Ingeniería genética y Biotecnología

Campo de la Biología que utilización los seres vivos para obtener productos útiles al ser humano

Biotecnología

Ingeniería genética

Conjunto de técnicas, nacidas de la Biología molecular, que permiten manipular el genoma de un ser vivo.

Ingeniería genética

BiotecnologíaUtilización de los seres vivos para

obtener productos útiles al ser humano

Utilización de los seres vivos para obtener productos útiles al ser

humano

Alimentos: pan, productos lácteos,…Medicamentos: vacunas, antibióticos,…Bebidas: bebidas alcohólicas

Alimentos: pan, productos lácteos,…Medicamentos: vacunas, antibióticos,…Bebidas: bebidas alcohólicas

Tecnología del ADN

recombinante(década 70)

Si hay modificación de genes

Animales y plantas transgénicas

Animales y plantas transgénicas

No hay modificación de genes

Biotecnología tradicional

Biotecnología actual

Tecnología del ADN recombinante

http://www.youtube.com/watch?v=_Q0ScibrEns

Podemos entonces generalizar los pasos de la ingeniería genética de la siguiente manera:

1. Identificar un carácter deseable en el organismo de origen.

2. Encontrar el gen responsable del carácter deseado (gen de interés). En este proceso se necesita una clonación del gen deseado (clonación génica). 3. Combinar dicho gen con otros elementos necesarios (vector) para que éste sea funcional en el organismo receptor. 4. Transferir el gen de interés, previamente introducido en el vector adecuado, al organismo receptor. 5. Crecer y reproducir el organismo receptor, supuestamente modificado.

6. Seleccionar los organismos receptores que han asimilado el gen deseado.

Enzimas de restricción

1. Endonucleasas que cortan el ADN por una secuencia (siempre la misma) corta y conocida.

2. Las secuencias de corte son palindrómicas

3. El corte puede ser:

o Lisoo Escalonado (extremos cohesivos o pegajosos)

Posteriormente, los fragmentos de distintos ADN cortados con la misma enzima se podrán unir mediante otro enzima, una ADN ligasa

ADN recombinante

Clonación de ADN

En ingeniería genética se entiende por clonación la obtención de múltiples copias de un gen específico o de un fragmento de ADN en el interior de un organismo hospedador.

Estos organismos deben cumplir las siguientes características:

1.Crecimiento rápido2.No debe ser patógeno3.Debe favorecer la entrada del transgén4.Debe ser muy bien conocido5.Debe ser fácilmente manipulable

Escherichia coli

Vectores de clonación

• Son moléculas transportadoras que transfieren y replican fragmentos de ADN que llevan insertados.

• Debe ser capaz de replicarse junto con el fragmento de ADN que transporta.

• Tiene que tener secuencias de reconocimiento que permitan la inserción del fragmento de ADN a clonar.

Para insertar un fragmento de ADN al vector, se utiliza una enzima de restricción, y se mezcla con fragmentos de ADN producidos con la misma enzima.

Tipos de vectores de clonación

• Plásmidos• Virus bacteriófagos• Cósmidos• YAC’s (cromosomas artificiales de levadura)• Cromosomas artificiales de bacterias (BAC’s)• Cromosomas artificiales humanos

Clonación de los fragmentos de ADN

1. Inserción de genes marcadores en el vector (plásmido o lo que sea). Generalmente de resistencia a antibióticos

2. Se cortan el ADN humano y el vector con el mismo plásmido.

3. Se mezclan los fragmentos.4. Obtención de plásmidos

recombinantes.5. Se juntan los plásmidos con bacterias. 6. Incorporación de los plásmidos por

transformación bacteriana.7. Cultivo de bacterias en presencia de un

antibiótico.8. Las bacterias que no han incorporado el

plásmido mueren (no son resistentes).

Es una técnica que permite duplicar un número ilimitado de veces un fragmento de ADN en un tubo de ensayo. Mediante esta técnica pueden generarse millones de moléculas idénticas, a partir de una molécula de ADN y además en muy poco tiempo.

La reacción es un proceso cíclico: 1.La molécula de ADN que va a copiarse se calienta para que se desnaturalice y se separe las dos hebras. 2.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). 3.Las cadenas recién formadas son separadas de nuevo por el calor y comienza otro nuevo ciclo de copias.

Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Aplicaciones de la PCR

Amplificación de:

• ADN antiguos (mamuts, momias, fósiles…•ADN obtenidos de la escena de un crimen (medicina forense).•ADN de células embrionarias (diagnostico prenatal de trastornos genéticos)•ADN de genes virales (en células infectadas por virus difíciles de detectar, como el VIH)

Animación de la PCR: http://www.maxanim.com/genetics/PCR/pcr.swf

Utilización de los seres vivos para obtener productos útiles al ser humano

Utilización de los seres vivos para obtener productos útiles al ser humano

No hay modificación de genes

Biotecnología tradicional

Los individuos que se utilizan han sido escogidos mediante técnicas de selección artificial, esto quiere decir que el hombre ha potenciado el desarrollo de estos organismos por el beneficio que le proporcionan.

Ganadería y AgriculturaGanadería y Agricultura Industria AlimentariaIndustria Alimentaria Industria

FarmacéuticaIndustria

Farmacéutica

Conservación del medio ambienteConservación del medio ambiente

Biotecnología actual

Ingeniería genéticaSi hay modificación de genes

Medicina•Investigación y diagnóstico de enfermedades.•Medicina forense y pruebas de paternidad.•Estudios históricos y arqueológicos.•Producción de medicamentos: vacunas, antibióticos, otros (insulina),…•Curación de enfermedades: Terapia génica

1. Secuencia de la proteína (insulina)2. Síntesis de los ADN3. Obtención de plásmidos recombinantes con los

genes para formar las dos cadenas de la insulina.

4. Expresión en E. coli5. Purificación y procesado químico6. Obtención de insulina activa

1. Los seres humanos difieren en un 0.1% del genoma.

2. Estas diferencias están localizadas en regiones cromosómicas concretas.

3. Estas zonas se usan como marcadores genéticos4. Con la identificación de los marcadores se hace la

huella genética (método de Southern blot)5. La comparación de huellas genéticas permite

resolver casos policiales y de paternidad.6. A veces es útil en caso de estudios históricos y

arqueológicos.

Organismos transgénicosOrganismos transgénicos

Resistencia a herbicidas

Resistencia a herbicidas

Mejora del producto

Mejora del producto

Plantas farmacéuticas

Plantas farmacéuticas

Se introduce un gen de E. coli que permite

usar mayores concentraciones de

herbicidas sin dañar a la planta de interés, y

eliminando malas hierbas.

Se introduce un gen de E. coli que permite

usar mayores concentraciones de

herbicidas sin dañar a la planta de interés, y

eliminando malas hierbas.

Las plantas producen sustancias medicinales, vacunas o anticuerpos

(planticuerpos).

Las plantas producen sustancias medicinales, vacunas o anticuerpos

(planticuerpos).

Se mejora el valor nutricional del

producto, por ejemplo añadiendo beta-caroteno al arroz

Se mejora el valor nutricional del

producto, por ejemplo añadiendo beta-caroteno al arroz

Agricultura y Ganadería•Organismos transgénicos:•Obtención de órganos.•“Fábricas” de medicamentos. Actualmente también se utilizan como “fábricas” para obtener medicamentos,

órganos, ….

MEJORA DE RAZAS

MEJORA DE RAZAS

PRODUCCIÓN DE MEDICAMENTOSPRODUCCIÓN DE MEDICAMENTOS

ESTUDIO DE ENFERMEDADES

HUMANAS

ESTUDIO DE ENFERMEDADES

HUMANASObtener razas mas

resistentes, mas productivas, con

mayor desarrollo, resistentes a

condiciones más difíciles

Obtener razas mas resistentes, mas productivas, con

mayor desarrollo, resistentes a

condiciones más difíciles

Se estudia la expresión de genes humanos en

organismos transgénicos

Se estudia la expresión de genes humanos en

organismos transgénicos

Se usan animales transgénicos.

Se pueden obtener sustancias de interés

como proteínas humanas para combatir

enfermedades:Enfisema hereditario

Factores de coagulación

Se usan animales transgénicos.

Se pueden obtener sustancias de interés

como proteínas humanas para combatir

enfermedades:Enfisema hereditario

Factores de coagulación

Agricultura y Ganadería•Organismos transgénicos:•Obtención de órganos.•“Fábricas” de medicamentos.

Clonación Clonación Consiste en obtener individuos genéticamente iguales que el de partida, el cual tiene las características que me interesa.

BiorremediaciónBiorremediación BioadsorciónBioadsorción BiolixiviaciónBiolixiviación

Uso de bacterias modificadas para degradar materia

orgánica (petróleo)

Uso de bacterias modificadas para degradar materia

orgánica (petróleo)

Obtención de metales a partir de minerales

de baja ley

Obtención de metales a partir de minerales

de baja ley

Fijación de metales pesados a la superficie

de la célula para limpieza de suelos

Fijación de metales pesados a la superficie

de la célula para limpieza de suelos

Medio ambiente•Biorremediación•Bioadsorción•Biolixiviación

MÉTODO DE SOUTHERN BLOT