferidos a
especies silvestres o
tradicionales
Maleza resistente a herbicidas o
bacterias resistentes a antibióticos
Efectos perjudiciales
sobre la salud
Se han descrito problemas alérgicos.
Hay gran desconocimiento
Aumento de la
dependencia de
países en desarrollo
Proyecto genoma humano
• El proyecto genoma humano fue un proyecto
que tenía como objetivo la secuenciación de
todo el ADN de un ser humano.
• Secuenciar un genoma significa determinar el
orden en que se disponen los cuatro nucleótidos
que forman el ADN a lo largo de todas las
moléculas que contiene cada célula.
• El ADN humano contiene 3.000 millones de
nucleótidos lo cual significaba una dura tarea.
El proyecto genoma humano ha permitido
conocer muchas cosas:
• Cuantos genes tenemos (30.000)
• Como son de grandes, unos 3.000 nucleótidos
de media.
• Qué proporción de nuestro ADN da lugar a
proteínas (2 %)
• Como se organizan los genes en nuestro ADN
• En que se diferencia nuestro ADN del de otras
especies.
• Que diferencias hay entre los distintos humanos,
el 0’1 %.
• Gracias al conocimiento del genoma
humano será posible en el futuro
conocer mejor algunas enfermedades
y:
1.- Diagnosticar mejor
2.- Aplicar un tratamiento adecuado
3.- Prevenir la aparición de estas
enfermedades.