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La ingeniería genética es una técnica que consiste en la introducción de
genes en el genoma de un individuo que carece de ellos.
Se realiza a través de las enzimas de restricción que son capaces de
"cortar" el ADN en puntos concretos. Se denomina ADN recombinante al
que se ha formado al intercalar un segmento de ADN extraño un ADN
receptor. Por ejemplo, la integración de un ADN vírico en un ADN celular.
La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas, entre
las que destacan:




la tecnología del ADN recombinante: con la que es posible aislar y
manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro.
La secuenciación del ADN: Técnica que permite saber el orden o secuencia
de los nucleótidos que forman parte de un gen.
la reacción en cadena de la polimerasa (PCR): con la que se consigue
aumentar el número de copias de un fragmento determinado de ADN, por lo
tanto, con una mínima cantidad de muestra de ADN, se puede conseguir
toda la que se necesite para un determinado estudio.
las aplicaciones de la ingeniería genética: Son numerosas las aplicaciones
prácticas y comerciales de la ingeniería genética.
Se abre un campo que nos ofrece además la posibilidad de utilizar plantas y
animales transgénicos así como microorganismos modificados genéticamente
para producir fármacos u otros productos de utilidad para el hombre, entre
los que se pueden citar: la insulina humana, la hormona del crecimiento,
interferones, la obtención de nuevas vacunas o la clonación de animales. Una
puerta abierta que no nos debe hacer olvidar el impacto perjudicial que un
uso inadecuado podría provocar en el ser humano y en el propio planeta.
La ingeniería genética puede definirse como un conjunto de
técnicas, nacidas de la Biología molecular, que permiten
manipular el genoma de un ser vivo.
1
Esta tecnología nos permite obtener fragmentos de ADN en cantidades
ilimitadas, que llevará además el gen o los genes que se desee. Este ADN
puede incorporarse a las células de otros organismos (vegetales, animales,
bacterias...) en los que se podrá "expresar" la información de dichos genes.
(De una manera muy simple podemos decir que "cortamos" un gen humano y
se lo "pegamos" al ADN de una bacteria; si por ejemplo es el gen que regula
la fabricación de insulina, lo que haríamos al ponérselo a una bacteria es
"obligar" a ésta a que fabrique la insulina. Por lo tanto en la tecnología del
ADN recombinante podemos diferenciar cuatro etapas básicas:
1.
Corte específico del ADN en fragmentos pequeños y manejables
mediante la utilización de un tipo de enzimas conocidas como enzimas de
restricción que pueden considerarse como las "tijeras moleculares". Estas
enzimas se aislaron en bacterias y se identifican con distintos nombres,
siendo lo característico de ellas estos dos principios:
o Cada enzima de restricción reconoce una secuencia específica de
nucleótidos y corta en ese punto cada una de las cadenas de ADN.
o Los extremos libres que quedan se llaman extremos pegajosos,
porque pueden unirse a otros fragmentos de ADN que hayan sido
cortados por la misma enzima de restricción.
En los siguientes dibujos puede verse como actuarían estas
enzimas.
En este esquema se indica el lugar en el que corta la enzima de
restricción. Se aprecia la actuación en ambas hebras.
2
En este esquema se ve el resultado de la actuación de la enzima de restricción.
Ha quedado rota la molécula de ADN, quedando unos bordes pegajosos por donde
puede unirse este ADN, con otro aunque sea de una especie diferente.
Los fragmentos obtenidos después de la actuación de las distintas enzimas
de restricción, se pueden separar por tamaños, es decir, según el número de
pares de nucleótidos que llevan, mediante la técnica de electroforesis y así
estudiar los distintos trozos. Según donde se hallen las secuencias de
reconocimiento, un gen determinado puede estar fragmentado en varios
trozos, o bien un trozo puede contener varios genes, posibilidades que hay
que confirmar.
En el proceso de la electroforesis se prepara una mezcla de fragmentos de
ADN y se ponen en distintas soluciones. Los fragmentos se desplazan en
relación inversa con su tamaño, los fragmentos más pequeños se mueven
rápidamente, mientras que los grandes lo hacen muy lentamente.
2
Inserción de los fragmentos de ADN. Esta inserción se realiza en
vectores de clonado, que son los agentes transportadores capaces de introducirlos
en las células hospedadoras. Los vectores de clonación son pequeñas moléculas de
ADN,
que
tienen
capacidad
para
autorreplicarse
dentro
de
las
células
hospedadoras. Se utilizan con frecuencia dos tipos de vectores de clonación:
plásmidos y virus.
3
Plásmidos. Son moléculas de ADN circular, con un tamaño menor que el del
cromosoma. Se replican con independencia del cromosoma bacteriano ya que tienen
su propio origen de replicación.
En esta secuencia de dibujos se puede ver
como se realiza la inserción de un gen en un
plásmido.
En la figura a tenemos un gen(color rojo)
que interesa insertar en un plásmido (color
turquesa)
Figura a
En la figura b, vemos como una enzima de restricción ha
cortado el gen y el plásmido, quedando unos bordes
cohesivos o pegajosos.
Figura b
Figura c

La unión del ADN que contiene el
gen que se desea clonar con el
vector de clonación, se realiza por
medio
de
otras
enzimas,
denominadas ADN-ligasas, que
unen ambos trozos de ADN. El
resultado es una molécula de ADN
recombinante, ya que contiene
fragmentos de ADN de distinta
procedencia.
Bacteriófagos. El proceso es similar, se trata de insertar el gen deseado en
un fragmento de ADN vírico (figura d) Posteriormente se ensamblarán las
distintas partes del virus (figura e). Así quedará el virus completo (figura
f). En el siguiente paso se insertará este ADN por el proceso de la
TRANSDUCCIÓN.
4
figura e
figura f
figura d
 Cósmidos. Son plásmidos que contienen el fragmento de ADN deseado que posee
un borde cohesivo procedente del genoma del fago lambda (extremo cos) y se
empaqueta en el interior de un fago. Se construye el cósmido uniendo los tres
elementos génicos, y el resultado final es poder introducir en la célula receptora
fragmentos largos de ADN.
Además del origen de replicación, los vectores de clonación deben llevar
otros genes denominados marcadores, que sirven para identificar las células
que contienen el vector de clonación. Se suelen utilizar como marcadores,
genes de resistencia a antibióticos y genes de bioluminiscencia.


Genes de resistencia a antibióticos. Sirven para identificar bacterias que
contienen el vector de clonación, porque estas bacterias serán resistentes
al antibiótico del gen marcador.
Genes de luminiscencia. En este caso, la célula que contenga el gen que se
quiere clonar, tendrá la propiedad de emitir luz, ya que el marcador que se
le incorpora determina que se exprese esa característica. Este sistema se
emplea cuando la célula hospedadora es una célula eucariota.
5
3
Métodos de introducción del vector. El siguiente paso será introducir
el vector de clonación que contiene el gen que se quiere clonar en la célula
hospedadora, para que ésta, al multiplicarse, origine un clon celular que lleve el gen
concreto.
Existen varios métodos que dependerán del tipo de célula fundamentalmente.
En bacterias (células procariotas), mediante estos procesos:

Transformación. Ocurre espontáneamente en ciertos tipos de bacterias
y se consigue artificialmente sometiendo a la célula bacteriana a
tratamientos físicos y químicos. La célula capta moléculas de ADN que se
encuentran en el medio externo, las introduce en su interior y las incorpora
a su genoma.

Transducción. Este método consiste en introducir el ADN en la célula
hospedadora mediante un virus, utilizando como vector de clonación el
genoma del virus. En la siguiente figura puede verse el proceso en tres
etapas. El número 1 corresponde al virus aproximándose a una bacteria. Se
puede observar cómo lleva un genoma ya con el gen que interesa clonar. El
siguiente momento 2, corresponde al contacto entre el virus y la pared
bacteriana, en cuya zona de contacto se produce un poro por donde como
vemos en la etapa 3, el virus inyecta su ADN al interior de la célula
bacteriana.
4
Clonado del ADN. Una vez que se ha conseguido la población de bacterias
transformadas, (recuerda que llevan además del gen de interés un gen por ejemplo
de resistencia a un antibiótico por ejemplo un gen de resistencia a la ampicilina),
por lo que las bacterias que se consideran transformadas, serán aquellas que
sobrevivan.
El siguiente paso es poner a las bacterias en un medio de cultivo apropiado para que
se multipliquen. A la vez que se reproducen las bacterias lo hace también el
plásmido con el gen que interesa, el resultado es que se obtiene un
clon de células
que llevan todas ese gen de interés. Se pueden formar por tanto diferentes clones
con genes de interés para el hombre. Este conjunto de clones se denomina
biblioteca genómica.
6
Otra técnica propia de la Ingeniería Genética es la determinación de la
secuencia de nucleótidos de un ADN, conocida como secuenciación de dicho
ácido nucléico. Se ha conseguido gracias a las enzimas de restricción y a la
posibilidad de obtener numerosas copias de un ácido nucléico por clonación.
El método más usado para la secuenciación es el conocido como técnica de
terminación de cadena de Sanger, la cual se ha perfeccionado
conociéndose actualmente como la técnica del didesoxi.
Se denomina así por ser necesario los didesoxirribonucleótidos (figura 1),
que han perdido su grupo alcohol OH del carbono 3'. En la figura 2 vemos un
nucleótido normal con el grupo alcohol en el carbono 3'.
Figura 1
Figura 2
Como los nucleótidos se unen por este grupo OH del carbono 3', hay que
pensar que si nos encontramos con un didesoxinucleótido será imposible que
se una otro nucleótido y la cadena terminará aquí. Figura 3 (Es necesario
tener esto presente para comprender la técnica del didesoxi)
Figura 3
7
Abreviadamente,
éste
sería
el
método
a
seguir:
Como la técnica se basa en la síntesis de ADN, para hacer la reacción de
secuenciación se necesita:

Como "molde" se utiliza una de las cadenas del fragmento de ADN que
se va a secuenciar.

Como "cebador" para iniciar la síntesis, se necesita un corto
oligonucleótido complementario del extremo de la cadena.

desoxinucleótidos de las cuatro bases: dAMP, dTMP, dGMP, dCMP.
didesoxinucleótidos de una base en cada una de las cuatro reacciones
de secuenciación.

Al añadir la ADN-polimerasa, comienza la polimerización en el cebador, pero
cesa el incorporarse un didesoxinucleótido (Figura 4).
Figura 4
8
Se produce un conjunto de cadenas dobles cuyas longitudes dependen de la
situación del didesoxinucleótido incorporado. En el caso expuesto en el
dibujo, esta reacción de secuenciación se hace con un didesoxi de
ADENINA, lo que significa que cuando se incorpore esta Adenina no podrá
continuarse la polimerización de nuevos nucleótidos, nos queda por tanto un
pequeño fragmento de ADN que termina en la ADENINA, lo que nos dice
que en el ADN original, en ese lugar estará el nucleótido complementario
que lleva TIMINA.
En el caso expuesto deducimos tres fragmentos con 5, 10 y 14 nucleótidos
(sin contar el cebador) en cuyos extremos tenemos ADENINA, nos permite
interpretar que en el ADN original, en esas situtaciones tendremos
TIMINA.
Deben prepararse cuatro reacciones de secuenciación, cada una con un
didesoxi distinto. Los fragmentos resultantes se separan por tamaño
mediante electroforesis, se autorradiografían, y la sucesión de bandas de
cada una de las cuatro reacciones, comparándolas entre sí, dan la secuencia
del ADN. (Figura 5)
9
Es una técnica que permite duplicar un número ilimitado de veces un
fragmento de ADN en un tubo de ensayo. Mediante esta técnica pueden
generarse millones de moléculas idénticas, a partir de una molécula de ADN.
Esto
se
puede
conseguir
en
unas
horas.
La reacción es muy sencilla, necesita cantidades de ADN muy pequeñas y
sólo se precisa un tubo de ensayo, algunos reactivos, una fuente de calor y
unas pequeñas cadena de nucleótidos que actúan como cebadores.
La reacción es un proceso cíclico:
1. La molécula de ADN que va a copiarse se calienta para que se
desnaturalice y se separe las dos hebras.
2. Cada una de las hebras es copiada por la ADN-polimerasa. (Se utiliza la
ADN-polimerasa de una bacteria que vive en aguas termales, Thermus aquaticus, así
la enzima puede trabajar a altas temperaturas).
3. Las cadenas recién formadas son separadas de nuevo por el calor y
comienza otro nuevo ciclo de copias. Estos ciclos se repiten hasta que
se obtiene el número de copias deseado.
APLICACIONES DE LA PCR
1. Secuenciación: Una de las razones más comunes para el uso de la PCR
es la formación de suficiente cantidad de ADN molde para su
10
secuenciación. Es mucho más sencillo y rápido que la clonación en
células.
2. Estudios evolutivos: Mediante la PCR se pueden amplificar genes de
organismos ya extinguidos, como del mamut, o restos antiguos
humanos. Se pueden comparar estos genes con los genes semejantes
de organismos actuales y poder reconstruir árboles filogenéticos.
El PCR también se ha utilizado para conseguir el mapa del genoma
humano.
3. Huellas dactilares del ADN: La determinación de las huellas
dactilares genéticas constituye una de las aplicaciones más
interesantes de la PCR. Mediante esta técnica es posible comparar
muestras diferentes de ADN para comprobar si pertenecen al mismo
individuo
o
no,
o
si
existe
parentesco
entre
ellas.
Esta técnica se aplica actualmente en Medicina forense e
investigaciones policiales, con el fin de identificar individuos a partir
de muestras biológicas, como sangre, semen, piel o cabellos. También
se utiliza en las pruebas de paternidad.
1. OBTENCIÓN DE PROTEINAS DE MAMÍFEROS
Una serie de hormonas como la insulina, la hormona del crecimiento,
factores de coagulación, etc., tienen un interés médico y comercial
muy grande. Antes, la obtención de estas proteínas se realizaba
mediante su extracción directa a partir de tejidos o fluidos
corporales.
En la actualidad, gracias a la tecnología del ADN recombinante, se
clonan los genes de ciertas proteínas humanas en microorganismos
adecuados para su fabricación comercial. Un ejemplo típico es la
producción de insulina que se obtiene a partir de la levadura
Sacharomyces cerevisae, en la cual se clona el gen de la insulina
humana.
2. OBTENCIÓN DE VACUNAS RECOMBINANTES
El sistema tradicional de obtención de vacunas a partir de
microorganismos patógenos inactivos, puede comportar un riesgo
potencial. Muchas vacunas, como la de la hepatitis B, se obtienen
actualmente por ingeniería genética. Como la mayoría de los factores
11
antigénicos son proteinas lo que se hace es clonar el gen de la
proteina correspondiente.
3. DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES DE ORIGEN GENÉTICO:
Conociendo la secuencia de nucleótidos de un gen responsable de una
cierta anomalía, se puede diagnosticar si este gen anómalo está
presente en un determinado individuo. En el siguiente dibujo se
explica brevemente la base del diagnóstico.
12
4. OBTENCIÓN DE ANTICUERPOS MONOCLONALES.
Este proceso abre las puertas para luchar contra enfermedades como
el cáncer y diagnosticarlo incluso antes de que aparezcan los primeros
síntomas.

Mediante la ingeniería genética han podido modificarse las
características de gran cantidad de plantas para hacerlas más útiles
al hombre, son las llamadas plantas transgénicas. Las primeras
plantas obtenidas mediante estas técnicas fueron un tipo de tomates,
en los que sus frutos tardan en madurar algunas semanas después de
haber sido cosechados.
Entre los principales caracteres que se han transferido a vegetales o se han
ensayado en su transfección, merecen destacarse:
o Resistencia a herbicidas, a insectos y a enfermedades
microbianas. Ya se dispone de semillas de algodón, que son insensibles
a herbicidas. Para la resistencia a los insectos se utilizan cepas de
Bacillus thuringiensis que producen una toxina (toxina - Bt) dañina
para las larvas de muchos insectos, de modo que no pueden
desarrollarse sobre las plantas transgénicas con este gen. Respecto a
los virus se ha demostrado que las plantas transgénicas con el gen de
la proteina de la cápsida de un virus, son resistentes a la invasión de
dicho virus.
o
Incremento del rendimiento fotosintético: Para ello se
transfieren los genes de la ruta fotosintética de plantas C4 que es
más eficiente.
o
Mejora en la calidad de los productos agrícolas: Tal
es el caso de la colza y la soja transgénicas que producen aceites
modificados, que no contienen los caracteres indeseables de las
plantas comunes.
o
Síntesis de productos de interés comercial: Existen ya
plantas transgénicas que producen anticuerpos animales, interferón, e
incluso elementos de un poliéster destinado a la fabricación de
plásticos biodegradables
o
Asimilación de nitrógeno atmosférico: Aunque no hay
resultados, se ensaya la transfección del gen nif responsable de la
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nitrogenasa, existente en microorganismos fijadores de nitrógeno, y
que permitiría a las plantas que hospedasen dicho gen, crecer sin
necesidad de nitratos o abonos nitrogenados, aumentando la síntesis
de proteinas de modo espectacular.
La transgénesis se puede definir como la introducción de ADN extraño en
un genoma, de modo que se mantenga estable de forma hereditaria y afecte
a todas las células en los organismos multicelulares. Generalmente, en
animales, el ADN extraño, llamado transgen, se introduce en zigotos, y los
embriones que hayan integrado el ADN extraño en su genoma, previamente
a la primera división, producirán un organismo transgénico; de modo que el
transgén pasará a las siguientes generaciones a través de la linea germinal
(gametos).
Entre las aplicaciones de los animales transgénicos se pueden destacar:





La posibilidad de estudiar a nivel molecular el desarrollo embrionario
y su regulación.
Manipular de forma específica la expresión génica in vivo.
Estudiar la función de genes específicos.
Poder utilizar a mamíferos como biorreactores para la producción de
proteinas humanas.
La corrección de errores innatos de metabolismo mediante terapia
génica.
La transgénesis puede efectuarse siguiendo dos estrategias distintas:
1. Transgénesis por microinyección de zigotos
2. Transgénesis por manipulación de células embrionarias.
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Oveja Dolly
La oveja Dolly (5 de julio de 1996 - 14 de febrero de 2003) fue el primer mamífero
clonado a partir de una célula adulta. Sus creadores fueron los científicos del Instituto
Roslin de Edimburgo (Escocia), Ian Wilmut y Keith Campbell. Su nacimiento no fue
anunciado hasta siete meses después, el 23 de febrero de 19971 .

Vida de Dolly
Dolly fue en realidad una oveja resultado de una transferencia nuclear desde una célula
donante diferenciada a un óvulo no fecundado y enucleado (sin núcleo), implantado
después en una hembra portadora. La célula de la que venía Dolly era una célula ya
diferenciada o especializada, procedente de un tejido concreto —la glándula mamaria—
de un animal adulto (una oveja Fin Dorset de seis años), lo cual suponía una novedad,
hasta ese momento se creía que sólo se podían obtener clones de una célula
embrionaria, es decir no especializada. Cinco meses después nacía Dolly, que fue el
único cordero resultante de 277 fusiones de óvulos enucleados con núcleos de células
mamarias.
Dolly vivió siempre en el Roslin Institute. Allí fue cruzada con un macho Welsh
Mountain para producir seis crias en total. De su primera parición nace "Bonnie", en
abril de 1998.1 Al año siguiente, Dolly produce mellizos: "Sally" & "Rosie", y en el
siguiente parto trillizos: "Lucy", "Darcy" & "Cotton".2 En el otoño de 2001, a los cinco
años, Dolly desarrolla artritis comenzando a caminar dolorosamente, siendo tratada
exitosamente con drogas antinflamatorias.3
Deceso
El 14 de febrero de 2003 (7 años), Dolly fue sacrificada debido a una enfermedad
progresiva pulmonar.4 Piénsese que un animal de la raza Finn Dorset como era Dolly
tiene una expectativa de vida de cerca de 11 a 12 años, pero Dolly vivió solo seis años.
La necropsia mostró que tenía una forma de cáncer de pulmón llamada Jaagsiekte, que
es una enfermedad común de ovejas, y es causada por el retrovirus JSRV.5 Los técnicos
de Roslin no han podido certificar que haya conexión entre esa muerte prematura y el
ser clon, pues otras ovejas de la misma manada sufrieron y murieron de la misma
enfermedad.4 Tales enfermedades pulmonares son un particular peligro en las
estabulaciones internas, como fue la de Dolly por razones de seguridad.
Sin embargo, algunos han especulado que había un factor agravante al deceso de Dolly
y era que tenía una edad genética de seis años, la misma edad de la oveja de la cual fue
clonada.6 Una base para esta idea fue el hallazgo de sus telómeros cortos, que
típicamente es resultado del proceso de envejecimiento.7 8 Sin embargo, el Roslin
Institute ha establecido que los controles intensivos de su salud no revelaron ninguna
anormalidad en Dolly que pudieran pensar en envejecimiento prematuro.6
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PROYECTO GENOMA HUMANO
El 26 de junio de 2000 es ya una fecha para la historia de la humanidad. Tras 10 años de
intensa investigación, el genoma humano, considerado el auténtico libro de la vida, ha
sido descifrado en sus partes esenciales.
Este logro, que abre una nueva era en la lucha contra las enfermedades, fue anunciado
consecutivamente en China, Japón, Francia, Alemania, el Reino Unido y Estados
Unidos. Para conseguir este hito, que corona un siglo de investigación biológica, el
proyecto público internacional y el privado de la empresa estadounidense PE Celera
Genomics abandonaron la pugna que mantenían y decidieron anunciarlo conjuntamente
en la Casa Blanca, en una ceremonia presidida por el presidente Bill Clinton
El Proyecto Genoma Humano comenzó en 1990 en los Estados Unidos con un
presupuesto de 375.000 millones de pesetas y un plazo de 15 años, con el objetivo de
analizar
molecularmente
la
herencia
genética
humana.
Se trata de realizar mapas de cada uno de los cromosomas humanos. Implica dividir los
cromosomas en pequeños fragmentos que puedan ser caracterizados y posteriormente
ordenados en el cromosoma.
Este proyecto supone la realización de dos tipos de mapas:

Mapas genéticos: Estos mapas simplemente indican la posición relativa de los
diferentes genes. Para esta confección se están estudiando la transmisión de
caracteres hereditarios, capaces de ser objetivados de una generación a otra en
grandes familias. Por ejemplo, en Estados Unidos se han localizado muchos
genes gracias a estudios realizados en comunidades mormonas, cuya endogamia
es notoria. En 1994 se terminó el primer mapa genético de todo el genoma
humano.

Mapas físicos: De mayor resolución, pues muestra la secuencia de nucleótidos
en la molécula de ADN que constituye el cromosoma. Se obtiene la secuencia de
nucleótidos de un gen. Se realiza fundamentalmente mediante la electroforesis
en geles de distintos fragmentos de ADN y la ayuda de ordenadores.
El completar este mapa se ha conseguido cinco años antes de lo que se esperaba.
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