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INGENIERÍA GENÉTICA
TÉCNICAS Y APLICACIONES
INGENIERÍA GENÉTICA

La ingeniería genética es el conjunto de métodos y técnicas que permiten el
acceso y la manipulación del ADN y su introducción en otrod organismos.

Organismos transgénicos son aquellos que han sido modificados por ingeniería
genética.
Obtención de
ADN
recombinante
Clonación de
ADN
PCR
Secuenciación
de ADN
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE

La molécula de ADN se corta y los fragmentos de interés se introducen
en otro organismo mediante un vector.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE

Puede realizarse mediante distintos procedimientos:
Tecnología del ADN recombinante
Formación de un ADN
complementario por HIBRIDACIÓN
Síntesis de un ADNc a partir de un
molde ARNm
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE: TECNOLOGÍA DEL ADN
RECOMBINANTE.

La molécula de ADN se corta por lugares concretos gracias a las enzimas o
endonucleasas de restricción:

Reconocen en el ADN pequeñas secuencias de
bases denominadas sitios de restricción, que
suelen ser secuencias palindrómicas (se leen
igual en ambas hebras).

El corte se produce en ambas hebras, por
hidrólisis de los enlaces fosfodiéster que unen
a los nucleótidos entre sí.

Tras el corte en el sitio de restricción, queda al
menos un extremo monocatenario cohesivo o
pegajoso, que podrá unirse con otra secuencia
de bases complementaria.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE:
TECNOLOGÍA DEL ADN
RECOMBINANTE.


Moléculas de distinto origen
cortadas con una misma enzima de
restricción, podrán unirse por sus
extremos cohesivos.
Las uniones se sueldan de forma
permanente mediante una ADN
ligasa.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE: TECNOLOGÍA DEL ADN
RECOMBINANTE.

Como resultado, obtendremos un ADN recombinante o transgén que
podremos incorporar a otros organismos (E. coli, frecuentemente) en los que
expresará su información.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE: TECNOLOGÍA DEL ADN
RECOMBINANTE.
Eco RI
Eco RI
ADN recombinante
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE: FORMACIÓN DE UN ADN
COMPLEMENTARIO POR HIBRIDACIÓN.



Alterando las condiciones fisiológicas de temperatura y pH, el ADN se
desnaturaliza y se separan las dos hebras de la doble hélice.
Manteniendo la temperatura a 65º se produce el proceso inverso de
renaturalización o hibridación y vuelve a formarse la doble hélice.
Mediante este procedimiento pueden obtenerse moléculas híbridas, a partir de
dos hebras de cualquier ácido nucleico con cierta complementariedad de bases.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE: FORMACIÓN DE UN ADN
COMPLEMENTARIO POR HIBRIDACIÓN.

A mayor relación o complementariedad de bases entre dos
secuencias de ácidos nucleicos, mayor hibridación.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE: FORMACIÓN DE UN ADN
COMPLEMENTARIO POR HIBRIDACIÓN.

UTILIDADES Y APLICACIONES



Detección de secuencias
complementarias.
Localización de genes
relacionados en
distintas
especies o poblaciones.
Diagnóstico de
enfermedades
genéticas.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE: SÍNTESIS DE UN ADNc A
PARTIR DE UN MOLDE ARNm.


La enzima transcriptasa inversa o retrotranscriptasa puede sintetizar ADN
complementario (ADNc) a partir de un molde de ARNm maduro.
El ADNc sirve como molde para la síntesis de la hebra complementaria,
obteniéndose ADN bicatenario.
AAAAAA 3’
5’
TTTTTT 5’
5’
Transcriptasa inversa
AAAAAA 3’
3’
TTTTTT 5’
ADNc
Degradación del ARN
TTTTTT 5’
3’
Nucleasa S1
elimina el
bucle
Síntesis de la otra cadena de ADN
ADN polimerasa I
ADN de doble cadena
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE: ADN SINTÉTICO.

Mediante secuenciadores automáticos, es posible sintetizar
directamente fragmentos de ADN a la carta (limitación de unos
100 nucleótidos de longitud de hebra).
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN DEL ADN

La clonación es un proceso natural
que consiste en la producción de
individuos genéticamente idénticos
(mediante reproducción asexual).
Dolly fue el primer mamífero
clonado. Vivió siete años (19962003), mientras que una oveja
normal vive entre 18 y 20 años.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN
DEL ADN:

Dolly no fue la
primera y tras
ella llegaron
otras muchas
clonaciones.
¿Seré yo el
próximo?
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN DEL ADN

Referido al ADN, consiste en producir múltiples copias de un gen específico o
de un fragmento de ADN, en el interior de un organismo hospedador.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN DEL ADN

Las condiciones que debe cumplir el hospedador son:




De crecimiento rápido.
No patógeno
Que favorezca la entrada del transgén.
Ampliamente estudiado y fácil de manipular (Ej.: Escherichia coli)
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN DEL ADN

VECTORES DE CLONACIÓN:

Son moléculas que pueden transportar ADN extraño al interior del
hospedador y replicarse en él.
Contienen su propio origen de replicación y genes marcadores que
permiten identificarlos o seleccionarlos (bioluminiscencia, resistencia
a antibióticos, etc.)

Pueden ser:




Plásmidos
Virus bacteriófagos
Cósmidos
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN DEL ADN

VECTORES DE CLONACIÓN: PLÁSMIDOS



Pequeñas moléculas de ADN
bicatenario y circular que se localizan en las
bacterias y no forman parte del
cromosoma bacteriano.
Tienen replicación
independiente.
Poseen puntos de corte
específicos con enzimas
de restricción.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN DEL ADN

VECTORES DE CLONACIÓN: VIRUS BACTERIÓFAGOS



Son virus que infectan bacterias.
Transportan genes bacterianos de una célula huésped a otra.
Se emplean más frecuentemente los bacteriófagos lambda, capaces de
llevar mayor cantidad de ADN que un plásmido.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN DEL ADN

VECTORES DE CLONACIÓN: CÓSMIDOS


Son híbridos entre el fago lambda y un plásmido.
Pueden replicarse en la célula como un plásmido o empaquetarse como un
fago.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN DEL ADN




Se aísla en ADN humano y
del plásmido.
Se mezclan los fragmentos
de ADN humano con los
plásmidos, obteniéndose
plásmidos recombinantes.
Se mezclan los plásmidos con
bacterias.
Se siembran las bacterias
sobre una placa Petri, con un
antibiótico frente al que
proporciona resistencia
nuestro plásmido.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN DEL ADN: Almacenamiento de genes clonados
•
Una genoteca es una colección de
clones, cada uno de los cuales contiene
un vector al que se le ha insertado un
fragmento de ADN derivado del ADN o
el ARN totales de la célula o tejido.
•
La colección de clones debería
contener, teóricamente, todas las
secuencias existentes en la fuente
original de ADN, es decir, debería
contener muestras de todo el ADN del
organismo.
•
Para encontrar el gen de interés hay
que utilizar sondas de ácidos nucleicos.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

CLONACIÓN DEL ADN:

Para encontrar el gen de interés hay que
utilizar sondas de ácidos nucleicos.
Una vez localizadas
las colonias que
contienen el gen de
interés, se cultivan
en gran cantidad.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA:PCR


Técnica desarrollada en 1983, de enorme impacto en la investigación
biológica.
Permite amplificar en poco tiempo muestras muy pequeñas de ADN.
La PCR permitió la secuenciación del genoma
completo de la momia de Ötzi, el 'Hombre de
los hielos', un individuo de hace 5.300 años
cuyo cuerpo se halló congelado en los Alpes
italianos en 1991.
La PCR se utiliza en el
diagnóstico del virus del
Ébola.
Sin PCR no habria 14 temporadas
de CSI-Miami.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

REACCIÓN EN CADENA DE LA
POLIMERASA:PCR

Es un proceso cíclico en el que
ocurre:



Desnaturalización: la molécula de
ADN que va a copiarse se calienta
para que se separen las dos hebras
(moldes).
Hibridación: se enfría la mezcla para
que los cebadores se unan a a los
extremos de ambas hebras.
Extensión: la ADN-polimerasa copia
ambas hebras a partir del extremo
3´de los cebadores.
http://www.maxanim.com/genetics/PCR/pcr.swf
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

SECUENCIACIÓN DEL ADN

Método del didesoxi de Sanger – método de la interrupción controlada de la replicación
enzimática (de la polimerización de DNA).

Elementos necesarios:

ADN polimerasa

Oligonucleótido (cebador) complementario al extremo 3’ del fragmento de DNA
que queremos secuenciar.

Desoxirribonucleótidos trifosfato y Didesoxirribonucleótidos trifosfato (ddATP* o
ddCCTP* o ddGTP* o ddTTP* marcados con una molécula fluorescente).
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

SECUENCIACIÓN DEL ADN


El ADN se desnaturaliza y se mezcla con el resto de los
componentes de la reacción.
Comienza la síntesis de ADN, que termina cuando la ADN
polimerasa incorpora un ddNTP marcado.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

SECUENCIACIÓN DEL ADN

Se obtienen fragmentos de distinta longitud, todos ellos
acabados en un ddNTP*.
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS BÁSICAS

SECUENCIACIÓN DEL ADN


Un detector identifica cada uno de los ddNTP* finales gracias al color.
El espectrograma resultante nos indica la secuencia de bases.
http://smcg.ccg.unam.mx/enp-unam/03EstructuraDelGenoma/animaciones/secuencia.swf
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES
Medicina
• Diagnóstico de enfermedades / Terapia génica
• Medicina forense
• Producción de medicamentos y vacunas
Agricultura
• Plantas resistentes
• Mejora del producto
• “Fábricas” de medicamentos
Ganadería
• Mejora del rendimiento
• Obtención de órganos
• Obtención de medicamentos
Medio ambiente
• Biorremediación
• Bioadsorción
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES

APLICACIONES EN MEDICINA
Obtención de
productos
farmacéuticos
Medicina forense
Diagnostico de
enfermedades
Terapia génica
Insulina
Huella
genética
Clonación de
genes
Ex vivo
Hormona de
crecimiento
Marcadores
genéticos
Identificación
en el enfermo
In vivo
Identificación
en portadores
In situ
Vacunas
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES

APLICACIONES EN MEDICINA
Obtención de
productos
farmacéuticos
Insulina
Hormona de
crecimiento
Vacunas
El interferón se
utiliza como
tratamiento de la
esclerosis múltiple,
con un coste anual
por paciente de
entre 9000-17000
euros al año.
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES





APLICACIONES EN MEDICINA
Los seres humanos difieren en un 0.1% del genoma.
Estas diferencias están localizadas en regiones cromosómicas concretas que se usan como marcadores
genéticos.
Con la identificación de los marcadores se hace la huella
genética (método de Southern blot)
La comparación de huellas genéticas permite hacer
análisis de paternidad y resolver casos policiales.
Medicina
forense
Huella
genética
Marcadores
genéticos
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES

APLICACIONES EN MEDICINA

Southern Blot: buscando en el ADN
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES
Diagnóstico prenatal
Diagnostico de
enfermedades
Clonación de
genes
Identificación
en el enfermo
Ej.: Síndrome del X-frágil (secuencias repetidas en
el cromosoma X), Síndrome del maullido del gato
(deleción en el brazo corto del cromosoma 5).
Medicina preventiva:
Identificación
en portadores
Ej: Detección de una mutación en la
secuencia del gen BRCA1, un cambio
que aumenta drásticamente las
posibilidades de desarrollar cáncer de
mama y ovarios en mujeres.
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES

Consiste en la inserción de un gen funcional en las células del paciente
para corregir un defecto genético o dotar a las células de una nueva
función.
Terapia
génica
Aunque los tratamientos no siempre han
sido exitosos, en algunos casos la terapia
génica ha logrado restaurar la función
inmune en pacientes con inmunodeficiencia
severa combinada (niños burbuja).
Ex vivo: células del paciente
extraídas y corregidas en el
laboratorio.
In vivo: transferencia de genes
terapéuticos mediante un vector,
al paciente
In situ: introduciendo genes
funcionales directamente, en las
células del paciente.
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES

APLICACIONES EN AGRICULTURA



Resistencia a herbicidas
Mejora del producto
Plantas farmacéuticas (utilizadas para la
fabricación de sustancias de interés en la
industria farmacéutica).
Arroz dorado, que contiene un
precursor de la vitamina A)
El cultivo de algodón transgénico está
prohibido en la Unión Europea. Lo
importamos de los Estados Unidos para
crear, entre otras cosas, los billetes de euro.
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES

APLICACIONES EN GANADERÍA



Mayor productividad
Mejora de la calidad
Crecimiento más rápido
Cerdos que producen
grasas con Omega 3
Vacas que
producen leche de
fórmula para
bebés.
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES

APLICACIONES EN MEDIO AMBIENTE


Biorremediación:
 Bacterias que degradan materia orgánica con mejor
rendimiento o en condiciones adversas.
Bioadsorción:
 Bacterias que adsorben (fijan en su superficie)
metales o sustancias contaminantes (suelos
contaminados).
INGENIERÍA GENÉTICA: APLICACIONES

PROYECTO GENOMA HUMANO




En 1980, científicos de todo el mundo
decidieron secuenciar el genoma humano.
En 1988, el Congreso de los EEUU autorizó su
financiación y puso al frente a James Watson.
En 1990 nace el PGH (Proyecto Genoma
Humano), cuyo objetivo era secuenciarlo por
completo e identificar todos sus genes.
En 2003 concluye, con la secuenciación
completa del genoma humano.
OTRAS DISCIPLINAS QUE SURGEN DE LA
INGENIERÍA GENÉTICA

LA PROTEÓMICA:

Proteoma:
 Conjunto de proteínas de un
genoma, una célula o un
tejido.

Proteómica:
 Disciplina que estudia, desde
el punto de vista estructural
y funcional, todas las
proteínas codificadas por el
genoma completo de un
organismo.
 Fundamental para
comprender el
funcionamiento celular y del
organismo.