LA REVOLUCIÓN GENÉTICA

TEMA 1

1. LA HISTORIA DE LA GENÉTICA

Mendel: los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su minucioso trabajo contestó a la pregunta: ¿Cómo se transmiten los caracteres?, Sin embargo todavía quedaban grandes dudas:

• * ¿Cuál era la naturaleza del material genético?

• * ¿Cómo se traduce en caracteres?

1. LA HISTORIA DE LA GENÉTICA

LA GENÉTICA MOLECULARContesta a estas dos preguntas

• * ¿Cuál era la naturaleza del material genético?• * ¿Cómo se traduce en caracteres?

y da pié a la Ingeniería genética, de la que se esperan grandes logros, pero que plantea problemas de naturaleza ética, y que se pueden resumir en la frase: ¿hasta dónde está permitido investigar?

2. ¿CUÁL ES LA NATURALEZA DEL MATERIAL GENÉTICO?

La prueba definitiva la aportó Avery al investigar las transformaciones bacterianas observadas por Griffith en 1928.

2. LA NATURALEZA DEL MATERIAL GENÉTICO

• Avery demostró que los extractos de los virulentos muertos, que contenían ADN, eran capaces de producir dicha transformación (al ser captado por la cepa viva no virulenta). ADN era la molécula portadora de la información biológica y por tanto los factores hereditarios de Mendel (genes) serían fragmentos de ADN que tienen la información necesaria para un determinado carácter.

EL ADN: COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA

La estructura del ADN nativo responde la Modelo de Doble Hélice propuesto por Watson y Crick en 1953

3. TRANSFERENCIA DE LA INFORMACIÓN DEL ADN

• Existe una correspondencia entre la secuencia de nucleótidos de un gen y la secuencia de aminoácidos de la enzima codificada”

• Ahora bien, debido a que hay enzimas formadas por dos o más cadenas polipeptídicas, la hipótesis se reformuló como sigue: un gen-un polipéptido.

– TRANSFERENCIA DE LA INFORMACIÓN DEL ADN

Como se produce la transferencia de la información genética constituye el dogma central de Biología Molecular:ADN→→→ARN→→→POLIPÉPTIDO→→→CARÁCTER

3.1. Replicación del ADN.

• El ADN pasa de generación a generación gracias a la mitosis o a la meiosis, pero para que éstas ocurran, previamente, el ADN debe replicarse.

• La replicación es semiconservativa, es decir, cada hebra del ADN forma una hebra complementaria y las células hijas reciben una molécula que consta de una hebra original y su complementaria sintetizada de nuevo.

3.2 Transcripción• La transcripción es imprescindible como paso

previo para la síntesis proteica. • Consiste en la transmisión de la información del

ADN a moléculas de ARN de cadena única (los ARN tienen la misma composición qª que los ADN, excepto porque en lugar de desoxirribosa tienen ribosa y en lugar de timina tienen uracilo).

3.3 Código genético

El código genético es la clave para descifrar la información del ADN, traduce un idioma de cuatro letras en otro de 20 letras (los aminoácidos).Sus características son:

• Es universal • La información está en forma de tripletes de ribonucleótidos

de ARNm: cada triplete de ribonucleótidos (codón) corresponde con un aminoácido.

• Es degenerado: con 4 bases distintas dispuestas en tripletes, hay 64 posibilidades, pero sólo hay 20 aminoácido, por tanto varios tripletes codifican para el mismo aminoácido.

3.4. Traducción

• En este proceso, los ribosomas traducen el mensaje del ARNm a proteínas.

Actividades

• Si un ADN tiene un contenido de G+C del 42%, ¿Qué porcentaje tiene cada una de las bases?

Actividades

• Escribe el nombre del polipéptido sintetizado por el siguiente fragmento de ADN: 3`- ATGCATGGCTTAGCC-5`.

INGENIERÍA GENÉTICA

4. LA INGENIERÍA GENÉTICA

En la década de 1970 surgen un conjunto de técnicas de laboratorio revolucionarias que permiten, por primera vez, “tocar” de modo racional el sancta sanctorum de la vida. Son técnicas y herramientas con las que se puede modificar el ADN de acuerdo a diseños previos y objetivos concretos, de ahí el nombre de ingeniería genética.

4. INGENIERÍA GENÉTICA

La Ingeniería Genética se caracteriza por su capacidad de cortar y empalmar genes o fragmentos de ADN de organismos distintos, creando nuevas combinaciones no existentes en la Naturaleza, combinaciones que se pueden trabajar en el interior de una variedad de organismos hospedadores para nuestro provecho.

4.1. OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE:

a) Cortar el gen que nos interesa: ENZIMAS DE RESTRICCIÓN.

• Las enzimas de restricción son enzimas aisladas a partir de bacterias que tienen la capacidad de cortar las moléculas de ADN en secuencias específicas.

• El gen aislado se puede unir, mediante ligasas, a una molécula que le sirva de vehículo (vectores) para llevarlo a un organismo hospedador. (El vector + gen que nos interesa = ADN recombinante)

4.1. OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE:

b) ORGANISMOS HOSPEDADORES• Se utilizan sobre todo bacterias

debido a que:– Se reproducen rápidamente y de forma

asexual.– No existe “el peligro” de los alelos

recesivos (solo tienen 1 cromosoma)– Fácil manejo en el laboratorio.

*Por razones similares también se han utilizado las levaduras.

4.1. OBTENCIÓN DE ADN RECOMBINANTE:

c) LOS VECTORES deben cumplir dos propiedades:

• Deben poder contener ADN extraño y aún así seguir replicándose.

• Poseer características que permita la selección de aquellas bacterias o levaduras que contienen el fragmento que interesa de las que no.

* Con estas características y con dichos hospedadores los dos vectores posibles y obvios son los plásmidos y los bacteriófagos.

4.1.1.PLÁSMIDOS

• Son moléculas de ADN circular en bacterias.

• Tienen replicación independiente.

• Además, otros genes• Facilidad para la

manipulación.• Porta marcadores

específicos: permiten diferenciación posterior.

El fragmento que se desea clonar y el plásmido, digeridos con el mismo enzima de restricción y ligados (ADN recombinante), pueden entrar en una bacteria mediante choque térmico o electroporación. La selección de las bacterias recombinantes se puede hacer en base a la resistencia a los antibióticos que confieren los plásmidos.

4.1.2. FAGOS

• Virus que infectan bacterias (bacteriófagos)

• Transducción: incorporan material genético del huesped.

• Al infectar otra célula (bacteria) introduce el material del antiguo huesped.

• Otros posibles vectores son los cósmidos (mezcla entre plásmido y fago) y los YACs (cromosomas artificiales de levadura). Ambos tienen la ventaja de que pueden servir de vehículos a moléculas bastantes más grandes que los anteriores.

• YouTube - Ingeniería Génetica

• YouTube - Ingeniría genetica.wmv

4.2. Amplificación del ADN

• Para el estudio y manipulación del ADN son necesarias muchas copias del fragmento implicado.

• El método más utilizado es la PCR.

• Utilidades: clonación de genes, pruebas de paternidad, diagnóstico de enfermedades hereditarias, análisis de ADN fósil, etc…

PCR: reacción en cadena de la polimerasa

• Esta técnica se fundamenta en la propiedad natural de las ADN polimerasas para replicar hebras de ADN, para lo cual emplea ciclos de altas y bajas temperaturas alternadas para separar las hebras de ADN recién formadas entre sí tras cada fase de replicación y, a continuación, dejar que vuelvan a unirse a polimerasas para que vuelvan a duplicarlas

5. APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA: INGENIERÍA GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA.

• La ingeniería genética tiene aplicaciones trascendentales en muchos campos y ha hecho de la biotecnología una disciplina con enormes perspectivas.

• Además muchas personas tienen puestas sus esperanzas en la investigación con este tipo de técnicas para la cura de enfermedades como el cáncer o la fibrosis quística.

5.1. Obtención de medicamentos

• Distintas sustancias humanas, deficitarias en individuos con ciertas enfermedades, pueden obtenerse a partir de bacterias a las que se les ha introducido el gen correspondiente.

• Ej: la insulina que necesitan las personas diabéticas.

5.2. Diagnóstico de enfermedades

• Mediante sondas marcadas se pueden identificar agentes patógenos o detectar mutaciones cromosómicas o génicas de forma que se pueden detectar enfermedades infecciosas y genéticas.

5.3. Terapia Génica

• Se basa en la introducción de un gen correcto en las células humanas para sustituir un gen deficiente.

• Por ejemplo, para el tratamiento de la Talasemia (presencia de hemoglobina anormal) está en estudio esta técnica, que consiste en retirar células de la médula ósea del enfermo, introducir en ellas el gen correcto mediante un virus y devolverlas al torrente circulatorio.

• Otras enfermedades sometidas a ensayos clínicos de terapia génicas son la artritis reumatoide, el cáncer, la fibrosis quística, etc.

5.4. LA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA Y ANIMAL

• Mediante ingeniería genética se crean productos transgénicos, que son aquellos que se desarrollan a partir de una célula a la que se le han introducido genes extraños. El objetivo de estas técnicas es obtener características útiles de otros organismos.

• Ejemplos:– maíz que resiste mejor las heladas (por la incorporación de un gen

de un pez resistente al frío), los herbicidas (por incorporación de un gen bacteriano) y las plagas (por incorporación de un gen del trigo).

– Otros productos agrícolas transgénicos son los tomates, las plantas del tabaco, la soja, etc.

– Dentro de las especies animales, la ingeniería genética se emplea más en peces, al ser la fecundación externa. Se han obtenido, por ejemplo, carpas transgénicas que crecen más rápido porque se les ha introducido el gen de la hormona de crecimiento de la trucha arco iris.

TÚ QUE OPINAS?

• ¿Transgénicos SÍ?

Dailymotion - ¿Son peligrosos los alimentos transgénicos? - un vídeo de Tecnología y Ciencia

O• ¿Transgénicos NO?Planetaverde.tv - Los transgénicos y

Greenpeace

5.5. APLICACIONES ECOLÓGICAS Y MEDIOAMBIENTALES

Se busca crear y mejorar:• Insecticidas biológicos (Por ejemplo, la

inserción del gen Cry, de la bacteria Bacillus Thuringiensis, en el maíz hace resistente a éste frente al llamado “barrenador del maíz”)

• Biofertilizantes.• Bacterias con propiedades mejoradas para

llevar a cabo su actividad oxidativa y fermentativa para la depuración de aguas residuales, procesos de compostaje y biorremediación.

5.6. LAS INDUSTRIAS ALIMENTARIAS Y QUÍMICAS

• Muchos productos químicos (acetona, etanol, glicerina,etc) y alimentarios (proteína unicelular, vinos, quesos, etc) son producidos a nivel industrial por microorganismos. Mediante la manipulación genética de éstos se busca mejorar la producción y las propiedades de producto (mejor conservación, mayor valor nutritivo, etc.)

PROYECTO GENOMA HUMANO

• Resumen pág.. 110 libro

CLONACIÓN: obtención de copias genéticamente iguales

Se pueden clonar:– Moléculas de ADN:

• Clonación natural: replicación• En el laboratorio: PCR

– Células• Clonación natural: mitosis• En el laboratorio: cultivo

– Organismos• Clonación natural.

– Reproducción asexual– Formación de dos embriones a partir de la escisión de

uno preexisitente. (gemelos univitelinos)

• Clonación artificial

La primera clonación en mamíferos: la oveja Doly

Actividad: con la ayuda del libro de texto e Internet busca las utilidades de la clonación artificial de organismo; así como los posibles inconvenientes y los dilemas éticos que se plantean.

Clonación terapéutica, las células madre

• La clonación terapéutica es la generación de células madre embrionarias genéticamente idénticas a las de un paciente que, una vez diferenciadas y transformadas en células especializadas (tejidos), se transplantarán al mismo paciente sin riesgo de rechazo. Se produce una regeneración celular de un paciente mediante transferencia de material celular propio.

Clonación terapéutica, las células madre

MÉTODO: Se transfiere el núcleo de una célula somática de un determinado paciente a un óvulo anucleado, es decir, que se le ha extraído el núcleo. El resultado de la unión es la generación de un embrión genéticamente idéntico al paciente; de este embrión se obtendrán las células madre embrionarias pluripotentes o totipotentes, es decir, con posibilidad de dar lugar a cualquier tejido corporal, órgano o célula especializada. Obviamente, la obtención de tejidos, partiendo del cultivo de células madre, implica la destrucción en laboratorio de el embrión generado por esta finalidad terapéutica. El último paso consiste en el trasplante al paciente de las células o tejidos convenientes sin riesgo de rechazo.

Clonación terapéutica, las células madre

UNA SEGUNDA APLICACIÓN

Las células clonadas de un enfermo se pueden utilizar para estudiar una determinada enfermedad, aplicándole a un cultivo de estas células los diferentes fármacos en estudio y observando la respuesta.

Clonación terapéutica, las células madre

• La investigación en este tipo de clonación está en marcha. Recordemos que en noviembre de 2001, la empresa Advanced Cell Technology comunicaba que ya había realizado la primera clonación de un embrión humano con objetivo terapéutico. Muchos biólogos afirman que las investigaciones en el ámbito de las células madre marcarán la biología de la próxima década. Los beneficios terapéuticos parecen muy elevados; pero, por otro lado, se denuncia la destrucción de gran número de embriones humanos en este proceso de investigación. Según sus detractores, se trata de una clonación humana parecido a la clonación reproductiva; según sus partidarios, clonación reproductiva y clonación terapéutica son prácticas muy diferentes.

DIMENSIÓN ÉTICA DE LA INGENIERÍA GENÉTICA.

EUGENESIA

• La eugenesia es una filosofía social que defiende la mejora de los rasgos hereditarios humanos mediante varias formas de intervención.1 Las metas perseguidas han variado entre la creación de personas más sanas e inteligentes, el ahorro de los recursos de la sociedad y el alivio del sufrimiento humano

EUGENESIA

• La selección artificial de seres humanos fue sugerida desde muy antiguo, al menos desde Platón, pero su versión moderna fue formulada por vez primera por Sir Francis Galton en 1865, recurriendo al reciente trabajo de su primo Charles Darwin. Desde sus inicios, la eugenesia (término derivado del griego ‘bien nacido’ o ‘buena reproducción’) fue apoyada por destacados pensadores, incluyendo a Winston Churchill. La eugenesia fue una disciplina académica en muchos institutos y universidades. Su reputación científica se vino abajo en los años 1930, época en la que Ernst Rüdin empezó a incorporar la retórica eugenésica a las políticas raciales de la Alemania nazi.

EUGENESIA E INGENIERIA GENÉTICAConclusiones de la conferencia pronunciada en el Instituto de

Biotecnología de la Universidad de Granada el 11 de mayo de 2000

por Enrique Iañez. • Las prácticas eugenésicas no constituyen un todo monolítico que

podamos aceptar o rechazar de forma global, sobre todo desde que su principal objetivo ha pasado a ser el tratamiento preventivo de las enfermedades hereditarias.

• Algunas formas de eugenesia terapéutica podrían formar parte legítimamente del esfuerzo por combatir las causas de sufrimiento humano y en este sentido integrarse en los programas de medicina predictiva que el desarrollo de la biomedicina está empezando a poner en práctica, aunque sus aplicaciones deben ser evaluadas con la mayor seriedad, para evitar posibles repercusiones negativas.

• Por el contrario, la eugenesia con fines perfectivos no debería ser aceptada en ningún caso por ser intrínsecamente injusta y discriminatoria. Como afirmara Lionel Penrose, “es preferible vivir en una sociedad genéticamente imperfecta, la cual conserve principios humanitarios de vida, que en una cuyas bases tecnológicas sean dechado de perfección hereditaria”[14]

NOTICIA!!!!!!!

• En enero de 2008, el equipo de investigadores del Instituto Craig Venter, logró crear el mayor genoma artificial completo de un ser vivo, el de una bacteria, Mycoplasma genitalium

SENTIMIENTOS ENCONTRADOS

a) Es la panacea para crear organismos a la carta que puedan digerir dióxido de carbono, residuos, crear biocombustibles, sustancias para tratar enfermedades, alimentos, etc.

b) Surgen preocupaciones y preguntas:– ¿ Adoptará Venter una posición monopolística ?– ¿Tenemos derecho a monopolizar el uso de la información

genética presente en la naturaleza? – ¿Cuál es la responsabilidad social de los científicos? – ¿Puede haber efectos deletéreos que no se detecten hasta que

no sean expuestas poblaciones grandes durante muchos años?, – ¿Es posible llegar a una situación tal donde las característica de

nuestros hijos se elijan a la carta, o donde una persona tenga la patente sobre el genotipo de una población, o incluso que se dieran casos de discriminación en empresas de seguros por la presencia de un alelo deletéreo en el genotipo de una persona?.