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“BIOLOGÍA
MOLECULAR:
Herramienta de
la Biotecnología”
CONTENIDO:
• Historia de la Biología
Molecular
• La Biología Molecular:
herramienta de la
Biotecnología
Tecnología del ADN
Ingeniería Genética
Marcadores
• Reflexión Final
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.
BASES MOLECULARES
genoma
DE LA VIDA
ADN
Célula
cromosomas
genes
ADN
proteínas
las proteínas actúan
solas o en complejos
para realizar las
funciones celulares
ADN
ARN
PROTEÍNAS
los genes
contienen
instrucciones
para hacer
proteínas
BIOTECNOLOGÍA
Es el medio o vía de
manipulación de las formas
de vida (organismos) para
proveer un producto deseable
para el uso del hombre.
Areas cubiertas por el término Biotecnología
incluyen: i) Biología Molecular: ADN
recombinante, cultivo de células animales, cultivo
de tejidos vegetales, inmunología, mejoramiento
animal y vegetal, ii) Fermentación, iii) Sistema de
Enzimas y iv) Otras.
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
Tecnología del ADN
BIOINFORMÁTICA
Campo convergente de la biología,
computación e información
tecnológica en una misma
disciplina.
La meta última de este campo es
posibilitar el descubrimiento de
nuevas ideas biológicas, así como
crear una perspectiva global de la que
puedan ser discernidos principios
unificadores de la biología
(www.ncbi.nlm.nih.gov/Education/index.html).
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
particular e incluye el ADN presente en los
cromosomas y en los organelos
subcelulares (ej., mitocondrias) e incluye
el genoma de ARN de algunos virus.
El anuncio el 26 de junio de 2000, del borrador
del genoma humano en un 90%, marcó un hito
histórico para la humanidad.
Tecnología del ADN
GENOMAS
El genoma de un organismo es el juego completo de ADN.
La planificación del Proyecto Genoma Humano se inició en
1986, previsto para el 2007. En Junio de 2000 se presentó el 90% del borrador con la
secuenciación de unos 30,000 genes y 3 mil millones de pares de bases (pb). Los
genes son secuencias específicas de bases que codifican instrucciones para hacer
proteínas. Los genes son un 2% del genoma humano.
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
GENÓMICA FUTURA
14th International Genome
Secuencing and Analysis
Conference (oct. 2002), la
US Genomics Inc., presentó
un aparato que lee la doble hélice de ADN sin
cortarlo. Abre la doble hélice espiral de ADN, la
lineariza y la pasa por un escaner para leerla en
un lector fijo (como una pélicula de carrete pasa
por un proyector), las moléculas se mueven a 30 M
de bases por minuto. En 40 minutos se pueden
Leer 3 mil M de bases. Si el sistema se logra
pasar a un biochip el tiempo bajará a menos de
cinco minutos por la habilidad de capturar un
Terabyte (1024 o 1000 gigabites, un gigabite =
1024 o 1000 Megabites) de información cada pocos
segundos.(Uehling, M. D, Bio-It World Nov. 12 2002).
INGENIERÍA GENÉTICA O ADNr
La Ingeniería Genética o tecnología del
ADNr se inició en la década de los 70s.
Se refiere a un grupo de tecnologías
usadas para cambiar la composición
genética de las células y mover genes a
través de las fronteras de las especies
para producir nuevos organismos.
Se pueden aislar genes, modificarlos,
introducirlos a nuevos hospederos, y
clonarlos para obtener una ventaja
novedosa sobre el organismo natural.
Ingeniería Genética
NUEVAS PROTEÍNAS
Enzimas producidas por Biotecnología
mediante el ADN recombinante se usan
como aditivos en dietas de aves,
para digerir carbohidratos complejos como las
beta-glucanasas, alfa-amilasas, maltasas, oligo
1-6 glucosidasas, xilanasas, sacarasas; lipasas;
proteasas y fitasas (para la utilización del fósforo).
En México, tienen un gran impacto en la producción
avícola proporcionando 3/5 de carne de aves para el
consumo de proteína animal. Se considera que el
mercado mundial de enzimas como aditivos en los
alimentos crecerá del valor actual de US $ 60 millones
(Avila G., E. Huatulco 2001).
al doble para el 2005.
Ingeniería Genética NUEVAS PLANTAS
ARROZ con altos niveles de tolerancia a
diferentes condiciones ambientales de estrés.
Se insertaron dos genes fusionados de trehalosa
de E. Coli y un promotor tejido específico
dependiente del estrés. Los genes de trehalosa
permiten la producción de arroz aún si está
estresado por frio, sequía o altos niveles de
salinidad e incrementa la producción en 20%. La
composición química de los granos no cambia.
El azúcar trehalosa ayuda a estabilizar
moléculas biológicas: lípidos, enzimas y otras
proteínas, en organismos en condiciones de
estrés (PNAS Online, 27 nov. 2002).
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.
Ingeniería Genética
NUEVOS ALIMENTOS
ARROZ DORADO con beta
caroteno de genes de narciso
y de Erwinia uredovora,
pigmentos que se transforman
en pro-vitamina A al ser ingeridos. Hay 70
patentes implicadas en la consecución del
arroz dorado; acuerdo con la industria reducen a 12
las patentes esenciales y se limita su cultivo gratuito a
las explotaciones agrícolas que no superen los 10.000
dólares de beneficios anuales (Gebelli, 2001).
ARROZ fortificado con un gen de la ferritina del
frijol de soya. ARROZ con aa esenciales.
Ingeniería Genética
NUEVOS ALIMENTOS
Salmón transgénico por
hormona de crecimiento. Producido por AF Protein Inc.
Cuenta con el promotor de la proteína de anticongelamiento
de otra especie de pez. Crece de 4 a 6 veces más rápido que
un salmón no transgénico. Tiene un 20% en mejoramiento de
la eficiencia de conversión del alimento. (ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).
Cerdo transgénico para el precursor de la hormona de
crecimiento proteasa resistente (GHRH). Por técnicas de
mutagénesis sitio dirigida y terapia electrogénica, se introdujo
en músculo de cerdo. Los efectos de una inyección de 10 mg
de dosis del plásmido, en cerdos de tres semanas de edad, se
mantuvo sobre 60 días con un 42% mayor que los controles a
los 62 días (42 kg contra 29 kg). (ISB, 2000 mar).
Ingeniería Genética
NUEVOS ANTIBIÓTICOS
PAPA con la vacuna que previene la
insulina dependencia de la diabetes
mellitus 100 veces más poderosa que la
actual vacuna. PAPA con la sub-unidad B
antigénica de la enterotoxina del Vibrio
cholerae causante del cólera). FRIJOL de
SOYA con anticuerpos que protegen
contra el virus 2 de Herpes simplex
(HSV). TABACO con anticuerpos que
previenen la caries dental producida por
Streptococcus mutans.
Ingeniería Genética
CLONACION
Término genérico para la
replicación en un laboratorio
de genes, células u organismos
de una entidad original, con
copias genéticas exactas del
gen, célula u organismo
original. Esta técnica ha
producido avances
sensacionales en medicinas y
vacunas. También hay
investigación en clonación de
células humanas, órganos y
otros tejidos. Esto puede
producir el reemplazo de piel,
cartilagos y hueso para
victimas de quemaduras y
accidentes, o de órganos.
Ingeniería Genética
TERAPIA DE CÉLULAS MADRE
DÍA 4
Cavidad
células
de
cubierta
interna
Masa de células
internas
Masa de células
internas
(células Madre
Embrionarias)
Células MADRE para transplantes de Organos
MASA DE CELULAS INTERNAS
Células NERVIOSAS
Células
Formadoras de
SANGRE
CELULAS MADRE
BLASTOCISTO
Modificado de: Scientific American, 2001
Células PANCREATICAS
Células CARDIACAS
Ingeniería Genética
TERAPIA GÉNICA
Rafael Valdes del Hospital de Niños de México
Implantó células de cerdo en 12 adolescentes
en procura de curar su diabetes.
En su método, usó células especializadas para proteger el transplante de
los sistemas inmunológicos de los pacientes hospederos, que nunca
había sido ensayado en humanos. Los implantes en los pacientes constan
de células pancreáticas de cerdo, las cuales producen insulina
(hay 150 millones de diabéticos en el mundo) . Para prevenir el rechazo
del transplante implantó células de Sertoli (de testículo de cerdo) que han
mostrado que protegen a los tejidos transplantados del sistema inmune
recipiente en algunos modelos animales. Uno de los pacientes ha dejado
de inyectarse insulina y cinco otros están tomando menos insulina que
antes. Los resultados han llegado sin usar medicamentos Inmunosupresores, los cuales tienen que ser dados por el resto de sus vidas a
recipientes de transplantes (Nature/Vol. 419/5 sept. 2002).
Marcadores
FUTURO NANOTECNOLÓGICO
Shumin Nie y sus colegas desarrollaron un
cristal superconductor a escala nanométrica llamado
punto cuántico (diez nanómetros es un diámetro 1000
veces menor que el grosor de un cabello humano). Las
nanopartículas que usa pueden brillar en un espectro de
seis colores visibles y cuatro infrarrojos. Variando su
tamaño ligeramente, se puede hacer que brillen en uno de
los 10 colores disponibles. En un futuro próximo, podrán
ser enlazadas a fármacos médicos o agentes terapéuticos
para identificar y tratar células cancerosas. Una vez
detectadas estas últimas, podrían actuar como "bombas
inteligentes", liberando una cantidad controlada de
medicamento que sea apropiado para cada tipo particular
de célula.
¡MUCHAS
GRACIAS POR
SU ATENCIÓN!