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Departamento de Biología-Geología
I.E.S. Universidad Laboral de Málaga
MOLÉCULA DE
ADN
ESTRUCTURA DE UN GEN
Los promotores pueden ser genéricos o tejido específico
Promotores
Realzadores
Exones
Sitio de inicio de
la Transcripción
< 100Kb
Intrones
Sitio de terminación
de la Transcripción
Duplicación del ADN
AVANCES HISTÓRICOS DE
BIOLOGÍA MOLECULAR
1941 Genes codifican las proteínas
1944 Prueba que el ADN porta la información genética
1953 Determinación de estructura del ADN y de la Insulina
1956 Enfermedad monogénica sustitución de un aa cadena β-hemoglobina
1961 Código Genético, ARN mensajero, regulación génica
1967 Wise y Richardson aislaron ADN ligasa
1970 Smith y colegas aislaron y caracterizaron la Hind III
1972 Janet Mertz y Ron Davis cortaron y pegaron mol de ADN
1973 Stanley Cohen y H. Boyer pusieron ADNr en bacterias
1974 Demostración directa de delección génica humana
1975 Southern Blotting
1976 Proto-oncogenes
1977 Fred Sanger secuenció el virus de ADN Ф X174
1978 Biblioteca génica humana
1979 RFPL para diagnóstico prenatal, oncogenes celulares
AVANCES HISTÓRICOS DE
BIOLOGÍA MOLECULAR
1979-81 genes humanos clonados y secuenciados
1982 Tabaco, la primera planta modificada genéticamente
1983 Kary Mullis concibe el PCR / Fred Sanger y colegas
1985
1986
1987
1995
1996
1998
1999
2000
2001
publican la secuencia del λ lambda
Un “gen de enfermedad” aislado por clonación posicional
La secuenciación del ADN es automatizada
Inicia el Proyecto del Genoma Humano
Es secuenciado la bacteria Haemophillus influenzae
Es secuenciada la levadura Saccharomyces cerevisiae
Es secuenciado el nemátodo Caenorhabditis elegans
Es secuenciado el cromosoma 22 humano
Es secuenciada la mosca de la fruta D. melanogaster /
26 de junio se presenta 90% borrador genoma humano
Feb 2001 se completa el genoma humano.
Transferencia
de genes en
animales
BIOTECNOLOGÍA
Cultivo de
Células
Vegetales
Diagnósticos
Solución de
crimenes
Biología
Molecular
Tecnología
del ADN
Bancos de
ADN, ARN
Proteínas
Mapas de
Genomas
completos
.
Marcadores
Ingeniería Genética
Síntesis de Nuevas
Proteínas
Nuevos
Alimentos
Clonación
Producción de
Proteínas humanas
Nuevas
Plantas y
Animales
Recursos humanos
químicos raros
Nuevos
Antibióticos
Fármacos
Anti-cáncer
Terapia
Génica
Síntesis
de Sondas
de ADN
Localización
desórdenes
genéticos
• Cualquier proceso que sirva para obtener
bienes y servicios a partir de organismos vivos:
• Fermentación del pan
• Producción de yogur, queso, cerveza, vino
• Hibridación de especies para mejora de plantas y ganado
• El descubrimiento de la estructura del ADN y el
desarrollo de los procesos técnicos para
estudiarlo, se ha transformado en una
tecnología en si misma, con la que obtener
también bienes y servicios: Ingeniería genética
Tecnología del ADN
REACCIÓN EN
CADENA DE LA POLIMERASA
(PCR)
Amplifica una determinada secuencia o
fragmento de ADN. Separadas las hebras de
la cadena, la enzima polimerasa replica el
ADN
•Identificación paternidad
•Policía científica: huella genética
En 1983 Kary Mullis da a conocer esta técnica y en 1993 recibió el Premio Nobel de Química por este descubrimiento
Es un proceso cíclico
(cada ciclo consta de 3 pasos)
94ºC desnaturalización (separación
de las dos hebras de ADN)
50ºC Anillamiento de "cebadores"
72ºC copia de cada una de las
hebras de ADN por la ADN
polimerasa
35 ciclos
236= 68 billones de copias
Tecnología del ADN (identificación de paternidad)
MADRE
PADRE
NIÑO 1
NIÑO 2
NIÑO 3
NIÑO 4
Tecnología del ADN
GENÓMICA
Es el estudio del
genoma y su acción
El genoma es la suma total del material
genético presente en un organismo
1987 Inicia el Proyecto del Genoma Humano
El anuncio el 26 de junio de 2000, del borrador
del genoma humano en un 90%, marcó un hito
histórico para la humanidad.
2001 Feb 2001 se completa el genoma humano.
GENOMAS
Tecnología del ADN
El genoma de un organismo es el juego completo de ADN.
Borrador del 90% del genoma: con la secuenciación de
unos 30,000 genes y 3 mil millones de pares de bases.
Entre una persona y otra el ADN solo difiere en 0.2%
IDENTIDAD GENÉTICA
60%
De 289 genes
humanos
implicados en
enfermedades,
hay 177
cercanamente
similares a los
genes de
Drosophila.
20%
70%
95% idéntico
Humanos
30,000
genes
Chimpancé
30,000
genes
Ratón
30,000
genes
A. thaliana
25,000
genes
C. elegans
19,000
genes
D. melanogaster
13,000
genes
INGENIERÍA GENÉTICA O ADNr
Conjunto de técnicas capaces de
intervenir directamente sobre el
material genético y estructuras
moleculares responsables de transmitir
los caracteres hereditarios
Se pueden aislar genes, modificarlos,
introducirlos a nuevos hospedadores y
clonarlos para obtener una ventaja
novedosa sobre el organismo natural.
• ORGANISMOS TRANSGÉNICOS: los que se
desarrollan a partir de una célula en la que se ha
introducido un fragmento de ADN, procedente de otro
ser vivo, que se integra en su genoma. (Para
organismos pluricelulares)
• ORGANISMOS RECOMBINANTES: virus o bacterias
manipulados genéticamente.
• ADN RECOMBINANTE: fragmento de ADN constituido
de forma artificial con segmentos de ADN que pueden
proceder de cualquier célula
• ENZIMAS DE RESTRICCIÓN: enzimas que cortan el
ADN por lugares específicos y conocidos
APLICACIONES DE LA
INGENIERÍA GENÉTICA
• AGRICULTURA
• Plantas transgénicas: más resistentes a enfermedades, más productivas, mayor
riqueza en elementos nutritivos, retraso en maduración, que producen su propio
insecticida,…
• GANADERÍA y ACUICULTURA
• Animales transgénicos: aumentar la producción de carne o leche, obtención de
proteínas humanas, con crecimiento más rápido, ..
• APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES
• Biorremediación: recuperación de suelos y aguas con bacterias recombinantes
que degradan hidrocarburos
• Bioadsorción. Bacterias capaces de fijar en su superficie metales que interesa
retirar del medio
• BIOMEDICINA
•
•
•
•
•
Diagnóstico de enfermedades genéticas
Fabricación de productos farmacéuticos
Fabricación de vacunas
Terapia génica
Animales transgénicos en investigación
Ingeniería Genética
NUEVOS ANIMALES
• 1987 secreción de Beta-lactoglobulina
en leche de ratón.
• Producción de proteína C humana en
leche de cerdos, para desórdenes
como hemofilia.
• Hormonas de crecimiento humano en
tejido seminal de cerdo.
• Antitrombina humana III, anticoagulante sanguíneo secretada en
leche de cabras transgénicas.
• Cabras transgénicas para producir
BioSteel fibra hecha por el hombre
con propiedades de tela de araña.
Clonación de animales
(TRANSFERENCIA NUCLEAR DE CÉLULAS EMBRIONARIAS)
Ingeniería Genética
NUEVOS ALIMENTOS
ARROZ DORADO con beta
Caroteno, pigmentos que se
transforman
en pro-vitamina A al ser
ingeridos.
ARROZ fortificado con un gen de
la ferritina del frijol de soya.
ARROZ con aminoácidos
esenciales.
Ingeniería Genética
NUEVOS ALIMENTOS
Salmón transgénico por
hormona de crecimiento.
Crece de 4 a 6 veces más rápido que un salmón no
transgénico.
(ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).
Cerdo transgénico para el precursor de la hormona de
crecimiento
•Resistencia a herbicidas, insectos y enfermedades microbianas
El maíz transgénico de Novartis es resistente al herbicida Basta y también es
resistente al gusano barrenador europeo (contiene el Gen de resistencia a la
toxina Bt de Bacillus thuringiensis) produce su propio insecticida
Problemas:La toxina Bt en las plantas transgénicas tiene propiedades
sustancialmente diferentes a la toxina Bt en su forma natural.
La toxina puede ser transmitida a través de la cadena alimenticia, un
efecto que nunca ha sido observado en la toxina Bt en su forma natural.
Larvas de especies de insectos predadores benéficos (larvas verdes de
crisopa) murieron cuando fueron alimentadas con el gusano barrenador
europeo
Gold rice de Monsanto con color amarillo por los altos niveles de vitamina A
Mejora de la calidad de los productos agrícolas
Producción de aceites modificados
•Síntesis de productos de interés comercial
Anticuerpos animales, interferón, e incluso elementos de un poliéster destinado a la
fabricación de plásticos biodegradables
•Detección de mutaciones
Método de diagnóstico rutinario (relación entre enfermedad y mutación puntual)
•Secuenciación de ADNs fósiles
Posibilidad de aislar secuencias de ADN a partir de unas pocas copias (la mayoría
están dañadas o degradadas)
•Diagnóstico de enfermedades genéticas
Diagnóstico prenatal / Diagnóstico preimplantación de enfermedades hereditarias o
determinación del sexo del feto previamente a su implantación en procesos de
fecundación in vitro
•Identificación de especies y control de cruces entre animales
Para descubrir fraudes comerciales, tales como vender carne de una especie más
barata a los precios de otra más cara, o el comercio ilegal de especies en peligro
•Secuenciación de genomas
Conocimiento básico y aplicado de diferentes organismos (incluido el genoma humano)
1
Plásmido
Plásmidos
gen de resistencia
a la ampicilina
2
3
Extremos cohesivos
Molécula de ADN recombinante
Obtención de proteínas de interés médico, comercial, etc...
(insulina, hormona del crecimiento, factores de coagulación antes se obtenían
a partir de los tejidos que las producen o fluidos corporales)
Clonación
del gen de
la insulina
en
bacterias
Hormona de
crecimiento en vacas
transgénicas
Obtención de vacunas recombinantes
(aternativa al uso de organismos patógenos inactivos)
Extracción del ADN
del virus
Integración del
plásmido híbrido
en el núcleo de una
célula de levadura
ADN
plásmido
bacteriano
La levadura fabrica las
proteínas víricas
con poder inmunológico
Inyección de proteínas
víricas en un chimpancé
Diagnóstico de enfermedades de origen genético
Mediante ingeniería genética
se construye una sonda de
ADN, marcada (marcaje
fluorescente), con la
secuencia complementaria del
ADN enfermo
ADN sano
ADN enfermo
Conocimiento previo de
la secuencia de ADN
enfermo
Biochip
Microarray
DNAchip
ADN complementario
del ADN enfermo
DIAGNÓSTICO
Si aparecen bandas
fluorescentes
demuestra que la
persona presenta la
anomalía
¿Hibridación? Renaturalización
¿No hibridación? del ADN con la
sonda
fluorescente
Desnatura
lización
del ADN
ADN de la
persona que se
quiere
diagnosticar
16 de Febrero de 2001
Celera Genomics
Proyecto genoma humano
La secuencia del genoma es un atajo valioso: ayuda a los
científicos a encontrar los genes más fácil y rápidamente
y sienta las bases para averiguar la función de los genes
identificados
Beneficios médicos tras el conocimiento de la
estructura de cada gen humano
1.
Diagnóstico en individuos con riesgo de ser
portadores del gen de alguna enfermedad
2.
Marco de trabajo para el desarrollo de
nuevas
terapias,
además
de
nuevas
estrategias para la terapia génica
15 de Febrero de 2001
Consorcio público internacional
Clonación de animales
(TRANSFERENCIA DEL NÚCLEO DE UNA CELULA SOMATICA: CÉLULA DIFERENCIADA)
Clonan terneros en EE UU para producir anticuerpos
humanos
efe- Washington - agosto 2002
Terneros clonados y manipulados genéticamente (fábrica de anticuerpos humanos)
genes para anticuerpos
humanos recombinantes
células dérmicas
clonación
Objetivo: Tratamiento de enfermedades inmunológicas
Futuro: Tratamiento de una amplia gama de enfermedades ocasionadas por
bacterias y virus, como hepatitis, ántrax (utilizada como arma biológica)
Clonan cerdos destinados a trasplantar sus órganos a
humanos
La empresa escocesa PPL Therapeutics logra
retirar de los cerditos el gen que provoca el
rechazo en transplantes a humanos "alfa 1,3
galactosil transferasa"
Enero 2002. AP Photo/Roanoke Times, Gene Dalton (IDEAL-EFE)
Paso importante en favor del xenotrasplante (transferencia de células u
órganos de una especie a otra)
Ayudará a superar la escasez de órganos humanos para hacer trasplantes de
todo tipo
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
febrero 2002 Universidad College Station (Texas)
El sexto día
El ataque de los clones