ingeniería genética
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Esta presentación es para Ginevra y Eliana de 1º Bac.TRANSCRIPT
INGENIERÍA GENÉTICA
La ingeniería genética puede definirse como un conjunto de técnicas, nacidas de
la Biología molecular, que permiten manipular el genoma de un ser vivo.
La herencia. Genética molecular
• Ingeniería genética y aplicaciones.
• Organismos modificados genéticamente.
• Repercusiones sociales y valoración ética de lamanipulación genética.
Criterios de evaluación
• Conocer algunas de las herramientas de la ingeniería genética y sus aplicaciones.
Observaciones
• Como una introducción a la ingeniería genética, además de laPCR, explicar un experimento sencillo de clonación en el queintervengan el ADN que tiene que ser clonado, las encimas derestricción, un plásmido y bacterias.
• Organismos transgénicos: comentar brevemente queson, como se obtienen y cuales son sus principales ventajas ydesventajas.
• Indicar que la producción de moléculas recombinantes poringeniería genética resulta muy útil para nuestra especie(producción de hormonas como, por ejemplo, la insulina o lahormona de crecimiento, o la producción de algunas vacunascomo las de la hepatitis A y B).
Técnicas de la Ingeniería Genética
• La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas, entre lasque destacan:
1. Tecnología del ADN recombinante: con la que es posible aislar y manipular unfragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro.
2. La secuenciación del ADN: Técnica que permite saber el orden o secuencia de losnucleótidos que forman parte de un gen.
3. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): con la que se consigue aumentar elnúmero de copias de un fragmento determinado de ADN, por lo tanto, con unamínima cantidad de muestra de ADN se puede conseguir toda la que se necesitepara un determinado estudio.
• Son numerosas las aplicaciones prácticas y comerciales de la ingeniería genética:Se abre un campo que nos ofrece la posibilidad de utilizar plantas y animales
transgénicos así como microorganismos modificados genéticamente para producirfármacos u otros productos de utilidad para el hombre, entre los que se puedencitar: la insulina humana, la hormona del crecimiento, la obtención de nuevasvacunas o la clonación de animales.
PCR
REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA
www.sistemasgenomicos.com
La PCR® es una técnica de amplificación enzimática in vitroque permite amplificar un fragmento específico de ADN situado entre dos regiones de secuencia conocida a partir de una muestra compleja de ADN
Se fundamenta en la propiedad natural de las ADN polimerasas para replicar hebras de ADN
Usa ciclos sucesivos de calentamiento y enfriamiento de las muestras que contienen el material genético
En cada uno de estos ciclos se produce una copia de cada molécula de ADN
Introducción a la PCR®
www.sistemasgenomicos.com
En cada ciclo se duplican las copias de ADN, ya que cada cadena que se sintetiza en el ciclo anterior sirve de copia para el siguiente
Cada ciclo se repite 30 – 40 veces
Es exponencial, se generan 2n
copias
Introducción a la PCR®
www.sistemasgenomicos.com
Desnaturalización del ADN (95ºC)
Se separan las dos hebras de las cuales está constituido el ADN
Hibridación de los cebadores (50-65ºC)
Los cebadores se unen a su complementario en el ADN (Se usan para iniciar la reacción y como límite de la región que va a ser amplificada)
Elongación (72ºC)
Actúa la polimerasa, produciéndose una copia del fragmento que deseamos amplificar
Introducción a la PCR®
'''Thermophilus aquaticus'''
• Bacteria de la que se extrae el enzima ADN polimerasa (Taq polimerasa) para realizar la PCR.
• Se aisló en Yelowstone a principio de los años 60 y soporta temperaturas de 800 C.
• En 1980 Kary Mullis empezó a utilizarla para conseguir copias de ADN “in vitro”.
• En el año 1993 le concedieron el Premio Nobel de Química por el desarrollo de la PCR.
• En el año 1989, la revista Science denominó “Molécula del año” a Taqpolimerasa para la PCR.
http://tripatlas.com/Thermus_aquaticus
PCR
http://www.bionetonline.org/english/Content/gh_tool.htm#http://www.bionetonline.org/flash/pcr.htm
http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_polymerase_chn_reactn.swf
Curiosidades
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.
http://bio-rad.cnpg.com/lsca/videos/ScientistsForBetterPCR/
Aplicaciones PCR
• SecuenciaciónUna de las razones más comunes para el uso de la PCR es la formación de suficientecantidad de ADN molde para su secuenciación. Es mucho más sencillo y rápido que laclonación en células.
• Estudios evolutivosMediante la PCR se pueden amplificar genes de organismos ya extinguidos, como delmamut, o restos antiguos humanos. Se pueden comparar estos genes con los genessemejantes de organismos actuales y poder reconstruir árboles filogenéticos.La 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 aplicacionesmás 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.
http://www.arrakis.es/%7Eibrabida/vigpcr.html
SECUENCIACIÓN DE ADN
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Estruadn/estruadn.htm#Secuencia
http://www.iib.uam.es/servicios/seq/otros/SecuenciaADN/SecuencaciaADN.html
Secuenciación de ADN (Método didesoxi)
• Permite averiguar la secuencia de nucleótidos.
• ADN que se quiere secuenciar en hélice sencilla.
• ADN polimerasa I del bacteriófago T4.
• Un cebador o “primer” `marcado radiactivamente de unos 20 nucleótidos para que la ADN polimerasa añada nucleótidos por el extremo 3‘.
• 4 nucleótidos trifosfato: dATP,dCTP,dGTP,dTTP.
• 4 nuc. didesoxi: ddATP, ddCTP, ddGTP, ddTTP.
http://www.arrakis.es/%7Eibrabida/vigdidesoxi.html
Didesoxirribonucleotidos
• 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.
Esquema de las electroforesis delas reacciones de secuenciación
Autorradiografía
Gel de secuencia: cada uno de los carriles corresponde con una muestra, y cada una de las bandas de colores con una de las bases del ADN . El ordenador identifica color con base y dibuja un cromatograma con los picos de colores y su correspondiente base
FRAGMENTO A SECUENCIAR
AÑADIMOS
•NUCLEÓTIDOS
•un 'didesoxi', por ejemplo, ddCMP
•La síntesis de la nueva hebra se detendrá cuando se incorpore el ddCMP.
•ADN polimerasa
http://perso.wanadoo.es/sancayetano2000/biologia/apu/tema4_5.htm
http://www.phgfoundation.org/tutorials/dna/5.htmlhttp://www.phgfoundation.org/tutorials/dna/4.html
Secuenciación
Detección de mutacionesMétodo 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 genéticasDiagnóstico prenatal / Diagnóstico preimplantación de enfermedades hereditarias o determinación del sexo del feto previamente a su implantación en procesos defecundación 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)
• Ingeniería genética
• http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_genetic_engineering.swf
• Clonación de un gen
• http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_cloning_gene.swf
En el campo de la Ingeniería genética consiste en aislar y multiplicar un gen, o en general, un trozo de ADN
En Animales superiores consiste en obtener un individuo a partir de una célula o de un nucleo de otro individuo
Obtención de organismos genéticamente idénticos
Conjunto de técnicas nacidas de la Biología molecular que permiten manipular el genoma de un ser vivo
Homo sapiens
Escherichia coliMediante la ingeniería genética se pueden introducir genes en el genoma de un individuo que carece de ellos
cromosoma
gen
Aislamiento y manipulación de fragmentos de ADN de un organismo para introducirlo en otro (ADN recombinante)
Nathans D., Arber W., y Smith H. (premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1978 por el descubrimiento de las enzimas de restricción y su aplicación en Genética Molecular)
Las enzimas de restricción
Las enzimas de restricción son proteínas cuya función es cortar las hebrasde ADN.
Se podría decir que son “tijeras moleculares” que cortan ADN.
Lo hacen en forma específica: cada enzima reconoce un sitio particular delADN, es decir que reconoce una secuencia particular de nucleótidos.
Esa secuencia específica para cada enzima se denomina “sitio derestricción”.
Una vez que la enzima reconoce estos sitios, se posiciona sobre lamolécula de ADN y corta dentro o en torno de esa secuencia.
Cortan los enlaces fosfodiester a partir de una secuencia que reconocen.
La secuencia que reconocen es una secuencia palindrómica (secuenciaque se lee igual en ambas direcciones).
Son extraídas de bacterias, donde actúan como mecanismo de defensapara degradar material genético extraño que entre en la célula.
Las enzimas de restricción al cortar DNA pueden producir dos tipos de cortes:
• Cohesivos o pegajosos: cortan de manera escalonada en dos puntos diferentes.
• Abruptos: cortan en un sólo punto.
Corte cohesivo con EcoRI:
Molécula A Molécula B
Digestión de ambas moléculas con la misma enzima de restricción, BamHI
Mezclar
Tratar con ADN-ligasa
ADN recombinante
Extremos cohesivos
Plásmidos
1
Plásmidos
2
Extremos cohesivos
Plásmido
3
Molécula de ADN recombinante
gen de resistencia a la ampicilina
Plásmido
Virus
2
1
3
(f) (h)(g)Ciclo lítico
Ciclo lisogénico
Un laboratorio de Texas clona al primer animal
doméstico
"Copycat" es el primer gatito nacido mediante clonación"
febrero 2002 Universidad College Station (Texas)
El experimento abre las puertas de la clonación masiva deanimales domésticos, un fin sin explorar cuya sólaposibilidad había desencadenado ya el almacenamientode células de mascotas por parte de sus ricos propietarios
Clonación de animales
Célula somática diferenciada
Ovocito no fecundado
Extracción del núcleo
Fusión de ambas células
Célula fusionada
Formación del embrión
Implantación en la madre adoptiva
Clon de ovejablanca
Oveja adultablanca
Oveja adulta de cara negra
La clonación de la oveja Dolly se realizó a partir de células diferenciadas de adulto.
En circunstancias experimentales, se puede“reprogramar” el material genético de unacélula diferenciada para que se comportecomo la de un cigoto.
Las células madre abren la posibilidad a un nuevo mundo en
las terapias de los trasplantes
Calificada como una técnica "ineficaz e imperfecta" por científicos
como Iam Wilmut, "padre" de la oveja Dolly, la clonación ha encontrado
en las células "madre" su primera razón de ser.
Retos técnicos
1. Las células embrionarias de ratón originan teratomas y teratocarcinomas en animales adultos
2. Conocimiento de las señales implicadas en el desarrollo y diferenciación
3. Asegurar la salud a largo plazo de las células a transplantar (edad biológica de las células)
Declaración Universal de Derecho Humanos y Genoma Humano de la UNESCO (1997), adoptada en 1998 por la Asamblea General de ONU (busca un balance entre una continuación en las investigaciones y la salvaguarda de los derechos humanos)
Frente a los múltiples beneficios de la ingeniería genética pueden surgir algunos problemas
Problemas sanitarios nuevos microorganismos patógenos,efectos secundarios de nuevos fármacos de diseño, etc...
Problemas ecológicos desaparición de especies con consecuencias desconocidas, nuevas contaminaciones debidas a un metabolismo incontrolado, etc...
Problemas sociales y políticos en el campo de la producción industrial, agrícola y ganadera,pueden crear diferencias aún más grandes entre países ricos y pobres.
Problemas éticos y morales