1. 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.
2. La herencia. Genética molecular
• Ingeniería genética y aplicaciones.
• Organismos modificados genéticamente.
• Repercusiones sociales y valoración ética de la
manipulación genética.
3. Criterios de evaluación
• Conocer algunas de las herramientas de la
ingeniería genética y sus aplicaciones.
4. Observaciones
• Como una introducción a la ingeniería genética, además de la
PCR, explicar un experimento sencillo de clonación en el que
intervengan el ADN que tiene que ser clonado, las encimas de
restricción, un plásmido y bacterias.
• Organismos transgénicos: comentar brevemente que
son, como se obtienen y cuales son sus principales ventajas y
desventajas.
• Indicar que la producción de moléculas recombinantes por
ingeniería genética resulta muy útil para nuestra especie
(producción de hormonas como, por ejemplo, la insulina o la
hormona de crecimiento, o la producción de algunas vacunas
como las de la hepatitis A y B).
5. Técnicas de la Ingeniería Genética
•
1.
2.
3.
•
La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas, entre las
que destacan:
Tecnología del ADN recombinante: con la que es posible aislar y manipular un
fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro.
La secuenciación del ADN: Técnica que permite saber el orden o secuencia de los
nucleótidos que forman parte de un gen.
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.
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 producir
fármacos u otros productos de utilidad para el hombre, entre los que se pueden
citar: la insulina humana, la hormona del crecimiento, la obtención de nuevas
vacunas o la clonación de animales.
7. Introducción a la PCR®
La PCR® es una técnica de amplificación enzimática in vitro
que 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
www.sistemasgenomicos.com
8. Introducción a la PCR®
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
www.sistemasgenomicos.com
9. Introducción a la PCR®
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
www.sistemasgenomicos.com
10.
11. '''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 Taq
polimerasa para la PCR.
http://tripatlas.com/Thermus_aquaticus
14. 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/
15. Aplicaciones PCR
•
•
•
Secuenciación
Una de las razones más comunes para el uso de la PCR es la formación de suficiente
cantidad de ADN molde para su secuenciación. Es mucho más 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.
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 aplicaciones
más 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
17. 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
20. • 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.
24. 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
29. Detección de mutaciones
Método 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 genéticas
Diagnóstico prenatal / Diagnóstico preimplantación de enfermedades hereditarias o
determinación del sexo del feto previamente a su implantación en procesos de
fecundación 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)
30. • Ingeniería genética
• http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animati
ons/sp_genetic_engineering.swf
• Clonación de un gen
• http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animati
ons/sp_cloning_gene.swf
31. Obtención de organismos genéticamente idénticos
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
32. Conjunto de técnicas nacidas de la Biología molecular
que permiten manipular el genoma de un ser vivo
cromosoma
Homo sapiens
Mediante la ingeniería genética se pueden introducir genes
Escherichia coli
en el genoma de un individuo que carece de ellos
gen
33. 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)
34. Las enzimas de restricción
Las enzimas de restricción son proteínas cuya función es cortar las hebras
de ADN.
Se podría decir que son “tijeras moleculares” que cortan ADN.
Lo hacen en forma específica: cada enzima reconoce un sitio particular del
ADN, es decir que reconoce una secuencia particular de nucleótidos.
Esa secuencia específica para cada enzima se denomina “sitio de
restricción”.
Una vez que la enzima reconoce estos sitios, se posiciona sobre la
molécula 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 (secuencia
que se lee igual en ambas direcciones).
Son extraídas de bacterias, donde actúan como mecanismo de defensa
para degradar material genético extraño que entre en la célula.
35. 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.
37. Molécula A
Molécula B
Digestión de ambas moléculas con la
misma enzima de restricción, BamHI
Extremos
cohesivos
Mezclar
Tratar con ADN-ligasa
ADN recombinante
42. 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 sóla
posibilidad había desencadenado ya el almacenamiento
de células de mascotas por parte de sus ricos propietarios
febrero 2002 Universidad College Station (Texas)
43. Clonación de animales
La clonación de la oveja Dolly se realizó a partir de células diferenciadas de adulto.
Oveja adulta
blanca
Célula somática
diferenciada
Implantación en la
madre adoptiva
Célula
fusionada
Fusión de
ambas
células
Formación del
embrión
Clon de oveja
blanca
Extracción del
núcleo
Ovocito no
fecundado
Oveja adulta de
cara negra
En circunstancias experimentales, se puede
“reprogramar” el material genético de una
célula diferenciada para que se comporte
como la de un cigoto.
44.
45. 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)
46. 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
