3.4 INGENIERIA GENÉTICA Y BIOTECNOLOGIA

INGENIERIA GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA

4º ESO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA

DATOS CURIOSOS

1995 Se consigue secuenciar el primer genoma completo ( bacteria: Haemophilus influenzae)

1953 Watson y Crick, Descubrieron la estructura de la doble hélice del ADN( Se basaron en investigaciones anteriores como la de Rosalind Franklin)

1999 Secuenciación del primer genoma humano ( del cromosoma 22)

1960 Descubrimiento del código genético

2003 Secuenciación casi completa del Genoma humano

1988 Creación de la Organización del genoma humano

2021 Secuenciación completa del Genoma humano

1990 El Proyecto Genoma Humano -el intento internacional de descifrar la información genética completa que se encuentra en todas las células humanas

2022 ( 31 de marzo) Publicación de la secuenciación completa del Genoma humano

DATOS CURIOSOS

El genoma humano contiene aproximadamente 3 000 millones de nucleótidos y algo menos de 20 000 genes que codifican proteínas, lo que representa un 1 % de la longitud total del genoma.

El 99 % restante son secuencias de ADN no codificantes que no producen proteínas:

Algunas son componentes reguladores que controlan el funcionamiento de otros genes. Otras son pseudogenes que han perdido su capacidad de funcionamiento. Y más de la mitad del genoma humano es repetitivo, con múltiples copias de secuencias casi idénticas.

• DIAGNOSTICAR ENFERMEDADES

DE FORMA PRECOZ

• DISEÑAR NUEVOS MEDICAMENTOS Y VACUNAS
• MEJORAR MUCHOS DE LOS PRODUCTOS QUE CONSUMIMOS
• TRATAR LA CONTAMINACIÓN ATMOSFERICA O EL CAMBIO CLIMATICO

BIOTECNOLOGÍA

BENEFICIOS

TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA

Edición de genes (CRISPR-Cas9)

Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Clonación molecular: tecnología del ADN recombinante

Edición de genes (CRISPR-Cas9)

La edición de genes con CRISPR-Cas9 es una técnica revolucionaria que nos permite modificar el ADN de forma precisa. Esta tecnología ha sido posible gracias a los descubrimientos de científicos como Francisco Mojica ( microbiólogo, investigador y profesor español ), Emmanuelle Charpentier ( microbióloga y bioquímica francesa) y Jennifer Doudna ( bioquímica estadounidense).

Origen de las secuencias CRISPR

Cuando una bacteria es infectada por un virus, su sistema de defensa trata de reparar su ADN dañado por el virus. La bacteria a menudo copia una pequeña porción del ADN viral y lo inserta en sus propias secuencias CRISPR como una especie de "registro" o "memoria" de la infección. Estas secuencias son acompañadas por fragmentos de ADN virales llamados "espaciadores".

Descubrimiento de las secuencias CRISPR.

Francisco Mojica fue uno de los pioneros en el descubrimiento de de estas secuencias repetitivas en el ADN de bacterias y arqueas, a las que llamó CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Estas secuencias CRISPR tenían un propósito importante en la protección de las bacterias. Actuaban como una especie de sistema inmunológico adaptativo, recordando las infecciones anteriores y defendiendo a las bacterias de futuros ataques virales.

Descubrimiento de Cas9:

Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna realizaron un descubrimiento fundamental al identificar una enzima llamada Cas9, que forma parte del sistema CRISPR y actúa como "tijeras moleculares". Cas9 es capaz de cortar el ADN en un lugar específico.

PASOS PARA LA EDICIÓN DE GENES

1. Identificar el objetivo: En este paso, se selecciona el gen específico que se desea modificar en el ADN. Este gen es el "ADN diana" o "secuencia objetivo" que se pretende cambiar. 2. Programar Cas9: Para dirigir la proteína Cas9 al lugar exacto del gen que deseamos modificar, se utiliza una molécula llamada "ARN guía" El ARN guía se diseña específicamente para que sea complementario a la secuencia de ADN en el gen objetivo. Cuando el ARN guía se une al ADN diana, guía a la proteína Cas9 hacia el sitio preciso de corte.

PASOS PARA LA EDICIÓN DE GENES

3. Cortar el ADN: Una vez que el ARN guía ha llevado a Cas9 al lugar correcto en el ADN, la proteína Cas9 actúa como "tijeras moleculares" y corta el ADN en ese sitio específico. Este corte es lo que permite la modificación genética. 4. Reparar el ADN: Tras el corte, la célula intenta reparar el ADN. En este punto, se pueden introducir cambios en el gen. La síntesis de ARN complementario se utiliza en algunos casos para guiar la reparación y asegurarse de que los cambios deseados se realicen correctamente. También se pueden insertar nuevos fragmentos de ADN en esta etapa si se busca añadir nueva información genética.

REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA (PCR)

OBJETIVO: Obtener una gran cantidad de copias de un fragmento de ADN de interés, partiendo de una pequeña muestra. Se podrán identificar virus o bacterias causantes de enfermedades, identificar personas o hacer investigación científica sobre ese ADN.

ANILLAMIENTO

EXTENSIÓN

DESNATURALIZACIÓN

PASOS PARA PCR

Los pasos de desnaturalización, anillamiento y extensión se repiten muchas veces, generalmente de 20 a 30 ciclos o más

PASOS PARA PCR

APLICACIONES

1️⃣ Diagnóstico de Enfermedades Detección de virus y bacterias, como el COVID-19, VIH o tuberculosis. Identificación de mutaciones genéticas asociadas a enfermedades hereditarias. 2️⃣ Medicina Forense Identificación de personas a partir de pequeñas muestras de ADN (sangre, cabello, saliva). Resolución de crímenes comparando ADN encontrado en la escena del delito con sospechosos.

3️⃣ Investigación Científica Estudio de genes y evolución en diferentes organismos. Creación de organismos modificados genéticamente para investigación o aplicaciones agrícolas. 4️⃣ Pruebas de Paternidad Comparación del ADN entre padres e hijos para confirmar relaciones biológicas. 5️⃣ Conservación y Biología Identificación de especies en peligro de extinción a partir de rastros de ADN en el ambiente.

APLICACIONES

CLONACIÓN MOLECULAR: TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

OBJETIVO: Obtener copias idénticas de un fragmento de ADN

CLONACIÓN MOLECULAR: TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

Paso 1: Obtención del ADN de interés: Comenzamos con una muestra que contiene el ADN que queremos clonar. Esto puede ser un gen específico, una secuencia de ADN o incluso un genoma completo.

CLONACIÓN MOLECULAR: TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

Paso 2: Aislamiento del ADN: Extraemos el ADN de la muestra utilizando técnicas de laboratorio.

Enzimas de restricción

Paso 3: Cortar el ADN: Usamos enzimas de restricción, que son "tijeras moleculares", para cortar el ADN en fragmentos específicos. Estas enzimas reconocen secuencias de ADN específicas y cortan el ADN en esos lugares.

CLONACIÓN MOLECULAR: TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

Paso 4: Vector de clonación: Necesitamos un vehículo para llevar nuestro fragmento de ADN al interior de una célula. Usamos un "vector de clonación", que es generalmente una molécula de ADN circular, como un plásmido o un virus modificado, que puede llevar el fragmento de ADN.

CLONACIÓN MOLECULAR: TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

Paso 5: Unir fragmento de ADN y vector: Usamos enzimas especiales llamadas ligasas para pegar nuestro fragmento de ADN en el vector de clonación. Esto crea una molécula de ADN recombinante que contiene nuestro fragmento de interés.

CLONACIÓN MOLECULAR: TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

Paso 6: Introducir en una célula anfitriona: Introducimos la molécula de ADN recombinante en una célula anfitriona, como una bacteria o una levadura, que puede replicar y mantener la molécula de ADN recombinante.

CLONACIÓN MOLECULAR: TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

Paso 7: Selección y crecimiento: Cultivamos las células anfitrionas en un medio de cultivo y seleccionamos aquellas que contienen la molécula de ADN recombinante. Las células se multiplican y, con ellas, nuestra molécula de ADN de interés.

CLONACIÓN MOLECULAR: TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

Paso 8: Obtención de copias múltiples: Finalmente, obtenemos múltiples copias idénticas de nuestro fragmento de ADN clonado. Estas copias pueden ser utilizadas en investigación, diagnóstico o para producir proteínas específicas, como insulina o medicamentos.

TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE EN LA PRODUCCIÓN DE INSULINA

Ha permitido obtener grandes cantidades de insulina humana de alta calidad de manera eficiente y segura. Esto ha mejorado la calidad de vida de millones de personas que padecen diabetes.

Aislamiento del Gen de la Insulina y creación de adn recombinante

Introducción de adn recombinante en la bacteria

Selección y Crecimiento

PRODUCCIÓN PROTEINA DE LA INSULINA Y Purificación de la Insulina