BIOTECNOLOGÍA

• ÁCIDOS NUCLEICOS, macromoléculas orgánicas formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas nucleótidos.

• Cada nucleótido esta formado por:

• Un glúcido monosacárido pentosaglúcido monosacárido pentosa (5C): ribosa en el caso del ARN desoxirribosa en el caso del ADN• Un grupo fosfatogrupo fosfato• Una base nitrogenadabase nitrogenada que, en el caso del ARN puede ser A,U, C, G en el caso del ADN puede ser A, T, G, C

ADN• Es el material genético, en él están codificados todas las características del

organismo

El ADN se encuentra formando unos largos filamentos enrollados en unas proteínas, estos filamentos se llaman cromosomas cromosomas

La especie humana tiene 46 cromosomas en el núcleo de las células.

Nuestras células son diploides, tienen dos juegosde cromosomas (23 cromosomas proceden del óvulo materno y 23 del espermatozoide paterno), excepto las células sexuales que son haploides (sólo un juego, 23 cromosomas).

Los cromosomas no se aprecian en el núcleo de la célula si ésta no se encuentra en división.

Cromatina

DIVISIÓN CELULAR• Antes de la división celular los filamentos de ADN se duplican (replicaciónreplicación),

para que las células hijas reciban una copia del material genético.

• Tras la replicación y posterior condensación los filamentos de ADN se aprecian en el núcleo como unas estructuras

características que se denominan también cromosomas y están formadas por dos cromátidascromátidas (que son idénticas entre sí)

Las células se pueden dividir por:

MITOSISMITOSIS: Se originan dos células idénticasPermite el crecimiento (y la reproducción asexual)

MEIOSISMEIOSIS: Se originan células que tienen la mitad del nº de cromosomas y una combinación diferente de genescon respecto a la célula original.

Esta división es necesaria para la formación de células sexuales

Recuerda, la reproducción sexual y las mutaciones son la fuente de variabilidad genética que permite la evolución de las especies.

• Un gengen es un fragmento de cromosoma que codifica una característica determinada a través de la síntesis de una proteína

Gen Proteína Característica

GENOTIPO + MEDIO AMBIENTE = FENOTIPO

GENOMA

Pero el ADN está en el núcleo y las proteínas se sintetizan en los ribosomas del citoplasma.

• ¿Cómo llegan las órdenes del ADN hasta el citoplasma?¿Cómo llegan las órdenes del ADN hasta el citoplasma?• A través de la síntesis de una molécula de ARN mensajero

• Se saca una copia del gen pero como ARN y este ARN mensajero lleva el mensaje del ADN hasta los ribosomas para la síntesis de la proteína adecuada

• ¿Cómo se codifica este mensaje?¿Cómo se codifica este mensaje?• Con las bases nitrogenadas, cada tres bases nitrogenadas determinan

un aminoácido concreto de la proteína: CODIGO GENÉTICO

• GEN (ADN) transcripción traducción (mediante el código genético) ARN MENSAJERO RIBOSOMA: PROTEÍNA

• El CÓDIGO GENÉTICO es la relación que hay entre los tripletes de bases nitrogenadas del ARN m y los aminoácidos

• ADN (gen) TAC TGA CAA CGG ACA CAG TCG GAC ACT transcripción

• ARNm AUG ACU GUU GCC UGU GUC AGC CUG UGA

traducción• Proteína Met (inicio)-Tre –Val – Ala – Cis – Val – Ser – Leu -paro (fin

de la proteína)

• El código genético es universal, todos los seres vivos utilizan el mismo código genético.

Severo Ochoa recibió el Premio Nobel de Medicina en 1959 por sus trabajos sobre la síntesis del ARN en la Universidad de New York

BIOTECNOLOGÍABIOTECNOLOGÍACualquier proceso tecnológico que permita obtener recursos (fármacos, alimentos u otras

sustancias de utilidad ) empleando seres vivos.

Muchos procesos conocidos desde antiguo como la fabricación de pan, la obtención de queso, vino, tintes, técnicas de cultivo, de ganadería, …. son procesos biotecnológicos.

Pero la la BIOTECNOLOGÍA MODERNABIOTECNOLOGÍA MODERNA

implica la utilización de la

INGENIERIA GENÉTICA, que

consiste en técnicas para

la manipulación del ADN .

CAMPOS DE APLICACIÓN DE

LA INGENIERIA GENÉTICA:

Agricultura y Ganadería Medicina y Farmacia Industria Producción de energía Descontaminación ambiental

(Biorremediación) Investigaciones policiales Estudios evolutivos

TÉCNICAS DE INGENIERIA GENÉTICATÉCNICAS DE INGENIERIA GENÉTICA

• Tecnología del ADN recombinanteTecnología del ADN recombinante: consiste en insertar fragmentos de ADN de un organismo en otro, permite obtener organismos transgénicos

• Técnica PCR (Reacción en cadena de la polimerasa): Técnica PCR (Reacción en cadena de la polimerasa): permite obtener grandes cantidades de ADN a partir de una cantidad pequeña

• SecuenciaciónSecuenciación: permite leer la secuencia de bases nitrogenadas de un fragmento de ADN

En 1973 se presentó una bacteria con genes de rana africana, la llamaron QUIMERA

TECNICAS DE INGENIERIA GENÉTICA

A) TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTEA) TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE: permite aislar un fragmento de ADN de un organismo (transgén) e insertarlo en el ADN de otro organismo que puede ser de otra especie.

• Esta técnica permite la obtención de transgénicos: organismos que portan genes de otra especie

• Dentro de los transgénicos podemos diferenciar:

a) Clonación moleculara) Clonación molecular: se utilizan microorganismos y la finalidad es obtener obtener de forma continua grandes cantidades de una sustancia determinadade forma continua grandes cantidades de una sustancia determinada que producen estos microorganismos a los que se les ha insertado un gen de otra especie.

• Ejemplo, la síntesis de insulina humana a partir de bacterias o levaduras, para ello se incorpora a estos microorganismos el gen humano que codifica la síntesis de esta proteína

• Otras producciones: hormona del crecimiento, factores de coagulación, antígenos para vacunas, antibióticos, aminoácidos, enzimas para mejorar la actividad de detergentes, …

Biología y Geología 4 ESO Darwin Ed. SM

b) Obtención de organismos transgénicos u Organismos Modificados b) Obtención de organismos transgénicos u Organismos Modificados Geneticamente (OMG)Geneticamente (OMG)

Aplicaciones: En la agricultura, plantas resistentes a condiciones ambientales (sequía, suelos

salinos, suelos pobres), enfermedades, herbicidas, mejorar la calidad nutritiva, prologar el proceso de maduración, aumentar la productividad, etc

En la ganadería: animales más productivos y resistentes

En Medicina y Farmacología: Cultivos farmacéuticos (Biofarmacia): Conseguir plantas que sintetizan fármacos

en grandes cantidades e incluso se puedan administrar mediante el consumo de la propia planta (por ejemplo vacunas)

Animales de laboratorio transgénicos que sirven como modelo experimental para el estudio de enfermedades y fármacos

Obtener órganos de animales para trasplantes Granjas farmacéuticas: animales que producen fármacos y los excretan por la leche

En la industria: Obtener plásticos biodegradables, microorganismos para industria alimentaria

Contaminación ambiental : Biorremediación mediante el uso de microorganismos y plantas transgénicas

Obtención de biocombustibles a partir de plantas transgénicas

Obtención de maíz resistente a insectos

Biología y Geología 4 ESO Darwin Ed. SM

http://www.elmundo.es/salud/2002/492/1031936446.html

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/Genetica2/contenido1.htm

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biotec/contenidos1.htm

Ciencias para el Mundo Contemporáneo

Ed. Bruño

B) REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA, TÉCNICA PCRB) REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA, TÉCNICA PCR• Permite obtener grandes cantidades de ADN a partir de una muestra muy pequeña

Aplicaciones:

• Obtención de cantidad suficiente de ADN para su secuenciación (leer el orden de las bases nitrogenadas) y poder determinar si existe alguna mutación o simplemente conocer la disposición normal de las bases (se utiliza en el estudio de los genomas)

• Análisis de ADN fósil• Estudios de parentesco evolutivo: el grado de similitud en el ADN permite establecer relaciones

de parentesco entre especies • Identificación de especies• Determinación de huellas genéticas, permite obtener suficiente cantidad de ADN a partir de

muestras pequeñas (gotas de sangre, semen, bulbo de cabello, restos de piel) para poder realizar estudios comparativos (investigaciones policiales, medicina forense, pruebas de paternidad)

C) SECUENCIACIÓN C) SECUENCIACIÓN • Consiste en poder determinar la secuencia de nucleótidos (de bases

nitrogenadas) de un fragmento de ADN

• Permite identificar posibles mutaciones diagnosticar enfermedades asociadas a estas mutaciones: DIAGNÓSTICO MOLECULARDIAGNÓSTICO MOLECULAR

• El diagnóstico molecular permite diagnosticar la enfermedad antes de que se manifieste clínicamente lo cual puede permitir un mejor control de la misma.

• Se utiliza en el diagnóstico prenatal, en el consejo genético y en la selección de embriones para evitar enfermedades hereditarias

Estas tres técnicas han permitido el desarrollo de la TERAPIA GÉNICATERAPIA GÉNICA Consiste en introducir genes sanos en células que presentan estos genes

defectuosos Para la introducción de los genes se requiere un vector o vehículo que

puede ser un virus, o más recientemente preparados moleculares. La terapia génica puede ser la solución para corregir las enfermedades

hereditarias y algunos tipos de cánceres. Existen dos métodos:• Terapia génica in vivo: se inocula al paciente directamente con el vector y

los genes que deben alcanzar las células diana o blanco.

Terapia génica ex vivo: Las células a tratar son extraídas del paciente, manipuladas en el laboratorio y finalmente reintroducidas de nuevo en el paciente

• ProblemasProblemas: los genes sanos son introducidos en las células diana mediante un vehículo que suele ser un virus, el gen debe ser colocado correctamente, sólo se puede trabajar con un gen y a veces se generan reacciones de rechazo

• Actualmente se ha mejorado mucho la técnica pero sigue habiendo problemas

Proyecto Biosfera 2º Bachillerato Unidad 4

ADRENOLEUCODISTROFIAADRENOLEUCODISTROFIA

El 'milagro' de Andy y ÁngelUn ensayo confirma la eficacia de la terapia genética en una enfermedad rara Los pacientes, que están haciendo su vida normal, han sido tres menores españoles La investigación supone un nuevo impulso para este tipo de tratamientos

Jueves 5/11/2009

El procedimiento El tratamiento al que hace referencia 'Science' consiste en la extracción de células madre sanguíneas obtenidas en sangre periférica, gracias a su movilización desde la médula ósea con la ayuda de tratamiento farmacológico. Una vez en el laboratorio, éstas son infectadas y tratadas con el virus de inmunodeficiencia humana (VIH), que ha sido previamente modificado para evitar su efecto patógeno. De esta forma actúa como un 'taxi' biológico para transportar la versión correcta del gen que está defectuoso [localizado en una región del cromosoma llamada Xq28] que causa la enfermedad.

http://www.elmundo.es/elmundosalud/2009/11/05/neurociencia/1257443955.html

REPRODUCCIÓN ASISTIDA O REPRODUCCIÓN ARTIFICIALREPRODUCCIÓN ASISTIDA O REPRODUCCIÓN ARTIFICIAL• Inseminación artificial: Consiste en introducir semen en el útero de la mujer

coincidiendo con la ovulación

• Fecundación in vitroFecundación in vitro: Se extraen los óvulos de la mujer (tras un tratamiento hormonal de estimulación ovárica).

• Los óvulos son fecundados con esperma. Cuando el recuento de espermatozoides es bajo, un único espermatozoide se inyecta directamente en el ovocito, mediante la inyección intracitoplasmática de espermatozoides

• Los embriones (de entre 6-16 células) que se forman son implantados posteriormente en el útero

• Esta técnica ha permitido el DIANÓSTICO PREIMPLANTACIONAL

DIANÓSTICO PREIMPLANTACIONAL

• Consiste en realizar un estudio genético del embrión (estadio de 8 células) y seleccionar el embrión que no sea portador de los genes que determinan una enfermedad.

• La Comisión de Reproducción Humana Asistida debe autorizar estas actuaciones caso por caso.

• En algunos casos se utiliza esta técnica para seleccionar embriones sanos que puedan servir como donantes para tratar enfermedades en hermanos enfermos que no han encontrado donantes compatibles.

http://www.elpais.com/articulo/ultima/toco/loteria/octubre/elpepiult/20090723elpepiult_1/Tes

CLONACIÓNCLONACIÓN: ver trabajo realizado por las compañeras

CÉLULAS MADRECÉLULAS MADRETRES NEURONAS (ROJO) DERIVADAS DE CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS HUMANAS. SE PUEDEN APRECIAR LOS CUERPOS CELULARES, LOS AXONES Y LAS DENDRITAS. EN VERDE SE VEN LAS CÉLULAS MADRE QUE AÚN NO SE HAN DIFERENCIADO. (FOTO: UNIVERSIDAD DE CALIFORNIA, SAN DIEGO)

http://www.elmundo.es/albumes/2009/03/04/celulas_madre/index.html

RECUERDO DEL DESARROLLO EMBRIONARIORECUERDO DEL DESARROLLO EMBRIONARIO

• Videos sobre el Videos sobre el desarrollo embrionario desarrollo embrionario y la diferenciación y la diferenciación tisular tisular (tardan unos 40 s en cargarse)

http://www.unav.es/acienciacierta/extras/stemcells.swf

http://www.unav.es/acienciacierta/extras/stemcells2.swfMórula

Unos 6 días después de la fecundación

Cigoto

Las células madreLas células madre• Las células madre o células troncales (en inglés, stem cells) son células indiferenciadas que

pueden dividirse indefinidamente produciendo nuevas células madre, pero en condiciones adecuadas se diferencian en uno o varios tipos celulares especializados.

• Por lo tanto presentan tres características, son indiferenciadas, es decir, no tienen ninguna especialización que les permita realizar una

función determinada, tienen la capacidad de autorrenovación (división) y pueden diferenciarse, son capaces de generar células especializadas con funciones y

características muy determinadas.

Las células madrepueden ser

TotipotentesCapaces de generar

un organismo completo

(primeras divisiones del cigoto)

PluripotentesCapaces de generar

cualquier tipo de tejido(hasta 5º día)

MultipotentesPueden generar

diversos tejidos de un tipo

celular determinado

TIPOS DE CÉLULAS MADRETIPOS DE CÉLULAS MADRE

No todas las células madre son iguales, se diferencian por su origen y por su

capacidad de diferenciación.

CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS CÉLULAS MADRE ADULTAS CÉLULAS MADRE PLURIPOTENTES INDUCIDAS OTRAS:

- CÉLULAS MADRE FETALES

- CÉLULAS MADRE DEL CORDÓN UMBILICAL

- CÉLULAS GERMINALES EMBRIONARIAS

CÉLULAS MADRE EMBRIONARIASCÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS

• Las células madres embrionarias (ESC, en inglés embryonic stem cells) son células que se obtienen de la masa celular interna del blastocisto. En esta fase embrionaria temprana (a partir del 5º día tras la fecundación), se aprecian dos grupos de células: las que forman la capa superficial, de las que se ha de originar la placenta, y las que ocupan la parte interior, que forman la masa celular interna.

• Estas células que, en condiciones normales, seguirán su proceso de diferenciación dando lugar a los tres grupos de tejidos embrionarios (ectodermo, endodermo y mesodermo en la fase de gástrula), cuando se extraen y se colocan en un medio de cultivo adecuado pueden dar lugar a cualquier tipo celular.

• Debido a esta capacidad de diferenciación, las células madre embrionarias se consideran células pluripotentes, porque, aunque no pueden dar lugar a un organismo completo, son el origen de todos los tipos celulares y tejidos de un individuo.

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

PROBLEMASPROBLEMAS

• Primero, para evitar problemas de rechazo es necesario que las células embrionarias procedan del mismo individuo que las va a recibir. La única manera de conseguir esto es mediante la clonación terapéutica, lo que implica la formación de un embrión clon (con el material genético del paciente) que será destruido para obtener las células madre.

• Segundo, las células madre embrionarias degeneran con mucha frecuencia en células tumorales, lo que supone un serio inconveniente.

• Tercero, se precisa la destrucción de embriones para poder obtener las células madre embrionarias. Esto supone un dilema ético sobre el uso de estas células.

• Cuarto, se necesitan muchos embriones para obtener una línea celular adecuada

CÉLULAS MADRE ADULTASCÉLULAS MADRE ADULTAS

• Se les llama células madres adultas (ASC, adult stem cells) porque son células madre que se obtienen de diversos tejidos adultos. Su principal función es reemplazar las células que mueren en un tejido u órgano.

• Se ha descubierto la existencia de estas células en muchos tejidos como la médula ósea, tejido graso, piel e incluso en tejidos que tiene una baja tasa de renovación celular como el tejido nervioso.

• Y algo mucho más interesante, estas células que inicialmente se catalogan como células multipotentes, pueden ser capaces de originar muchos tipos de tejidos.

Células madre de tejido adiposo

Células madre de la piel

• Son las primeras células madre que se están utilizando en medicina regenerativa y los ensayos clínicos son muy esperanzadores, para empezar tenemos dos ventajas :

• Primera, no hay problemas de rechazo puesto que las células provienen del mismo receptor

• y segunda, no se trabaja con embriones

Desventajas: debemos señalar que son escasas y difíciles de cultivar. Es cierto que las células embrionarias pueden tener una mayor capacidad de diferenciación, pero las células madre adultas están demostrando también una gran plasticidad en este aspecto.

CÉLULAS MADRE PLURIPOTENTES INDUCIDASCÉLULAS MADRE PLURIPOTENTES INDUCIDAS

• Las células madre pluripotentes inducidas (células iPS, induced pluripotent stem cells) son la gran esperanza de los que aspiran a conseguir una plasticidad parecida a la de las células madre embrionarias pero sin la necesidad de trabajar con embriones.

• Fueron descubiertas en 2007 y desde entonces la técnica para su obtención ha ido mejorando a pasos agigantados aunque todavía no se pueden utilizar pues comparten uno de los inconvenientes de las células madre embrionarias, la capacidad de degenerar en células tumorales.

• Son células que comparten las mismas características que las células embrionarias, por lo tanto son células pluripotentes, pero no se necesita crear ni destruir embriones, tampoco requiere utilizar óvulos.

• Se obtienen a partir de células somáticas adultas mediante una técnica de reprogramación celular: se utiliza un virus para insertar en el núcleo unos genes que provocan una regresión de la célula hasta un estado indiferenciado embrionario, convirtiéndola en una célula madre embrionaria pero inducida.

http://www.elmundo.es/suplementos/salud/2007/732/1195858803.htmlAdemás tenemos las células madre adultas y las obtenidas a partir del cordón umbilical, etc.

POR CLONACIÓN TERAPÉUTICA

• La técnica tiene varios inconvenientes, bajo porcentaje de éxito, el uso de virus que incorporan su material genético al ADN celular, el uso de genes que favorecen la aparición de células tumorales….

• Poco a poco, estos inconvenientes están siendo subsanados, se utilizan otros tipos de virus, complejos moleculares, incluso plásmidos bacterianos para transferir los genes, se precisan menos genes para conseguir la inducción y de esta manera disminuir el riesgo de la aparición de células cancerosas, …. Algunos expertos también indican como un inconveniente que se trabaja con células cuyo material genético puede presentar mutaciones o alteraciones que dificulten el proceso. Pero lo cierto es que en poco tiempo se han hecho muchos progresos y las esperanzas son muchas.

Imagen de las neuronas derivadas a partir de fibroblastos de ratón por medio de la adición de tres genes y doce días de cultivo

OTRAS CÉLULAS MADREOTRAS CÉLULAS MADRE

CÉLULAS MADRE FETALESCÉLULAS MADRE FETALES

• Son células madre que se obtiene de fetos cuyo desarrollo se ha visto interrumpido por causas naturales o razones médicas. Dependiendo del grado de desarrollo pueden ser células pluripotentes o multipotenes.

CÉLULAS MADRE DEL CORDÓN UMBILICALCÉLULAS MADRE DEL CORDÓN UMBILICAL

• Son células que se obtienen en el momento del nacimiento y se pueden comportar como las células madre embrionarias. Se están utilizando con éxito en el tratamiento de ciertas leucemias, lo que ha dado lugar a un floreciente negocio de bancos privados donde guardar muestras de sangre umbilical por si fuera necesario utilizarla más tarde.

CÉLULAS GERMINALES EMBRIONARIASCÉLULAS GERMINALES EMBRIONARIAS

• Son células EGC (embryonic germ cells) son células madre de las células germinales (óvulos y espermatozoides) y en cultivo se comportan también como células pluripotentes.

APLICACIONES DE LAS CÉLULAS MADRE O CÉLULAS TRONCALESAPLICACIONES DE LAS CÉLULAS MADRE O CÉLULAS TRONCALES

Fundamentalmente hay tres campos para aplicar las células madre o troncales:

• Ensayo de fármacos: Conseguir líneas de células que sirvan como modelos celulares de enfermedades humanas con las que probar determinados fármacos, por ejemplo, líneas de células madres cancerígenas están siendo utilizadas para probar fármacos antitumorales

• Estudio de las fases del desarrollo embrionario, de la diferenciación celular y de otros procesos relacionados (por ejemplo el cáncer)

• Aplicación en terapias celulares y en medicina regenerativa: Las células madre nos pueden brindar la posibilidad de poder reemplazar y regenerar células, tejidos u órganos destruidos o dañados, con la ventaja añadida de que no se produzcan reacciones de rechazo. En este campo la utilización de las células madre abarca todas las posibilidades.

http://www.unav.es/acienciacierta/extras/stemcells3.swf (tarda unos segundos en mostrar imágenes)

http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/2008/11/celulas_madre.htmlhttp://www.elpais.com/todo-sobre/tema/Investigacion/celulas/madre/34/Atención con los fraudes:http://www.elpais.com/articulo/portada/Celulas/madre/abre/veda/elpepusoceps/

20090426elpepspor_8/Tes