1. EL ADN Y LA INGENIERÍA
GENÉTICA
TEMA 13

3. Tema 13.- El ADN y la ingeniería
genética
• 11.- Concepto de organismo transgénico.
• 12.-Construccción de un ADN recombinante.
• 13.- La clonación del ADN. Vectores (plásmidos)
• 14.-Ingeniería genética: Agricultura y Medio Ambiente.
• Producción de Plantas transgénicas: transformación
(Agrobacterium) y regeneración. Resistencia a
herbicidas.
• Bacterias transgénicas: biorremediación (degradación de
vertidos de hidrocarburos del petróleo).
• 15.- Ingeniería genética y Medicina.
• Obtención de insulina.

4. INGENIERÍA GENÉTICA
• Bajo la denominación de Genética molecular se
engloban procesos y fenómenos relacionado con el
material genético como son la replicación,
transcripción, traducción, el código genético y las
mutaciones.
• En 1970 Smith y Wilcox descubren las enzimas de
restricción, Temin y Baltimore descubren la
retrotranscripción, en 1983 K.B Mullis desarrolla la PCR,
se desarrollan técnicas de secuenciación de ADN, y
otras muchas más.
• Todas estas técnicas constituyen la Ingeniería
Genética (= Manipulación genética) que permitir
manipular el genoma de un ser vivo.

5. INGENIERÍA GENÉTICA
• Esta manipulación consiste en:
– Introducir genes (normalmente de otro ser vivo) en un
genoma.
– Eliminar genes.
– Modificar su secuencia de bases
– Secuenciar genes
– Clonar genes
• Realmente habría que denominar a dichas
técnicas Tecnología del ADN Recombinante,
ya que con ellas se obtienen nuevos ADN que
no existían.

6. INGENIERÍA GENÉTICA
• Si aplicamos estos métodos y técnicas a
los seres vivos para obtener un
producto o servicio, hablamos de
BIOTECNOLOGÍA.
• La Ingeniería Genética se sitúa entre la
Genética Molecular y la Biotecnología.

7. TÉCNICAS DE INGENIERIA
GENÉTICA
• TÉCNICAS DE INGENIERIA GENÉTICA
o TECNOLOGÍA DEL ADN
RECOMBINANTE.
• Sus ventajas, frente a los procedimientos
clásicos son muchas:
– Mucho más rápido y preciso.
– Se transmiten sólo los genes deseados.
– Obtención de productos en mucho mayor
cantidad.

8. TÉCNICAS DE INGENIERIA
GENÉTICA
• Podemos obtener fragmentos de ADN
idénticos en cantidades ilimitadas
(clonación), determinar la secuencia
de los genes, alterarlos, insertar genes
de una especie en otra distinta, bien en
sus células somáticas o germinales.

9. TÉCNICAS DE INGENIERIA
GENÉTICA
• Algunas de estas técnicas son:
• Tomar o aislar fragmentos específicos de ADN de
un organismo, para ello se cortan en puntos
concretos. Es decir, fragmentar o cortar el ADN.
• Unión de fragmentos de ADN.
• Clonación del ADN, para tener suficientes copias y
estudiarlo mejor, o para que se exprese su proteína
en grandes cantidades. Se utilizan VECTORES DE
CLONACIÓN. También se puede hacer con la
técnica llamada PCR (Reaction Chain Polymerase =
Reacción en cadena de la Polimerasa.)

10. TÉCNICAS DE INGENIERIA
GENÉTICA
• Algunas de estas técnicas son:
4. Insertar un gen en el ADN de otro ser vivo para
que se exprese en él, o incluso en sus células
germinales para que se transmita a la descendencia.
Es la transformación, y el ADN es recombinante.
Así se obtienen ORGANISMOS MODIFICADOS
GENÉTICAMENTE ( = O.M.G.) o TRANSGÉNICOS.
Para insertarlo en la célula huésped primero se
inserta en unos VECTORES DE TRANSMISIÓN =
DE EXPRESIÓN.
5. Identificación y secuenciación, y modificación
para mejorar el producto, si su producto tiene
interés industrial, farmaceútico, agrícola, etc.

11. TÉCNICAS DE INGENIERIA
GENÉTICA
• Para manipular el ADN se utilizan
herramientas fundamentales:
– Las enzimas de restricción o restrictasas
(cortan)
– Las ligasas (unen)
– Los vectores de transmisión (transportan
genes y los insertan en ADN distintos, es
decir, de otras especies)

12. 1.- OBTENCIÓN DE
FRAGMENTOS DE ADN. CORTE
DEL ADN
• Se puede hacer utilizando dos tipos de
enzimas:
– Las enzimas de restricción
– La retrotranscriptasa.

13. Enzimas de retricción
Se denominan enzimas de restricción, restrictasas o
endonucleasas de restricción.
Reconocen puntos concretos del ADN (secuencias
palindrómicas o capicúas) y lo cortan ahí.
Actúan como tijeras moleculares.
Se conocen más de 100 distintas y cada una corta en
una secuencia específica a cada hebra de ADN.
• El corte puede ser de dos tipos y así se originan:
– Extremos romos o lisos.
– Extremos cohesivos o pegajosos o escalonado,
así puede unirse a otros trozos que sean
complementarios.

14. Enzimas de retricción
Enzima Bacteria Tipo de extremo
Eco RI Escherichia coli cohesivos
Eco RII Escherichia coli
Bam HI Bacillus amyloquefaciens cohesivos
Hae III Haemophilus aegyptius romos
Hind III Haemophilus influenzae Rd cohesivos
Kpn I Klebsiella pneumoniae cohesivos
Sma I Serratia marcenscens romos
Bsu RI Bacillus subtitlis

15. Enzimas de retricción

16. Enzimas de retricción
Al cortar una molécula de ADN con distintas enzimas de
restricción se obtienen una mezcla de fragmentos de
distinto tamaño. Los fragmentos obtenidos se pueden
separar por un método llamado electroforesis,
basándose en la capacidad de desplazamiento en un
campo eléctrico según su tamaño y de carga eléctrica.
Las pequeñas recorren una distancia mayor y las largas
menor. Los fragmentos se mueven sobre una lámina de
gel de agarosa. Después se tiñen con un colorante y se
obtienen una bandas. Cada banda corresponde a un
tamaño medido en pares de bases.
El tamaño de los fragmentos se suele expresar en
KILOBASES (1000 nucleótidos) si son cadenas
monocatenarias, o 1000 pares de bases si se habla de
bicatenarias. Si el tamaño es inferior a 1000 bases se
habla de bases o pares de bases.

17. Ligasas
• Las enzimas ligasas hacen lo contrario, a
las enzimas de restricción, unen los
extremos “pegajosos” de hebras de ADN
con secuencias complementarias.

18. Transcriptasa inversa
• También se puede obtener el fragmento de ADN, en
este caso ADN estructural, es decir, que codifica una
proteína o enzima, si se conoce su secuencia de
aminoácidos o la de su ARNm (éste se sintetiza “in vitro”
o se aísla de la célula por hibridación).
• Una vez aislado, la transcriptasa inversa lee este
ARNm y sintetiza el ADN que lo codifica, llamado
ADNc o complementario, que es un ADN sin
intrones.
• Este método es muy importante si el gen que se
introduce es de eucariontes y se introduce en una
bacteria. El gen introducido no tiene intrones.

19. HIBRIDACIÓN DE ÁCIDOS
NUCLEICOS
• Por medio de la hibridación de ácidos
nucleicos podemos localizar genes en el
ADN.
• Hibridamos el ARNm sin intrones con el
ADN y con fluorescencia o
autorradiografía (isótopos) localizamos el
gen en el cromosoma.

20. CLONACIÓN DEL ADN
• Para manipular el ADN es necesario
disponer de una gran cantidad de
moléculas. Esto se consigue con la
clonación.
• Se puede hacer de dos formas:
– Clonación molecular o génica, utilizando
células.
– Amplificación por PCR, sin utilizar células.

21. Clonación molecular o génica
• La clonación molecular se hace utilizando células
hospedadoras, bacterias normalmente. Es decir, se
inserta el ADN deseado en su ADN y cuando la
bacteria se reproduzca hará múltiples copias de ese
ADN.
• Para ello, una vez aislado el ADN hay que insertarlo en
el ADN bacteriano.
• Para ello se utilizan los vectores de clonación o de
clonado. Estos vectores son pequeños moléculas de
ADN que tienen capacidad de autorreplicación
independientemente del ADN de la célula huésped,
como plásmidos, bacteriófagos y cósmidos. El gen
deseado hay que insertarlo primero en estos vectores.

22. Vectores de clonación
• Son los medios biológicos que se
emplean para introducir material
genético en una célula.

23. Clonación molecular o génica
• Para insertar el ADN en los vectores, se
cortan éstos con la misma enzima de
restricción con la que se obtuvo el
ADN.
• Los extremos del ADN y del vector
tienden a unirse.
• Una enzima ligasa los unirá.
• Así obtenemos un ADN recombinante o
quimera.

24. Clonación molecular o génica
• Para clonar genes en células eucariotas se
recurre a:
• Para células vegetales:
– Bacteria Agrobacterium tumefaciens que contiene un
plásmido que puede insertarse en cromosomas de
las células vegetales. Induce tumores en las plantas.
– Plásmidos de algunas levaduras.
• Para células animales:
– Retrovirus modificados
– Inyección directa de ADN en ovocitos.

25. Vectores: plásmidos
• Fragmentos de ADN bacteriano con su
propio origen de replicación por lo que
se replican de manera independiente al
ADN bacteriano.
• Una bacteria puede tener muchos
plásmidos (20 a 50).
• Muchos de ellos poseen genes de
resistencia a antibióticos (plásmidos R).

26. Vectores: plásmidos

27. Vectores: bacteriófagos
• Los fagos son virus que infectan
bacterias.
• Se pueden manipular eliminando parte
de su ADN y reemplazándolo por un
ADN extraño.
• Al infectar una bacteria introducen el ADN
insertado y al multiplicarse, también se
multiplica la secuencia insertada.
• El más empleado es el fago lambda.

28. Vectores: cósmidos
• Tipos de plásmidos que contienen los
extremos complementarios del genoma
del fago lambda (extremos COS).
• Se introducen el la cápsida del fago y
pasar al interior de la bacteria.

29. Clonación molecular o génica
• Estos vectores llevan además unos genes
llamados marcadores que sirven para
detectar o identificar las células que han
incorporado los vectores. Estos
marcadores son genes de resistencia a
antibióticos (si se inserta en una bacteria)
o genes de bioluminiscencia (si se inserta
en una eucariota). Los plásmidos
naturales no tienen estos marcadores,
sino que se añaden artificialmente.

30. Clonación molecular o génica
• ¿Cómo se inserta el vector en el ADN de la célula
huésped? Se corta el ADN del vector y el que contiene
el gen deseado con la misma restrictasa y luego se
unen con la ligasa. Así tenemos un ADN
recombinante, ya que procede de dos moléculas
distintas.
• La introducción de un ADN extraño en bacterias, ya sea
de forma natural o por vectores, se llama
transformación. Si el vector es un virus, la
transformación se llama transducción.
• Si se hace en eucarionte se llama transfección, y si se
inserta en las células germinales de estos se llama
transgénesis y los descendientes de estos organismos,
transgénicos o modificados genéticamente (OMG). Por
ejemplo, uno de los vectores más utilizados en plantas
es la bacteria Agrobacterium tumafaciens, y en células
animales, el virus SV40.

31. Manipulando los genes uno a uno
Biotecnología
Aquí tenemos un gen que interesa insertar en un
plásmido
Una enzima de restricción ha cortado el
gen y el plásmido, quedando unos bordes
cohesivos o pegajosos
La unión del ADN que contiene el gen que se desea clonar con el vector
de clonación, se realiza por medio de otras enzimas, denominadas ADN
ligasas, que unen ambos trozos de ADN. El resultado es una molécula
de ADN recombinante, ya que contiene fragmentos de ADN de distinta
recombinante
procedencia

32. Clonación molecular o génica
• Una vez que las bacterias se han transformado,
se las pasa a un medio de cultivo para que se
multipliquen. Al mismo tiempo se replican los
vectores de clonado y así se obtienen múltiples
copias del gen deseado.
• Cada grupo de bacterias que procedan de una
sola, llevarán ese vector y ese gen, constituye
un clon. Así se obtienen tantos clones como
fragmentos de ADN se hayan insertado en las
bacterias.
• El conjunto de clones obtenido se llama
biblioteca genómica o genotecas.

33. SELECCIÓN DE CLONES o
TRANSFORMANTES
• De todos los clones obtenidos sólo uno portará
el gen deseado. ¿Cómo se localiza o se extrae
de la biblioteca genómica?. Es decir, hay que
localizar un fragmento de ADN, que está dentro
de una célula. El método depende del vector
utilizado:
– Transfiriendo los clones a cultivos con
antibióticos. El que sobreviva es el que porta
el marcador de resistencia.
– Otro método muy usado es la hibridación de
ácidos nucleicos, utilizando una sonda.

34. Manipulando los genes uno a uno
Biotecnología
El ADN recombinante se introduce en una bacteria que es usada como “factoría”, como fábrica de una proteína
humana y no de una proteína bacteriana. El ADN recombinante se copia porque las bacterias se dividen.
Procedimiento de inserción de un gen en un plásmido y amplificación del ADN clonado. Tanto el plásmido como la secuencia blanco del
ADN a clonar se cortan con la misma enzima, en este caso Eco R1 que produce extremos pegajosos. Al mezclar en un tubo de ensayo el
ADN plasmídico y la secuencia de ADN foráneo se hibridizan y tras la acción de una ligasa agregada al medio forman un plásmido híbrido
que contiene el gen de interés. Luego se procede a transferir el ADN recombinante a una bacteria (proceso fácil de realizar). Se procede
luego a transferir las bacterias a un medio de cultivo donde se multiplican. A partir de este crecimiento se siembran en un medio sólido
conteniendo el antibiótico al que es resistente la bacteria que porta el plásmido, es decir, sólo van a crecer las bacterias que contienen el
ADN recombinante. Luego a partir de las colonias se hace un cultivo en medio líquido para amplificar y de ese cultivo se purifica el ADN con
el inserto.

35. SELECCIÓN DE CLONES o
TRANSFORMANTES
• La sonda es un fragmento de ADN o ARN de cadena sencilla
complementaria a la secuencia del fragmento que queremos
localizar. Esta sonda puede ser:
– El ARNm correspondiente a la proteína que codifica el en
buscado, y que se ha sintetizado in vitro.
– Un ADN llamado complementario (ADNc), obtenido a partir del
ARNm por la transcriptasa inversa.
• La sonda lleva una molécula (reporter) que puede un isótopo
radioactivo o una sustancia fluorescente. Sirve para “verla” por
medio de autorradiografía (si lleva isótopos) o con microcosopio de
florescencia si lleva sustancia fluorescente. La sonda se añade al
conjunto de clones y se espera que hibride.
• Si se quiere clonar el gen de la insulina humana y luego
secuenciarlo, la sonda se prepara a partir de células del páncreas.
Se aísla de ellas el ARNm de la insulina, luego con la transcriptasa
inversa (y con nucleótidos marcados con isótopos radiactivos) se
obtiene el ADNc, que contiene únicamente secuencias codificantes,
sin intrones porque procede del ARNm maduro.

36. CLONACIÓN DE ADN.
AMPLIFICACIÓN DEL ADN.
REACCIÓN EN CADENA DE LA
POLIMERASA. PCR.
• Para manipular el DNA se necesita
grandes cantidades. En la actualidad se
clona ADN sin necesidad de utilizar
células, por tanto in vitro, con un método
desarrollado en 1983 por K.B. Mullis,
denominado Reacción en Cadena de la
Polimerasa, (Polymerase Chain Reaction
o PCR).

37. REACCIÓN EN CADENA DE LA
POLIMERASA. PCR.
• Es una técnica mucho más rápida y productiva:
a partir de una sola cadena de DNA en una
tarde se pueden obtener hasta 100.000 millones
de moléculas idénticas.
• El mecanismo es el mismo que utilizan las
células cuando replican el DNA. Es decir,
reproduce in vitro lo que ocurre dentro de la
célula. Se utiliza la DNA polimerasa, que a partir
de una cadena molde fabricará dos cadenas
hijas idénticas.

38. REACCIÓN EN CADENA DE LA
POLIMERASA. PCR.
• Para esto hay que suministrar:
– La cadena molde, que es una de las
cadenas de la doble hélice
– Desoxirribonucleótidos
– Cebador

39. REACCIÓN EN CADENA DE LA
POLIMERASA. PCR.
• El mecanismo es simple: consiste en repetir
ciclos de síntesis. Cada ciclo consta de:
– Desnaturalización de la doble cadena a
copiar, con temperaturas altas. Cada hebra
sencilla servirá de molde.
– Lectura de la hebra molde
– Incorporación de nucleótidos
– Mantener temperatura muy elevada durante
todo el proceso

40. • La molécula de ADN que va a copiarse se calienta para que se desnaturalice y se separe las dos hebras.
• Cada una de las hebras es copiada por la ADN polimerasa. (Se utiliza la ADN polimerasa de una bacteria que
vive en aguas termales, Thermus aquaticus, así la enzima puede trabajar a altas temperaturas).
• Las cadenas recién formadas son separadas de nuevo por el calor y comienza otro nuevo ciclo de copias.
Estos ciclos se repiten hasta que se obtiene el número de copias deseado.

41. REACCIÓN EN CADENA DE LA
POLIMERASA. PCR.
• De esta manera, en el primer ciclo se obtienen
dos cadenas, en el segundo, cuatro, en el
tercero 8, etc. El número de moléculas
obtenidas se obtiene por esta fórmula N = 2 n
donde n es el número de ciclos realizados. Cada
ciclo equivale a una replicación. Así al cabo de
20 ciclos se obtienen 1048576 moléculas de
ADN.
• Cada ciclo dura unos 5 minutos, ya para que se
obtenga una amplificación útil se necesita 20
ciclos. Hoy día se hace de manera
automatizada.

42. Manipulando los genes uno a uno
La reacción en cadena de la polimerasa, PCR
1. Desnaturalización de las cadenas a 94º C. Durante el proceso de
desnaturalización la cadena doble se abre y se forman dos hebras de
cadena simple, además todas las reacciones enzimáticas que tienen lugar
en ese momento paran, como por ejemplo la elongación de un ciclo
previo.

43. Manipulando los genes uno a uno
La reacción en cadena de la polimerasa, PCR
1. Anillado a 54º C. Los primers se encuentran flotando en la solución, de un
lado a otro, o hacia arriba o hacia abajo debido al movimiento browniano.
Las uniones iónicas entre el cebador y la cadena simple molde se forman
y rompen en forma constante hasta que al encontrarse las zonas
complementarias esta unión se hace más estable y se mantiene lo
suficiente para que una polimerasa se enganche al cebador y comience a
copiar la cadena molde.

44. Manipulando los genes uno a uno
La reacción en cadena de la polimerasa, PCR
1. Extensión a 72º C. Esta polimerasa especial aislada de bacterias que
viven en aguas termales calientes, tiene como temperatura de trabajo la
de 72º C. Los cebadores que están unidos débilmente a esta temperatura
se separan, en cambio, los complementarios al gen tienen uniones
suficientemente fuertes de modo que la polimerasa sigue copiando la
cadena. Los nucleótidos se agregan desde 5’ a 3’.

45. Manipulando los genes uno a uno
La reacción en cadena de la polimerasa, PCR
Debido a que ambas cadenas se copian durante la reacción de PCR se
produce un aumento exponencial del número de copias del gen. Así, si
suponemos que hay una sola copia del gen antes de que se inicien los
ciclos, después de un ciclo habrá dos copias, después de dos habrá cuatro,
luego ocho y así sucesivamente.
A lo largo de los ciclos los primers que se usan son siempre los mismos.

46. REACCIÓN EN CADENA DE LA
POLIMERASA. PCR.
• La DNA polimerasa utilizada al principio era la
de Escherichia coli. Pero al elevar la
temperatura para la desnaturalización del DNA
la enzima se desnaturalizaba y había que
reponerla en cada ciclo. Esto encarecía y
ralentizaba el proceso. Esto se solucionó al
descubrirse las bacterias termófilas
(extremófilas) que vivían en aguas termales,
cuyas proteínas soportan temperaturas
elevadas. Se utilizó la polimerasa de Thermus
aquaticus, que soportaba hasta 95 ºC. Esta
polimerasa se denominó Taq polimerasa.

47. APLICACIONES DE LA PCR
• Clonación de genes. La PCR resulta útil en la
clonación de genes, ya que permite obtener un
gran número de copias del gen sin la
intervención de células.
• Estudios evolutivos. Mediante la PCR se
pueden amplificar genes de organismos ya
extinguidos a partir de cantidades muy
pequeñas de ADN presentes en algunos fósiles,
para comparar estos genes con los genes
semejantes de organismos actuales y
reconstruir el árbol filogenético.

48. APLICACIONES DE LA PCR
• 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.

49. APLICACIONES DE LA PCR
• Huellas dactilares del ADN.

50. Manipulando los genes uno a uno
La reacción en cadena de la polimerasa, PCR
 Algunas de las aplicaciones de la PCR son:
 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.
Técnicas de secuenciación
El test genético

51. Manipulando los genes uno a uno
La reacción en cadena de la polimerasa, PCR
 Algunas de las aplicaciones de la PCR son:
 Estudios evolutivos. Mediante la PCR se
pueden amplificar genes de organismos ya
extinguidos (mamut), o restos antiguos
humanos. Se pueden comparar estos genes
con los genes semejantes de organismos
actuales y poder reconstruir árboles
filogenéticos.

52. Manipulando los genes uno a uno
La reacción en cadena de la polimerasa, PCR
 Algunas de las aplicaciones de la PCR son:
 El PCR también se ha utilizado para conseguir
el mapa del genoma humano.

53. Manipulando los genes uno a uno
La reacción en cadena de la polimerasa, PCR
 Algunas de las aplicaciones de la PCR son:
 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.

54. Manipulando los genes uno a uno
La reacción en cadena de la polimerasa, PCR
 Algunas de las aplicaciones de la PCR son:
 Huellas dactilares del ADN.
Esta técnica se aplica actualmente en Medicina
forense e investigaciones policiales, con el fin
de identificar individuos a partir de muestras
biológicas (sangre, semen, piel o cabellos).
También se utiliza en pruebas de paternidad.

55. APLICACIONES DE LA
INGENIERÍA GENÉTICA
• Medicina.
• En agricultura
• En ganadería.
• En medio ambiente. Biorremediación.
• Producción de transgénicos.
• Medicina.
• Clonación animal.
• Clonación terapeutica: celulas madre.

56. Producción de proteínas
terapéuticas
• Se ha conseguido insertar en bacterias los
genes que codifican proteínas humanas cuya
carencia produce enfermedad.
• Así se han obtenido:
• INSULINA.
• HORMONA DEL CRECIMIENTO.
• INTERFERÓN.
• FACTORES DE COAGULACIÓN.

57. Manipulando los genes uno a uno
Biotecnología: fabricación de proteínas
 Además de la insulina, la industria farmacéutica
ha comercializado estas proteínas recombinantes:
ADN Vacunas basadas
Interferón humano Hormona de en proteínas
polimerasa I recombinantes
crecimiento
Esclerosis Enanismo Fibrosis
múltiple Hepatitis B
hipofisiario quística

58. Producción de INSULINA
• Es una proteína formada por dos cadenas.
• Cada cadena se obtiene en una cepa de
bacterias diferente y luego se une.

59. Producción de INSULINA

60. Producción de INSULINA
• La insulina fue la primera proteína obtenida por
ingeniería genética.
• Está formada por dos polipéptidos, el A y el B, y para su
producción es necesario, primero, sintetizar
químicamente las dos cadenas de ADN que la expresan:
la cadena A y la cadena B.
• Esto ha sido posible porque la secuencia de
aminoácidos de la insulina es conocida desde hace
tiempo.

62. Producción de INSULINA
• Los genes sintéticos se insertan por separado, y junto al
gen que expresa una proteína -la β-galactosidasa- en
plásmidos de E. coli, se obtienen plásmidos
recombinantes.
• Estos se introducen en cepas distintas de E. coli, donde
se expresan, y se obtiene una proteína de fusión -la β-
Gal-insulina-, que es más estable en E. coli que la
insulina sola. Estas proteínas de fusión se procesan
químicamente para separar de ellas los polipéptidos A y
B, que luego, mediante renaturalización y oxidación de
las cisteínas, se unen para obtener la insulina activa.

63. Producción de INSULINA

64. Producción de insulina humana
La forma activa de la insulina consta de dos polipéptidos (A y B), que están
codificados por partes separadas de un mismo gen. Estos se pueden obtener
en cultivos bacterianos separados.
Proteína de fusión con subunidad A
Promotor del gen de la insulina
Subunidad A del
gen de la insulina
Transformación Extracción de Separación de
en E. coli las proteínas de los polipéptidos
fusión AyB
Promotor
Formación
Proteína de fusión
de insulina
con subunidad B del
Subunidad B del activa
gen de la insulina
gen de la insulina

65. Producción de hormona del
crecimiento
• Utilizada para tratar algunos casos de
enanismo.

66. Producción de interferón
• Proteína producida en el sistema
inmunitario, útil para luchar contra
infecciones víricas y algunos tipos de
cáncer.

67. Producción de factores de
coagulación
• El 80% de hemofílicos carece del factor
VIII de coagulación.
• Esta proteína se obtiene por ingeniería
genética en grandes cantidades sin
necesidad de donantes y evitando
posibles infecciones.

68. Producción de vacunas
• Se insertan genes del patógeno en alguna
célula y se recogen las proteínas sintetizadas.
• Dichas proteínas actúan como antígenos al ser
inoculadas en un paciente.
• Se evita así la inoculación de agentes
patógenos debilitados o muertos, siendo las
vacunas más seguras y con menos efectos
adversos.

69. Terapia génica.
• La terapia génica consiste en manipular genéticamente
las células del individuo con el fin de corregir algún
defecto (enfermedad) genético o permitir que aparezca
alguna característica que permita combatir alguna
enfermedad
• La terapia génica puede aplicarse siguiendo dos
estrategias:
• Insertar una copia sana de un gen en las células del
paciente, para así compensar el efecto del gen
defectuoso.
• Introducir un gen especialmente diseñado para que
suministre una nueva propiedad a las células. Por
ejemplo introducir en linfocitos un gen que produzca un
inhibidor de la replicación del virus del SIDA.

70. Terapia génica.
• Hasta ahora la terapia génica sólo se
realiza sobre células somáticas, por los
problemas éticos que se plantean al
hacerlo en células germinales, puesto que
las modificaciones se transmitirían a la
descendencia.

71. Terapia génica.
• En células somáticas se pueden utilizar tres técnicas de
terapia génica:
• Terapia ex vivo (fuera del cuerpo): Se extraen células
con genes defectuosos y se le introducen mediante
vectores adecuados, copias normales de dichos genes
(se suelen utilizar células madre de la médula ósea)
posteriormente estas células se devuelven al cuerpo. Se
ha utilizado en el síndrome de la inmunodeficiencia
combinada severa en los llamados “niños burbuja”.
• Terapia in situ: Se introducen los genes directamente
en el propio órgano defectuoso como por ejemplo en el
caso de la fibrosis quística. A veces no produce los
efectos deseados.
• Terapia in vivo (en el cuerpo): Se hacen llegar los
genes a las células defectuosas, a través del torrente
circulatorio mediante vectores adecuados que llevan en
su superficie moléculas que son reconocidas
únicamente por las células diana debido a la presencia
de receptores específicos.

72. Manipulando los genes uno a uno
Terapia génica
TÉCNICA EX VIVO: Se extraen células del paciente, se cultivan con el ADN recombinante deseado y
luego las células modificadas se vuelven a introducir en el paciente.

73. Manipulando los genes uno a uno
Terapia génica
TÉCNICA IN VIVO: Se introduce en el paciente el ADN recombinante de las dos formas: mediante un
liposoma o mediante un virus que llevan en los dos casos el gen correcto.

74. Manipulando los genes uno a uno
Terapia génica
ENFERMEDADES HEREDITARIAS QUE PUEDEN SER CONSIDERADAS COMO PRIMERAS CANDIDATAS A SER
TRATADAS POR MEDIO DE LA TERAPIA GÉNICA
Producto normal del gen Células a modificar por la terapia
Enfermedad Incidencia
defectuoso génica
Inmunodeficiencia
Enzima adenosin desaminasa
combinada severa (SCID) Rara Células de la médula ósea o linfocitos T
(ADA)
(“niños burbuja”)
Hemoglobinopatías 1 cada 600 personas en
β - globina de la hemoglobina Células de la médula ósea
(talasemias) ciertos grupos étnicos
Hemofilia A 1/10.000 varones Factor VIII de coagulación Células del hígado o fibroblastos
Hemofilia B 1/30.000 varones Factor IX de coagulación Células del hígado o fibroblastos
Receptor del hígado para
Hipercolesterolemia
1/500 personas lipoproteínas de baja densidad Células del hígado
familiar
(LDL)
α-1-antitripsina (producto
hepático que protege los
Enfisema hereditario 1/3.500 personas Células del pulmón o del hígado
pulmones de la degradación
enzimática)
Producto del gen CFTR que
Fibrosis quística 1/2.500 personas mantiene libre de mucus los Células del pulmón
tubos aéreos de los pulmones
Distrofia muscular de Distrofina (componente
1/10.000 varones Células musculares
Duchenne estructural del músculo)

75. APLICADA A LA AGRICULTURA
• Mediante la ingeniería genética se han
modificado las características de gran cantidad
de plantas haciéndolas más útiles al hombre,
son las llamadas plantas transgénicas.
• La manipulación genética en los vegetales se
realiza introduciendo ADN procedente de otros
organismos por diversos métodos:
directamente mediante microinyección,
liposomas, etc o indirectamente utilizando la
bacteria Agrobacterium tumefaciens que es
capaz de transferir de forma natural algunos
genes en sus plásmidos a ciertas plantas.

76. APLICADA A LA AGRICULTURA
• La biotecnología en la agricultura tiene los siguientes
objetivos:
• Conseguir plantas resistentes a herbicidas, a insectos y
a diversas enfermedades.
• Conseguir plantas que presenten mejoras en procesos
básicos como son un mayor rendimiento fotosintético,
mejor asimilación del nitrógeno atmosférico, etc.
• Conseguir plantas que proporcionen productos agrícolas
de mayor calidad, más duraderos, etc
• Obtención de plantas capaces de sintetizar productos de
interés comercial. Existen ya plantas transgénicas que
producen anticuerpos animales, interferones e incluso
elementos de un poliéster destinado a la fabricación de
plásticos biodegradables, etc..

77. APLICADA A LA AGRICULTURA
• Algunos cultivos transgénicos:
– Maiz Bt. Resistente a plagas. Gen que
produce un insecticida.
– Soja resistente a herbicidas.
– Tomate de maduración tardía.
• En desarrollo:
– Arroz dorado. Que produzca vit A.
– Cultivos con genes nif. Eficientes utilizando
N2 atmosférico.

78. APLICADA A LA GANADERÍA.
• En los animales, mediante técnicas de
ingeniería genética se puede modificar el
genoma, es decir obtener animales
transgénicos, con distintas finalidades:
evitar ciertas patologías, aumentar la
producción de carne y leche, obtener
productos de interés, etc. Igualmente se
pueden obtener organismos clónicos.

79. APLICADA A LA GANADERÍA.
• Transgénesis en animales.
• El ADN extraño que se incorpora se llama transgén. La
transgénesis puede realizarse de dos formas distintas:
• Transgénesis por microinyección de zigotos. En
primer lugar se aíslan un número grande de óvulos
fertilizados. A continuación los zigotos obtenidos se
manipulan uno a uno y con una micropipeta a modo de
aguja, se introduce el ADN extraño (transgen). Por
último, estos zigotos son reimplantados en hembras que
actuarán como nodrizas permitiendo la gestación.
• Transgénesis por manipulación de células
embrionarias. Se obtienen células embrionarias
totipotentes o células embrionarias madre, del
interior de la blástula, mediante diversas técnicas se
introduce el ADN extraño en su interior y posteriormente
se reintroducen estas células manipuladas en la blástula
y ésta se reimplantada en una hembra.

80. APLICADA A LA GANADERÍA.
• Clonación de animales.
• Obtención de organismos idénticos genéticamente, y por
tanto morfológica y fisiológicamente, como lo son dos
gemelos univitelinos. En 1997 se produjo la primera
clonación de un mamífero, la oveja Dolly.
• La clonación de animales se puede conseguir por dos
métodos:
• Por disgregación de células embrionarias. Se
separan las células de un embrión en las primeras fases
del desarrollo, hasta el estado de mórula. Cada célula
separada puede funcionar como un zigoto que puede
desarrollarse dando un individuo completo.
• Por transferencia nuclear. Se toman células
embrionarias en fase de mórula o blástula, obtenidas por
disgregación y se cultivan in vitro. Posteriormente se
fusionan con ovocitos a los que se les ha quitado el
núcleo (enucleado). Las células resultantes empiezan a
funcionar como un zigoto, originando un nuevo individuo.

81. Manipulando los genes uno a uno
Células madre y clonación
Clonación de la oveja Dolly
Madre de Dolly: oveja I
Célula normal
de la oveja Se implanta en una
nueva oveja (III)
Óvulo con núcleo de
la madre (oveja I)
Donante: oveja II
Se elimina el núcleo
Óvulo de
de la oveja II
donante Clon (Dolly)
Nace de la oveja III pero es
idéntica a la oveja I, que es la
que ha donado el núcleo del
La oveja Dolly, primer mamífero clónico, falleció en 1.983. Victima óvulo
de una enfermedad degenerativa, tuvo que ser sacrificada cuando
tenía 6 años (una oveja suele vivir entre 10 y 11 años). Comenzó a
mostrar una enfermedad en la que sus células envejecían más
rápido de lo normal, aunque empezó a desarrollar artritis a una
edad muy temprana. La clonación (animal, humana, terapéutica)
El método de clonación (clonación, investigación, utilidad)
Nueva técnica de clonación
Selección genética de embriones

82. APLICADA AL MEDIO AMBIENTE
• Los microorganismos también son útiles en la lucha
frente a la contaminación. A cualquier proceso que sirva
para remediar un problema ambiental y utilice para ello
organismos vivos se le denomina biorremediación.
• Biodegradación del petróleo.
• La descomposición microbiana del petróleo y sus
derivados tiene gran importancia ambiental utilizándose
en las mareas negras y en el lavado de los tanques de
almacenamiento. Los principales microorganismos
capaces de descomponer el petróleo y sus derivados
son bacterias (Pseudomonas) y hongos oxidadores de
hidrocarburos.
•

83. APLICADA AL MEDIO AMBIENTE
• Depuración de aguas residuales.
• La depuración de las aguas de uso domestico e
industrial es una de las aplicaciones más conocidas de
la biotecnología. En este proceso se combinan
tratamientos físico-químicos y microbiológicos
• Las aguas residuales contienen materia orgánica e
inorgánica (pesticidas, restos de alimentos, plásticos,
etc). Los microorganismos se emplean para eliminar las
sustancias orgánicas que contaminan el agua. Éstos
oxidan, mediante procesos de digestión y fermentación,
la materia orgánica transformándola en moléculas más
simples (CO2, CH4). Estos procesos pueden realizarse
en tanques cerrados (anaeróbicamente) o en depósitos
abiertos que facilitan la aireación del agua.
• Una vez que el agua está libre de materia orgánica se
somete a tratamientos físico-químicos que permiten la
eliminación de sustancias inorgánicas especialmente
fosfatos y nitratos.