T-16 El ADN y la ingeniería genética (contenidos)

Aquí tienes los apuntes del tema:

TEMA 16 EL ADN Y LA INGENIERÍA GENÉTICA

1. DE LA BIOTECNOLOGÍA A LA INGENIERÍA GENÉTICA

·         Biotecnología: es el uso de organismos vivos o de sus componentes en la obtención de productos útiles para las personas

·         Tecnología del ADN recombinante: conjunto de técnicas que permiten la obtención de moléculas de ADN, combinando in vitro fragmentos de nucleótidos de distintos organismos

·         Ingeniería genética: conjunto de técnicas, que permiten el acceso y manipulación del ADN

·         Organismos transgénicos: aquellos que han sido modificados por ingeniería genética. Se les denomina organismos genéticamente modificados o OGM

·         Nuevas disciplinas surgidas de la ingeniería genética:

o   Genómica. Rama de la genética que estudia el genoma completo de un organismo, tanto estructural como funcionalmente

o   Proteómica. Analiza, desde el punto de vista estructural y funcional, todas las proteínas codificadas por un genoma completo

o   Farmacogenética. Persigue la fabricación de fármacos adecuados para que puedan llegar a cada paciente en las dosis correctas y de manera personalizada

2. TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE
1. Concepto

·         Técnica que permite cortar la molécula de ADN por lugares concretos, para posteriormente unir los fragmentos obtenidos con un ADN procedente de una fuente diferente, o incluso de una especie distinta, y lograr así una sola molécula de ADN llamada ADN recombinante

·         Esta tecnología se desarrolló a partir del descubrimiento de las enzimas de restricción o endonucleasas de restricción. Son enzimas producidas por bacterias que las protegen de los ADN extraños, por ejemplo, del que proviene de los bacteriófagos, ya que se encargan de cortarlo en pequeños fragmentos.

2. Desarrollo de la técnica

·         Las enzimas de restricción reconocen en el ADN una pequeña secuencia de bases palindrómica (entre 4 y 8 nucleótidos) y el sitio de restricción, para luego cortar las dos hebras de ADN por ese lugar, generando dos fragmentos de ADN llamados fragmentos de restricción

·         Las moléculas de ADN de distinto origen cortadas con la misma enzima de restricción producen fragmentos de restricción cuyos extremos cohesivos están formados por secuencias de bases que son complementarias y por tanto pueden unirse

·         La unión de ADN procedentes de dos orígenes distintos es cataliza por una ADN ligasa que da lugar a una molécula de ADN recombinante

3. Aplicaciones

·         Esta técnica permite obtener fragmentos de ADN que lleven incorporado un gen o unos genes de interés, como el que codifica para la insulina humana

·         Este ADN recombinante puede incorporarse a las células de otros organismos, en los que podrá expresar la información genética que contiene

                  

3. LA CLONACIÓN DEL ADN
1. Concepto

Consiste en producir múltiples copias de una región del ADN en el interior de un organismo que hace de hospedador, se trata pues de una clonación de tipo celular

2. Características de los hospedadores

Ya sea el hospedador una bacteria o un organismo eucariótico como Saccharomyces cerevisiae, todos deben cumplir unas condiciones

·         Ser de crecimiento rápido, para obtener varias generaciones en poco tiempo

·         No ser patógenos, para que no produzcan infecciones

·         Favorecer la entrada del ADN recombinante en su interior, e incorporar a su genoma el ADN de interés

·         Deben ser organismos de los que se posea un amplio conocimiento, y además, fácilmente manipulables, como la bacteria Escherichia coli

3. Vectores

·         Para incorporar el gen o fragmento de ADN que se quiere clonar en el hospedador se emplean vectores de clonación, que son moléculas de ADN capaces de transportar ADN extraño y replicarse dentro del hospedador

·         Todos han de tener unas características comunes:

o   Deben llevar su propio origen de replicación

o   Deben portar unos genes marcadores que sirvan para su rápida y fácil identificación (resistencia a antibióticos o genes de bioluminiscencia)

·         Tipos de vectores

o   Plásmidos. Moléculas de ADN bicatenario de pequeño tamaño y estructura circular, presentes de manera libre en el citoplasma bacteriano. Poseen su propio origen de replicación

o   Virus bacteriófagos. Son virus que infectan bacterias. Los más usados son el fago M13 y el fago lambda

o   Cósmidos. Son vectores sintéticos que combinan características de plásmidos y de bacteriófagos, de modo que su ADN puede replicarse en una célula como un plásmido o empaquetarse como un fago

4. REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA (PCR)
1. Concepto

Es un tipo de clonación del ADN que se utiliza cuando la muestra de ADN a clonar es muy escasa. Es un tipo de clonación acelular que permite amplificar, es decir, copiar millones de veces una muestra muy pequeña de ADN

2. Aplicaciones

·         Se ha analizado el ADN mitocondrial obtenido de los huesos de un hombre de Neandertal, para compararlo con el genoma humano

·         Se usa para analizar el ADN de células embrionarias humanas en busca de trastornos genéticos

·         Análisis del ADN de genes virales difíciles de obtener, como, por ejemplo, el del VIH

5. INGENIERÍA GENÉTICA Y MEDICINA
1. Obtención de medicamentos

·         La insulina humana producida por E. coli mediante la técnica del ADN recombinante

·         La hormona del crecimiento para el tratamiento del enanismo hipofisario

·         Obtención de vacunas como las de la gripe A, la hepatitis B, la polio o la del virus del papiloma humano

2. Medicina forense

·         Los seres humanos nos diferenciamos en un 0,1% de nuestro ADN. Estas diferencias se hallan en regiones cromosómicas concretas y son propias de cada individuo

·         Estas diferencias se utilizan en medicina forense para la identificación de restos humanos y en pruebas de paternidad

3. Clonación no reproductiva o terapéutica

·         Consiste en la creación de órganos, tejidos o células con la finalidad de curar enfermedades específicas

·         Se utilizan para ello células madre, que son células indiferenciadas con capacidad para generar células hijas que pueden diferenciarse en células especializadas como neuronas, epiteliales musculares, etc.

4. Terapia génica

·         Es el proceso mediante el cual se inserta material genético en células afectadas con el fin de reemplazar genes defectuosos y corregir el daño que han causado al organismo, o dotar a las células de una nueva función que cubra las deficiencias de un determinado tejido

·         La terapia génica se puede llevar a cabo en células somáticas y en células germinales (espermatozoides, óvulos o las células que las originan)

·         La terapia génica en células somáticas puede realizarse de varias formas:

o   Ex vivo. Se extraen células del paciente, se corrige el defecto genético y se reintegran al interior del organismo

o   In vivo. Los genes terapéuticos se transfieren directamente al paciente mediante un vector, que se inyecta y a través de la sangre llega a las células o tejido implicado

o   In situ. Se lleva a cabo directamente en las células del paciente, introduciendo los genes funcionales en el órgano afectado

6. INGENIERÍA GENÉTICA, AGRICULTURA Y MEDIOAMBIENTE
1. Agricultura

La técnica del ADN recombinante ha permitido introducir en una planta ADN de otra especie y conseguir con ello plantas transgénicas con diferentes características:

·         Resistencia a los herbicidas. El 10% de las cosechas se pierden por las “malas hierbas”. Este porcentaje se puede reducir utilizando plantas transgénicas resistentes a los productos utilizados para eliminarlas

·         Mejora del producto. Arroz dorado, es un arroz transgénico que lleva β-caroteno, que nuestro organismo utiliza para sintetizar vitamina A

·         Plantas farmacéuticas. Se usan plantas para fabricar proteínas humanas para uso médico (vacunas y anticuerpos)

2. Medioambiente

Los microorganismos modificados genéticamente están siendo utilizados para limpiar el medioambiente de ciertos contaminantes, ya que son capaces de transformarlos en sustancias no contaminantes o de absorberlos

·         Biorremediación. Bacterias transgénicas que degradan el petróleo

·         Bioadsorción. Bacterias que fijan en su pared celular metales pesados que contaminan el suelo

7. INGENIERÍA GENÉTICA Y GANADERÍA
1. Animales transgénicos

El gen de interés se expresa junto a otro que promueve la síntesis de una proteína de la leche. De esta manera, el producto solo se forma en las glándulas mamarias y se secreta a través de la leche, de donde se extrae y se purifica. Ejemplo el factor VIII de la coagulación para la hemofilia

2. Clonación terapéutica y reproductiva en animales

·         Clonación terapéutica. Consiste en la creación de embriones por clonación, para emplearlos como materia prima en diferentes terapias

·         Clonación reproductiva. Persigue conseguir animales genéticamente iguales a otro a partir de una célula adulta

8. PROYECTO GENOMA HUMANO

·         Objetivo: localizar e identificar los genes que forman el genoma humano, descifrar la secuencia de nucleótidos de nuestro ADN y saber cuántos genes son los codificadores de proteínas

·         Antecedentes y desarrollo

o   En 1990 se inicia el proyecto con la creación de un consorcio público con investigadores de Estados Unidos y Reino Unido, a los que se unieron otros de Japón, Francia, Alemania y China

o   A los pocos años, uno de los fundadores Craig Venter, crea una empresa, Celera Genomics que inicia su propio proyecto paralelo

o   En el año 2001, Craig Venter, director de la empresa privada, y Francis Collins, director del consorcio público, anunciaros de forma conjunta el primer borrador del Proyecto Genoma Humano (PGH)

·         Conclusiones del proyecto

o   Nuestro genoma tiene 3000 millones de nucleótidos. Está formado por unos 25000 genes que codifican proteínas

o   Solo el 2% del ADN codifica para proteínas. El resto se desconoce su función

o   El 99,9% de los genes de todas las personas son iguales. El 0,1% restante es lo que nos hace diferentes unos de otros

o   Cada gen está implicado en la síntesis de muchas proteínas y no de una sola