2º BACH. INGENIERIA GENÉTICA

TEMA 11. INGENIERÍA GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA

1. Concepto de ingeniería genética.
2. Herramientas y técnicas.
1. ADN recombinante.
2. Enzimas de resticción.
3. Vectores de clonación.
4. Organismos modificados genéticamente.
5. Terapia génica.
6. Técnica PCR.
7. Sistema CRISPR-Cas

3. Importancia y repercusiones. 4. Concepto de biotecnología.

Ana María Vélez Felipe

1. ¿QUÉ ES LA INGENIERÍA GENÉTICA?

Conjunto de técnicas y procedimientos que sirven para la alteración artificial y deliberada del material genético de un ser vivo, modificando su ADN directamente para la obtención de proteínas de interés médico o biológico, vacunas o antibióticos, así como la aplicación a la producción animal (ganadería), vegetal (agricultura) e incluso aplicación humana (terapia génica).

AÑOS 70. Stanley Cohen y Herbert Boyer (Standford, USA)

2. HERRAMIENTAS Y TÉCNICAS.

En la tecnología del ADN recombinante se incluyen ciertas herramientas moleculares necesarias para manipular el ADN.

Organism.modifica.genétic.

Enzimas de restricción

Vectores de clonación

CRISPR- Cas

Terapia génica

PCR

Puentes de hidrógeno Enlaces covalentes

¿ Qué es el ADN recombinante?

Trozos de ADN pueden ser diseñados sintéticamente de manera que puedan ser copiados, o replicados en bacterias o levaduras. Implica incorporar los elementos adecuados en una secuencia de ADN, y luego trasladarlos a una célula bacteriana o a una levadura. Todas estas técnicas y procesos se engloban en lo que llamamos tecnología del ADN recombinante, puesto que las combinaciones de genes que se consiguen no se encuentran de forma natural. Son la base de la ingeniería genética, por la cual podemos hoy manipular físicamente el material genético de un individuo y modificarlo a nuestro antojo

¿ Qué es el ADN recombinante?

Trozos de ADN pueden ser diseñados sintéticamente de manera que puedan ser copiados, o replicados en bacterias o levaduras. Implica incorporar los elementos adecuados en una secuencia de ADN, y luego trasladarlos a una célula bacteriana o a una levadura. Todas estas técnicas y procesos se engloban en lo que llamamos tecnología del ADN recombinante, puesto que las combinaciones de genes que se consiguen no se encuentran de forma natural. Son la base de la ingeniería genética, por la cual podemos hoy manipular físicamente el material genético de un individuo y modificarlo a nuestro antojo

¿ Para que se puede usar?

FÁRMACOS Y VACUNAS. Antibióticos, vacunas, insulina, tratamientos contra el cáncer

NUEVOS TRATAMIENTOS. se están desarrollando vacunas contra el VIH y el SIDA utilizando ADNr.

CULTIVOS Y ALIMENTOS. esistencia a las plagas y enfermedades, aumentando del rendimiento y mejorando la calidad nutricional.

INVESTIGACIÓN. se está utilizando ADN recombinante para estudiar los genes que están asociados con el cáncer.

2.1. Enzimas de restricción.

(nucleasas de restricción, endonucleasas de restricción y en ocasiones restrictasas)

Capaces cortar las cadenas de ADN por lugares. Esto significa que cada enzima reconoce un sitio particular del ADN, es decir que reconoce una secuencia de nucleótidos. Esa secuencia específica para cada enzima se denomina "sitio de restricción" y en muchas ocasiones son secuencias palindromes. Una vez que la enzima reconoce estos sitios, se posiciona sobre sobre la moléculo de ADN y corta dentro o en torno de esa secuencia. Se podría decir que son "tijeras moleculares" que cortan ADN.

- Reconocen y cortan la doble hebra de ADN- Para contrarrestar infecciones (virales) - Reconocen una secuencia específica : sitio de restricción. - Se han aislado mñas de 200 enzimas diferentes, cada una con un sitio de restricción particular.

TIPO 2. Cortan en un sitio preciso dentro del sitio de restricción. PALÍNDROMOS

TIPO 1. Cortan al rededor del sitio de restricción, aleatoriamente. (menos usadas)

2.2. Vectores de clonación.

Las moléculas que se utilizan para realizar el transporte del ADN que permita hacer llegar los fragmentos seleccionados a clonar al huésped que corresponda, en dónde luego se replicará.

Son de pequeño tamaño y cuentan con un origen de replicación que permite iniciar el proceso. Los más comunes en procariotas son losplásmidos bacterianos, bacteriófagos, cósmidos (ADN + fago). En eucariotas se suelen utilizar virus o incluso fragmentos de ADN creados artificialmente, como los cromosomas artificiales de levadura.

Los plásmidos son una especie de mini-cromosomas bacterianos. Ellos tienen su propia manera de replicarse, y lo que hace que funcione es que también llevan uno o dos genes en los que los hacen resistentes a antibióticos específicos.

2.3. Organismos modificados genéticamente.

Un organismo modificado genéticamente (OMG) es cualquier organismo, con excepción de los seres humanos, cuyo material genético ha sido modificado de una manera que no se produce de forma natural en el apareamiento o en la recombinación natural, siempre que se utilicen las técnicas que reglamentariamente se establezcan.

2.4. Terapia génica.

Emplean uno o más genes para tratar, prevenir o curar una enfermedad o trastorno médico. Con frecuencia, la terapia génica funciona agregando copias nuevas de un gen que está dañado, o reemplazando un gen defectuoso o ausente en las células de un paciente con una versión sana de ese gen. Se ha usado terapia génica para tratar enfermedades genéticas hereditarias (como hemofilia y anemia de células falciformes) y también trastornos adquiridos (como leucemia).

La terapia genética se puede emplear para modificar las células al interior o por fuera del cuerpo. Cuando se hace al interior del cuerpo, se inyectará el vector que porta el gen directamente a la parte del cuerpo que tiene las células defectuosas.

El vector que contiene el gen deseado se introduce a estas células. Las células se dejan para que se multipliquen en el laboratorio y luego le son inyectadas nuevamente al paciente para que continúen multiplicándose y, con el tiempo, generar el efecto deseado.

En la terapia genética que se utiliza para modificar las células fuera del cuerpo, se puede tomar sangre, médula ósea u otro tejido de un paciente, y se pueden separar tipos específicos de células en el laboratorio.

2.5. TÉCNICA PCR

La técnica de PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa, por sus siglas en inglés Polymerase Chain Reaction) es una herramienta poderosa en biología molecular utilizada para amplificar fragmentos específicos de ADN. Fue desarrollada por Kary Mullis en 1983 y ha revolucionado la biología molecular y la genética.

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) permite obtener una elevada cantidad de copias de ADN a partir de una pequeña muestra.Se necesita

Muestra de ADN que se quiere amplificar

ADN polimerasa resistente al calor ( bacteria Thermus aquaticus)

Dos cebadores de ADN monocatenario

Nucleótidos suficientes

Este proceso se tiene que hacer en 3 ciclos seguidos. Al acabar los tres ciclos se dispone de dos moléculas idénticas en secuencia y tamaño del ADN original.

Pd: Los cebadores son pequeños fragmentos de ADN diseñados para unirse a regiones específicas en cada extremo del fragmento de ADN que se amplificará

Desnaturalización: La muestra de ADN se calienta a una temperatura elevada (generalmente alrededor de 95°C), lo que rompe las uniones de hidrógeno entre las dos hebras de ADN, separando el ADN de doble hebra en hebras simples.

Alineación: la temperatura se reduce para permitir que los cebadores específicos del ADN se unan a las hebras de ADN complementarias en la muestra. Luego, una enzima llamada ADN polimerasa sintetiza una nueva cadena de ADN complementaria a partir de los cebadores, utilizando los nucleótidos en la muestra como bloques de construcción.

Elongación: la temperatura se aumenta ligeramente para permitir que la ADN polimerasa extienda la cadena de ADN recién sintetizada. Esta etapa completa una copia del ciclo de PCR.

2.6. Ténica CRISPR-Cas

( Francisco Juan Martínez Mojica)

CRISPR-Cas = repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas (arqueas y bacterias)

Descubrió que los espaciadores son fragmentos de genoma de virus bacteriófagos. Las bacterias que tenían estos espaciadores no se infectaban por los virus = sistema de inmunidad adapatativo con base génica en procariotas.

CRISPR utiliza unas guías y una proteína (Cas9) para dirigirse a zonas elegidas del ADN y cortar. A partir de ahí, se pueden pegar los extremos cortados e inactivar el gen, o introducir moldes de ADN, lo que permite editar sus ‘letras’ a voluntad.

Puede aplicarse en casi cualquier situación en que se desee modificar la secuencia de ADN. Está siendo muy útil en investigación básica para generar modelos de enfermedades que antes apenas se podían estudiar, así como para estudiar nuevas dianas y fármacos. También está permitiendo producir con mayor seguridad plantas transgénicas, lo que lleva a conflictos legales, ya que en realidad no se introduce ningún gen, sino que se modifica uno ya existente.

3. IMPORTANCIA Y REPERCUSIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

Agricultura: La modificación genética de cultivos agrícolas ha llevado al desarrollo de variedades con características deseables, como resistencia a plagas, Esto ha contribuido a la seguridad alimentaria global y ha reducido la dependencia de pesticidas y herbicidas químicos. Medicina: ha permitido avances significativos en el diagnóstico, tratamiento y prevención de enfermedades genéticas. Biotecnología: fundamental en la producción de productos biotecnológicos como insulina, hormonas de crecimiento y vacunas. También se utiliza en la producción de enzimas industriales, biocombustibles y materiales biodegradables. Conservación de especies: ayudar en la conservación de especies en peligro de extinción, como la cría en cautiverio y la reintroducción de individuos modificados genéticamente en la naturaleza. Investigación científica: para estudiar la función de genes específicos y comprender mejor los procesos biológicos subyacentes a la salud y la enfermedad.

BIOTECNOLOGÍA vs INGENIERÍA GENÉTICA

La ingeniería genética se enfoca en la manipulación directa del material genético de un organismo para alterar sus características. La ingeniería genética ha permitido avances importantes en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades, así como en la producción de alimentos modificados genéticamente.

La biotecnología es una disciplina que utiliza organismos vivos o partes de ellos para desarrollar productos o procesos que son beneficiosos para la sociedad. La biotecnología se aplica en campos como la medicina, la agricultura, la alimentación y la industria farmacéutica.

4. BIOTECNOLOGÍA

Conjunto de procesos científicos, técnicos o industriales que utilizan microorganismos o células procedentes de animales o vegetales al servicio del ser humano con la finalidad de crear o modificar determinados productos o procesos.

En la industria alimentaria. En la industria farmacéutica ( antibióticos, insulina u hormona del crecimiento.) En la mejora del medio ambiente.

Subtítulo

RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIA HUMANA

BENEFICIOSA

RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIA HUMANA

PERJUDICIALES

Biotecnología en la industria alimentaria

Acetobacter y Gluconobacter Etanol-> ac.acético

Saccharomyces cerevisiae (almidón -> fermentación)

Control insulina Sintetizada por E. coli,

Lactobacillus y Lactococcusác. láctico -> fermentación

Aplicaciones mineras

Aplicaciones medioambiental

BIOLIXIVIACIÓN BIORREMEDIACIÓN

MÉTODOS DE ESTUDIO DE LOS MICROORGANISMOS. ESTERILIZACIÓN Y PASTEURIZACIÓN

Aumentar la temperatura del alimento hasta los 72ºC durante sólo 15 segundos

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