Biotecnología, Ingeniería Genética, OMG, Organismos Genéticamente Modificados

1. Edgar Fernando Salcedo, M.Sc
BIOTECNOLOGÍA
Fernando Salcedo
Biólogo, M.Sc.
e-mail: fsalcedo@unilibrebaq.edu.co

2. 1. INFORMACIÓN DEL DOCENTE:
Edgar Fernando Salcedo Ramírez
Biólogo, M.Sc. en Biotecnología
e-mail: esalcedo@langebio.cinvestav.mx
Edgar Fernando Salcedo, M.Sc
Estudios realizados:
Pregrado: Biología (Universidad Industrial de Santander – UIS)
Postgrado: Magíster en Biotecnología (CINVESTAV-IPN – México)
Experiencia laboral:
Cenicafé (Centro Nacional de Investigación del Café). Colombia
LANBEGIO (Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad).
México
LGE – Unicamp (Laboratório de Genômica e Expressão). Brasil
Kommit – Biommit. USA

3. E. Fernando Salcedo, M.Sc

4. E. Fernando Salcedo, M.Sc

5. E. Fernando Salcedo, M.Sc

6. E. Fernando Salcedo, M.Sc

7. E. Fernando Salcedo, M.Sc

8. E. Fernando Salcedo, M.Sc

9. INGENIERÍA
GENÉTICA
Y
BIOTECNOLOGÍA

10. Biotecnología
Es la utilización de seres vivos o parte de ellos, con el fin
de obtener productos de interés para las personas.

11. Historia
1919: Karl Ereky, ingeniero húngaro, utiliza por primera vez la palabra
biotecnología.
1965: El biólogo norteamericano R. W. Holley «leyó» por primera vez la
información total de un gen de la levadura compuesta por 77 bases, lo que
le valió el Premio Nobel.
1970: El científico estadounidense Har Khorana consiguió reconstruir en el
laboratorio todo un gen.
1973: Se desarrolla la tecnología de recombinación del ADN por Stanley
Cohen, y Herbert Boyer.
1976: Har Khorana sintetiza una molécula de ácido nucleico compuesta por
206 bases.
1976: Robert Swanson y Dr. Herbert Boyer crean Genentech, la primera
compañía de biotecnología.
1982: Se produce insulina para humanos, la primera droga derivada de la
biotecnología.
1983: Se aprueban los alimentos transgénicos producidos por Calgene. Es la
primera vez que se autorizan alimentos transgénicos en Estados Unidos.
2003: Cincuenta años después del descubrimiento de la estructura del ADN, se
completa la secuencia del genoma humano.

12. 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.
• Se realiza a través de las enzimas de restricción
que son capaces de "cortar" el ADN en puntos
concretos. Se denomina ADN recombinante al que
se ha formado al intercalar un segmento de ADN
extraño en un ADN receptor. Por ejemplo, la
integración de un ADN vírico en un ADN celular.

13. INGENIERÍA GENÉTICA
La ingeniería genética es la biotecnología de la
manipulación y transferencia de ADN de un organismo
a otro, esto permite:
• Crear nuevas especies.
• La corrección de defectos genéticos.
• La fabricación de numerosos compuestos.

14. E. Fernando Salcedo, M.Sc
http://recursostic.educacion.es/secundaria/
edad/4esobiologia/4quincena8/imagenes5/
Manipulacion_ADN.swf

15. Herramientas en Ingeniería Genética
ENZIMAS DE
RESTRICCIÓN

16. Las enzimas de
restricción son
ENDONUCLEASAS
(tijeras moleculares).
Cortan el ADN:
• Cada enzima reconoce una
secuencia de nucleótidos y
corta en ese punto cada
cadena de ADN.
• Los extremos libres son
pegajosos porque pueden
unirse a otros fragmentos
cortados por las mismas
enzimas de restricción

17. Herramientas en Ingeniería Genética
VECTORES DE
CLONACIÓN
Plásmidos Vectores
bacteriófagos
BAC: Cromosomas
artificiales
bacterianos

18. Herramientas en Ingeniería Genética
Vectores
bacteriófagos
- Bacteriófago.
- Cósmido.

19. Herramientas en Ingeniería Genética
BAC

20. Herramientas en Ingeniería Genética
Ø ENZIMAS DE
RESTRICCIÓN
Ø VECTOR DE
CLONACIÓN
Ø ADN LIGASAS

21. PROYECTO DE INGENIERÍA GENÉTICA
Ø Pasos:
1- Localización y aislamiento del gen que se desea
transferir.
2- Selección del Vector.
3- Unión del ADN elegido al ADN del Vector.
4- Inserción del vector en el gen transferido en la Célula
Hospedadora.
- Transformación: Plásmidos.
- Transducción: Bacteriófagos y Cósmidos.
5- Multiplicación del Organismo Transgénico.

23. INGENIERÍA GENÉTICA
La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas
biotecnológicas, entre las que destacan:
1. la tecnología del ADN recombinante: con la que es posible
aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo
para introducirlo en otro.
2. La secuenciación del ADN: Técnica que permite saber el
orden o secuencia de los nucleótidos que forman parte de un
gen.
3. la reacción en cadena de la polimerasa (PCR): con la que
se consigue aumentar el número de copias de un fragmento
determinado de ADN, por lo tanto, con una mínima cantidad
de muestra de ADN, se puede conseguir toda la que se
necesite para un determinado estudio.

24. TÉCNICAS DE INGENIERIA GENÉTICA
A) TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE: permite aislar un fragmento
de ADN de un organismo (transgén) e insertarlo en el ADN de otro
organismo que puede ser de otra especie.
• Esta técnica permite la obtención de transgénicos: organismos que portan
genes de otra especie
Molécula A Molécula B
Digestión de ambas moléculas con la
misma enzima de restricción, BamHI
Mezclar
Tratar con ADN-ligasa
ADN recombinante
Extremos
cohesivos

25. Es posible aislar y manipular un fragmento de ADN
de un organismo para introducirlo en otro.
Nos permite obtener fragmentos de ADN en cantidades ilimitadas,
que llevará además el gen o los genes que se desee. Este ADN
puede incorporarse a las células de otros organismos (vegetales,
animales, bacterias...) en los que se podrá "expresar" la
información de dichos genes.

26. La síntesis de insulina humana a partir de bacterias o
levaduras, para ello se incorpora a estos microorganismos el
gen humano que codifica la síntesis de esta proteína.

27. B) REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA, TÉCNICA PCR
• Permite obtener grandes cantidades de ADN a partir de una muestra muy pequeña
Aplicaciones:
• Obtención de cantidad suficiente de ADN para su secuenciación (leer el orden de las
bases nitrogenadas) y poder determinar si existe alguna mutación o simplemente
conocer la disposición normal de las bases (se utiliza en el estudio de los genomas)
• Análisis de ADN fósil
• Estudios de parentesco evolutivo: el grado de similitud en el ADN permite establecer
relaciones de parentesco entre especies.
• Identificación de especies
• Determinación de huellas genéticas, permite obtener suficiente cantidad de ADN a
partir de muestras pequeñas (gotas de sangre, semen, bulbo de cabello, restos de
piel) para poder realizar estudios comparativos (investigaciones policiales, medicina
forense, pruebas de paternidad).

28. Así se realiza la técnica PCR
Calentamiento
Enfriamiento
Calentamiento
Enfriamiento
ADN polimerasa
Nucleótidos
Nucleótidos
El fragmento de ADN que se
desea amplificar se calienta
para que las dos hebras se
separen.
ADN polimerasa
Las hebras separadas se
enfrían y se tratan con ADN
polimerasa y nucleótidos para
formar las cadenas
complementarias de cada
hebra de ADN.
Se inicia un nuevo
ciclo en el que los
fragmentos de partida
son los dos
fragmentos de ADN
formados en el ciclo.
Se forman las
cadenas
complementarias de
ADN de las hebras
separadas. Después de 20 ciclos de este proceso, se logra
disponer de más de un millón de copias de la
molécula.

29. C) SECUENCIACIÓN
• Consiste en poder determinar la secuencia de nucleótidos (de bases
nitrogenadas) de un fragmento de ADN
• Permite identificar posibles mutaciones diagnosticar enfermedades
asociadas a estas mutaciones: DIAGNÓSTICO MOLECULAR
• El diagnóstico molecular permite diagnosticar la enfermedad antes de
que se manifieste clínicamente lo cual puede permitir un mejor control
de la misma.
• Se utiliza en el diagnóstico prenatal, en el consejo genético y en la
selección de embriones para evitar enfermedades hereditarias
• En investigación forense, por ejemplo, identificación de individuos o en
pruebas de paternidad.
• En medio ambiente, por ejemplo, para la identificación de especies
animales y vegetales, la conservación de recursos genéticos
animales, la identificación de organismos genéticamente modificados,
la identificación de especies bacterianas.

30. Secuenciación de ADN: método Sanger
1. Este método utiliza didesoxirribonucleótidos, cuya
incorporación a la secuencia de ADN provoca la
terminación de la cadena, ya que no se puede añadir
ningún ribonucleótido más al extremo en el que se
incorporan.
2. Como primer requisito se necesita un gran cantidad
de la muestra, por lo que es necesario clonar el
fragmento de ADN seleccionado. A continuación, se
desnaturaliza el ADN y se obtienen cadenas simples
que se incuban en un tubo de ensayo junto con el resto
del material.
3. Se inicia la síntesis de nuevas cadenas de ADN que utilizan como molde el
ADN que se quiere secuenciar. Las cadenas incorporan un
desoxirribonucleótido por azar e interrumpen su síntesis. Al realizar miles de
copias se obtienen múltiples cadenas de longitud variable, que se
diferencian en un nucleótido.
Al identificar los
desoxirribonucleótidos
terminales de las
cadenas se puede “leer”
la secuencia de
nucleótidos del fragmento
de ADN analizado.

31. Clonación reproductiva: Dolly
El equipo de Ian Wilmut, del Instituto Roslin de Edimburgo
comunicó en 1997 que habían logrado una oveja por clonación a
partir de una célula diferenciada de un adulto.
Esencialmente el método (que aún presenta una alta tasa de
fracasos) consiste en obtener un óvulo de oveja, eliminarle su
núcleo, sustituirlo por un núcleo de célula de oveja adulta (en
este caso, de las mamas), e implantarlo en una tercera oveja
que sirve como “madre de alquiler” para llevar el embarazo.
Así pues, Dolly carece de padre y es el producto de tres
"madres": la donadora del óvulo contribuye con el citoplasma
(que contiene, además mitocondrias que llevan un poco de
material genético), la donadora del núcleo (que es la que aporta
la inmensa mayoría del ADN), y la que parió, que genéticamente
no aporta nada.

32. E. Fernando Salcedo, M.Sc

33. 1. Los invest igadores tomar
células de la glándula mamaria
de una oveja adulta.
2. Tomar óvulos no fertilizados de
otra oveja y les extrajeron en
núcleo.
3. Insertaron 277 núcleos de la
células adultas en otros tantos
óvulos. Sólo 29 sobrevivieron.
4. Los 29 óvulos se implantaron en
el útero de 13 ovejas nodrizas.
Sólo una quedo preñada y parió
a Dolly

34. Dolly (1997-2003), la primera
oveja obtenida por clonación a
partir de células adultas

35. 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
En España se clona al primer toro de lidia

36. Obtención de medicamentos por ingeniería genética
Plásmido
con gen
insertado
Células
embrionarias
Vaca receptora Vaca transgénica Vaca transgénica
El gen del factor VIII, procedente
de células humanas, se inserta
en un plásmido.
El plásmido se
inserta en células
embrionarias de
una vaca.
Los embriones se
implantan en una
vaca receptora.
Tras el desarrollo del embrión, nacerá
una vaca transgénica que portará el
gen del factor VIII en sus células.
Cuando la cría
crezca, de su leche
se podrá obtener el
factor VIII.

37. Mansa (nació en 2002)
Primera ternera clonada y transgénica. Produce
la hormona de crecimiento humana en la leche

38. Clonan terneros en EE UU para producir anticuerpos humanos
Terneros clonados y manipulados genéticamente (fábrica de anticuerpos humanos)
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"

39. Animales transgénicos
Salmón: Crece entre 6 y 8 veces más que un salmón
normal. Se le han incorporado dos genes.
Un gen de un pez plano del Ártico
que no interrumpe su crecimiento
en invierno
Otro gen del propio salmón modificado
que no interrumpe la producción del
hormona del crecimiento cuando el pez
llega a la madurez
frankenfish

40. Aplicaciones de la ingeniería genética
Terapia génica
Obtención de fármacos
Mejora en la producción
agrícola y animal.
• Insulina
• Proteínas de
coagulación del
suero sanguíneo.
• Vacunas
Carpas y salmones portadores del
gen de la hormona del crecimiento
Maíz resistente al frío
Tratamiento de
enfermedades humanas:
• Diabetes
• Hemofilia
• Parkinson

41. Producción de
sustancias
terapéuticas
Insulina
Eliminación de
metales pesados
Biorremediación
Producción de energía
Producción
de alimentos

42. La genética de los animales tiene múltiples objetivos:
*Aumentar el rendimiento del ganado.
*Producir animales con enfermedades humanas para la investigación.
*Elaborar fármacos, etc.
Se está investigando la creación de nuevas razas
de animales mediante técnicas de manipulación
genética.
Los primeros pasos se han dado obteniendo
animales clónicos, Estas nuevas razas pueden
ser más resistentes y rentables.
Algunos de ellos llevan genes humanos
que provocan cáncer.
En la actualidad, ya se emplean
ratones transgénicos en los
laboratorios de investigación.

43. • La primera planta transgénica se desarrolló a partir de la planta
del tabaco. Mediante ingeniería genética se han conseguido
plantas resistentes a enfermedades producidas por virus,
bacterias o insectos.
La gran ventaja de estas plantas es el ahorro económico.
• Las técnicas de ingeniería genética también
permiten el desarrollo de plantas que den
frutos de maduración muy lenta.
La mejora de la calidad de las semillas también es
un objetivo interesante.

44. Ø OMG: PLANTAS TRANSGÉNICAS

45. Las aplicaciones farmacéuticas son otro gran punto de interés.
P e rmi t e d e s a r r o l l a r p l a n t a s
transgénicas.
Actualmente se han desarrollado
plantas transgénicas de más de
cuarenta especies.
Mediante ingeniería genética se han
conseguido plantas resistentes a virus,
bacterias o insectos.
Estas plantas son capaces de producir antibióticos, toxinas y otras
sustancias que atacan a los microorganismos.

46. Son los seres vivos más utilizados en
Ingeniería Genética. La más utilizada
es la Escherichia coli. Se usa
prácticamente en todos los procesos
de I.G.
Las bacterias son microorganismos
con una capacidad extraordinaria de
adaptación a diferentes condiciones
ambientales.

47. La capacidad infecciosa de las bacterias radica en que poseen la información
necesaria para colonizar los tejidos del huésped, invadirlos y producir la
enfermedad.
Por otro lado, ha permitido
usarlas para la prevención y
t ratamiento de algunas
enfermedades.
Estas posibilidades se han visto incrementadas con el desarrollo de la
ingeniería genética y la disponibilidad de técnicas de biología molecular.

48. Biorremediación
La naturaleza tiene una cierta capacidad de limpieza de los elementos
contaminantes. Microorganismos como levaduras, hongos o bacterias degradan
una gran cantidad de sustancias tóxicas, reduciendo su carácter nocivo o incluso
volviéndolas inocuas para el medio ambiente y la salud humana.
La biorremediación consiste en acelerar este proceso natural para mitigar la
contaminación ambiental.
Los expertos en ingeniería genética creen
que la utilización de organismos modificados
genéticamente traerá un mayor desarrollo de
la biorremediación.
Los ejemplos son muy variados:
• La introducción de un gen en el organismo
específico para el vertido.
• El desarrollo de cepas biosensoras
luminiscentes, que permitirían monitorizar el
proceso de degradación.
• La creación de plantas transgénicas para
limpiar suelos contaminados.

49. Biorremediación
Deinococcus radiodurans: De los
microorganismos más resistentes a
la radiación que se conocen, ha sido
modificado genéticamente para que
pueda consumir el tolueno y los
iones de Mercurio de desperdicio
nuclear altamente radiactivos

50. OTRAS APLICACIONES EN LA BIOTECNOLOGÍA
Producción de energía

51. Los alimentos transgénicos
Transgen
Organismo
transgénico

52. Retraso en la
maduración
Mejora de la
calidad
Producción de
sustancias
Los alimentos transgénicos
Tomate Flavr Svr
Café más
aromático y con
menos cafeína
Resistencia a
herbicidas e insectos
Maíz resistente
a insectos
Arroz que produce
provitamina A
Soja resistente a
herbicidas
Patatas que inmunizan
contra enfermedades

53. Algunos tipos de plantas transgénicas
El abanico de estos
cultivos es muy
amplio
Tomates morados, con el gen de
los arándanos, que les aporta
propiedades anticancerígenas
Tomates
azules,
con
vacunas
Golden rice con vitamina A

54. LOS ALIMENTOS TRANSGÉNICOS
Riesgos de la biotecnología
Pérdida de
diversidad genética
Pérdida de diversidad cultivada, invasión
de ecosistemas naturales
Paso de genes
transferidos a
especies silvestres o
tradicionales
Maleza resistente a herbicidas o
bacterias resistentes a antibióticos
Efectos perjudiciales
sobre la salud
Se han descrito problemas alérgicos.
Hay gran desconocimiento
Aumento de la
dependencia de
países en desarrollo

55. Con este mapa los científicos
podrían trabajar en el
descubrimiento de qué genes
son responsables de
enfermedades como el cáncer,
la diabetes y la hipertensión
Un notable logro de la Ciencia
Descubrimiento del ADN cumple 50
años
Domingo, 14 de abril de 2002 - 22:58
GMMTa pa del genoma humano en
2003
El Libro de la vida
Proyecto Genoma Humano
El País. Madrid, 26 de Marzo de 2001.
Las multinacionales retiran los alimentos transgénicos del Estado español.
Joaquina Prades, Madrid.
La Dignidad del Hombre en Juego
Manipulación genética y controversia
ética.

56. Proyecto genoma humano
• El proyecto genoma humano fue un proyecto
que tenía como objetivo la secuenciación de
todo el ADN de un ser humano.
• Secuenciar un genoma significa determinar el
orden en que se disponen los cuatro nucleótidos
que forman el ADN a lo largo de todas las
moléculas que contiene cada célula.
• El ADN humano contiene 3.000 millones de
nucleótidos lo cual significaba una dura tarea.

57. • 1988. El doctor Watson es nombrado director de la Oficina de
Investigación del Genoma Humano, organismo dependiente de los
Institutos Nacionales de la Salud (NIH) de EEUU. Afirma que el
genoma podrá estar descodificado para el año 2005 y que le costará
al Gobierno alrededor de 3.000 millones de dólares.
• 1990. El doctor Craig Venter, un investigador de los NIH, desarrolla
un método más corto para encontrar fragmentos del genoma
humano. Demuestra que, a partir de estos fragmentos, se puede
identificar a los genes completos.
• Mayo 1998. Venter se 'pasa' a una nueva compañía que pretende
secuenciar el genoma humano en tres años, es decir, dos años
antes de la fecha prevista por el proyecto estatal. La compañía se
llamará Celera.
• Junio 2000. En un día que el presidente Clinton califica de histórico,
Venter y Collins aparcan sus diferencias y anuncian que se ha
logrado el primer borrador del genoma humano secuenciado
• 12 de Febrero de 2001. La empresa Celera publica la secuenciación
del genoma en la revista 'Science'. El consorcio público hace lo
mismo en 'Nature'

60. El proyecto genoma humano ha permitido
conocer muchas cosas:
• Cuantos genes tenemos (30.000)
• Como son de grandes, unos 3.000 nucleótidos de
media.
• Qué proporción de nuestro ADN da lugar a proteínas
(2 %)
• Como se organizan los genes en nuestro ADN
• En que se diferencia nuestro ADN del de otras
especies.
• Que diferencias hay entre los distintos humanos, el
0’1 %.

61. • Gracias al conocimiento del genoma
humano será posible en el futuro
conocer mejor algunas enfermedades y:
1.- Diagnosticar mejor
2.- Aplicar un tratamiento adecuado
3.- Prevenir la aparición de estas
enfermedades.

62. El genoma humano es 10 veces mas pequeño que el genoma
de la salamandra Bolitoglossa subpalmata y 200 veces menor
que el de la Ameba
Entre una persona y otra el ADN solo difiere en 0.2%
Humanos
30,000
genes
70% idéntico
Chimpancé
30,000
genes
A. thaliana
25,000
genes
Ratón
30,000
genes
C. elegans
19,000
genes
D. melanogaster
13,000
genes
98% idéntico
20% idéntico
60% idéntico
De 289 genes
humanos
implicados en
enfermedades,
hay 177
cercanamente
similares a los
genes de
Drosophila.

63. • El 7 de marzo de 2010 fue publicad en la
revista Nature, una de las revistas
científicas más prestigiosas del mundo,
una investigación del Cinvestav Irapuato
en colaboración con científicos de Estados
Unidos y Francia en la cual hallaron una
proteína llamada argonauta 9 con la que
se podría llegar a inducir la clonación
natural de las plantas, esto tendría un
fuerte impacto en la industria de semillas,
y algunos dicen que podría revolucionar la
producción agrícola internacional.