4. la revolución genética (parte iii)

FCO. JAVIER RUBIO RODRÍGUEZ 2011

El ADN pone la música. Nuestras células y el entorno ponen la orquesta

J. Craig Venter

1. HISTORIA DE LA GENÉTICA2. BIOLOGIA MOLECULAR 3. INGENIERÍA GENÉTICA4. GENOMA HUMANO5. BIOTECNOLOGÍA6. REPRODUCCIÓN ASISTIDA7. CLONACIÓN8. BIOETICA

Un genoma es el material genético completo de un individuo. En la especie humana el genoma se compone de 3000 millones de pares de bases contenidas en 23 pares de cromosomas, que a su vez contienen 30 000.

Comparativamente nuestro genoma no parece mucho más complicado que el del gusano Caernohabditis elegans que tiene 19 000 genes.

En realidad se sabe que solo aproximadamente un 3% del genoma codifica los genes, el 97% restante contiene secuencias de ADN, llamado ADN basura.

La INGENIERÍA GENÉTICA es el conjunto de técnicas que permiten modificar las características genéticas

de los organismos.

Es la tecnología de la manipulación y

transferencia de ADN de un organismo a otro.

Planta de tabaco en la que están clonados los genes de la luciferasa.

Conocer el funcionamiento de los genes.

Secuenciar el genoma.

Diagnosticar enfermedades.

Terapia genética.

Síntesis de sustancias de interés.

Obtención de animales y plantas transgénicos.

El ADN RECOMBINANTE es aquel que tiene fragmentos de distinta procedencia.

De forma natural existen ADN recombinantes, cuando los virus insertan su ADN en el ADN de la célula huésped.

Se pensó hacer lo mismo de manera artificial en el laboratorio utilizando enzimas de restricción.

Una ENZIMA DE RESTRICCIÓN (o endonucleasa de restricción) es una

molécula, procedente de una bacteria, que puede reconocer una secuencia

característica de nucleótidos dentro de una molécula de ADN y cortar el ADN en ese punto en concreto, llamado sitio o

diana de restricción. Los sitios de restricción cuentan con entre 4 y 12

pares de bases, con las que son reconocidos.

El mecanismo de corte de ADN se realiza a través del rompimiento de 2 enlaces

fosfodiester en la doble hebra, lo que da lugar a dos extremos de DNA. Éstos

pueden ser romos (cuando los enlaces rotos coinciden) o

Cohesivos/escalonados. Estos últimos tienen tendencia a volver a unirse de

modo espontáneo, ya que los extremos se pueden unir a otros extremos

coincidentes que pueda haber en la cercanía

La enzima EcoRI se une a la secuencia GAATTC, corta escalonadamente el ADN y forma fragmentos de ADN con una pequeña región de una sola

cadena en los extremos

Hpa III

...CTATCGTTAACCGTT...

...GATAGCAATTGGCAA...

...CTATCGTT AACCGTT...

...GATAGCAA TTGGCAA...

Hind III

...TCGGAAGCTTAAT...

...AGCCTTCGAATTA...

...TCGGA AGCTTAAT...

...AGCCTTCGA ATTA...

La LIGASA es una enzima que une fragmentos de ADN

Los VECTORES GÉNICOS son elementos móviles, en los que se inserta el gen a transferir.

Son fácilmente manipulables y pueden transferirse hasta la célula huésped para obtener las células transgénicas.

Los principales vectores utilizados son:

1.Plásmidos: Pequeña molécula de ADN circular, que permanece separado del cromosoma bacteriano y se replica independientemente de él.

2. Bacteriófagos: Virus que infecta a bacterias. Son empleados por los ingenieros genéticos para introducir genes en células bacterianas.

En los vectores, además del gen de interés se colocan otros GENES denominados MARCADORES.

Son genes que permiten identificar aquellas células que han incorporado el ADN del vector.

En general, estos genes dan a la célula que los contiene resistencia a antibióticos, de tal forma que si añadimos el antibiótico a una mezcla de células con y sin el ADN de interés, las que no lo tengan (y por tanto, tampoco el gen de resistencia al antibiótico), morirán.

El estudio y manipulación del ADN requiere muchas copias de los fragmentos de ADN que se quieren estudiar.

El método clásico de obtención de copias era la clonación mediante bacterias. Era un proceso lento y costoso.

En 1983, Mullis diseño un mecanismo para obtener múltiples copias de forma mucho más sencilla. Este método denominado PCR (Polimerasa Chain Reaction) ha sido determinante en múltiples áreas del conocimiento que utilizan ADN Kary Banks Mullis

(1944-)

A partir de cantidades minúsculas, el ADN se puede copiar o amplificar muchas veces en el interior de un tubo de ensayo. La técnica se basa en un procedimiento denominado reacción en cadena de la polimerasa. Dicho procedimiento sirve para obtener de forma sencilla y rápida millones de copias de un fragmento de material genético.

La amplificación dura unas dos horas y es un proceso cíclico ( entre 20 y 40 ciclos). Cada ciclo dura entre un minuto y medio y cinco minutos. Cuantos más ciclos se realicen, más se amplificará el ADN.

1.Fragmento de ADN que se desea amplificar. Puede provenir de distintos órganos, o de extracto de tejidos, o de sangre, o de mezcla de distintos fragmentos de ADN, etc.

2.Los cuatro tipos de desoxirribonucleótidos.

3.Dos oligonucleótidos de cadena sencilla que actuarán como cebadores.

4.Una ADN-polimerasa termoestable, ya que debe actuar a altas temperaturas (unos 75º C) y debe mantener su estructura estable a temperaturas de 95º C.

Cada ciclo consta de tres etapas que son:

1.Desnaturalización: consiste en separar las dos hebras de ADN. Para ello, esta etapa se realiza a una temperatura superior a la temperatura de fusión. Es una fase corta, que dura entre 30 y 120 segundos.

2.Hibridación, o templado: se induce a un enfriamiento brusco de la mezcla, lo que genera la unión de los cebadores con las hebras de ADN. Esta fase dura entre 10 y 120 segundos y se realiza a una temperatura entre 37 y 65ºC.

3.Replicación, o elongación, o polimerización: es la fase en la que el ADN se amplifica. Dura entre uno y tres segundos, a una temperatura de unos 75º C. La replicación de esa secuencia se realiza en sentido 5' → 3'. Termina cuando lee toda la hebra molde, o hasta que empieza el siguiente ciclo.

Cada ciclo consta de tres etapas que son:

1.Desnaturalización2.Hibridación3.Polimerización

Cada ciclo consta de tres etapas que son:

1.Desnaturalización2.Hibridación3.Polimerización

Cada ciclo consta de tres etapas que son:

1.Desnaturalización2.Hibridación3.Polimerización

La potencialidad de esta técnica es impresionante, a partir de una sola molécula de ADN, la PCR puede generar 100000 millones de moléculas

idénticas en una tarde.El ADN puede proceder de una muestra de tejido de un hospital, de una

gota de sangre o semen en la escena de un delito, o de un cerebro momificado.

Secuenciación Una de las razones mas comunes para el uso de la PCR es la formación de suficiente cantidad de ADN molde para su secuenciación. Es mucho mas sencillo y rápido que la clonación en células.

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.

Huellas dactilares del ADN. La determinación de las huellas dactilares genéticas constituye una de las aplicaciones mas 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.

Se denomina MUTACIÓN a cualquier variación que afecta al genotipo de un organismo y se

puede transmitir a la descendencia

Se producen espontáneamente en

la naturaleza

Se producen por agentes físicos y

químicos: radiaciones,

fármacos, etc.

Cuando se modifica el genotipo de un individuo, lo normal es que el cambio sea desfavorable y que los individuos con dicha modificación no sobrevivan. Pero también puede ocurrir que sea una modificación beneficiosa y que el gen modificado se

extienda por la población .

Son cambios en la información hereditaria como consecuencia de alteraciones en el material genético: bases nitrogenadas, genes,

cromosomas, genoma

GÉNICAS

Afectan directamente a un gen. En este caso, la variación afecta al

fragmento de ADN que define u determinado carácter por

alteración de la secuencia de nucleótidos

SUSTITUCIÓN: Se cambian los nucleótidos.DELECIÓN: Se suprimen los nucleótidos.REPETECIÓN: Se repiten nucleótidos.

CROMOSÓMICAS Afectan a la estructura del cromosoma.

DELECIÓN: Se suprimen genes. Puede llegar a ser letal.DUPLICACIÓN: Se repite un fragmento de cromosoma. INVERSIÓN: Un fragmento del cromosoma cambia su posición sin desplazarse de lugar.TRASLOCACIÓN: Se mueve un fragmento de un cromosoma.

GENÓMICASAfectan al número de

cromosomas propios de una especie.

POLIPLOIDÍA: El número de cromosomas aumenta en una dotación completa.ANEUPLOIDÍA: Falta o está repetido algún cromosoma.

Afectan directamente a un gen. En este caso, la variación afecta al fragmento de ADN que define un determinado carácter

por alteración de la secuencia de nucleótidos

SUSTITUCIÓN: Se cambian los nucleótidos.DELECIÓN: Se suprimen los nucleótidos.REPETICIÓN: Se repiten nucleótidos.

MUTACIONES GÉNICAS

Afectan a la estructura del cromosoma.

DELECIÓN: Se suprimen genes. Puede llegar a ser letal.DUPLICACIÓN: Se repite un fragmento de cromosoma. INVERSIÓN: Un fragmento del cromosoma cambia su posición sin desplazarse de lugar.TRASLOCACIÓN: Se mueve un fragmento de un cromosoma.

MUTACIONES CROMOSÓMICAS

Afectan al número de cromosomas propios de una especie.

POLIPLOIDÍA: El número de cromosomas aumenta en una dotación completa.ANEUPLOIDÍA: Falta o está repetido algún cromosoma.

MUTACIONES GENÓMICAS