Técnicas en Biotecnología

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Trata en resumen de las diferentes técnicas empledas en Biotecnología como PCR, Biochips, Microarrys, sondas, secuenciación, anticuerpos monoclonales, apliaciones forenses, alimentos, control medio ambiental, etc

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Técnicas en Biotecnología

  1. 1. Avances y Aplicaciones Biotecnológicas Lcdo. CARLOS R FELICITA QUITO ECUADOR 14-06-08
  2. 2. <ul><li>Bancos de secuencias </li></ul><ul><li>Secuenciación de genomas completos </li></ul><ul><li>Aplicaciones forenses </li></ul><ul><li>Sondas DNA en el diagnóstico </li></ul><ul><li>Terapia génica </li></ul><ul><li>Diagnóstico de enfermedades infecciosas </li></ul><ul><li>Los anticuerpos monoclonales </li></ul><ul><li>Análisis de ADN o ARN mediante PCR </li></ul>Compendio de Aplicaciones Biotecnológicas
  3. 3. <ul><li>Fármacos producidos por ingeniería genética </li></ul><ul><li>Nuevos tipos de alimentos </li></ul><ul><li>Control medioambiental </li></ul><ul><li>Organismos transgénicos </li></ul><ul><li>Procesos industriales enzimáticos </li></ul><ul><li>Biosensores </li></ul><ul><li>Biochips </li></ul><ul><li>Microformaciones (microarrays) </li></ul>Compendio de Aplicaciones Biotecnológicas
  4. 4. El aislamiento del ADN <ul><li>Características de las Técnicas de aislamiento: </li></ul><ul><li>Se requiere tratamiento para romper a las células y liberar al ADN </li></ul><ul><li>Un método para remover o desactivar a las enzimas que degradan al ADN </li></ul><ul><li>un método para separar al ADN de las proteínas y de otras moléculas contaminantes. </li></ul><ul><li>Se puede aislar ADN de bacterias, cebollas y de otros organismos. </li></ul><ul><li>Se utiliza calor y un detergente para romper a las células y desactivar las enzimas que degradan al ADN. </li></ul><ul><li>Se usa la precipitación con alcohol para separar al ADN de los otros contaminantes. </li></ul>
  5. 5. Bancos de secuencias de DNA y proteínas <ul><li>Secuencia: orden en que aparecen los monómeros en un polímero. </li></ul><ul><li>Dado que DNA, RNA y proteínas son polímeros que contienen información, sus monómeros (&quot;letras&quot;) son únicas y hay que determinarlas. </li></ul><ul><li>Actualmente la secuenciación (descifrado de la secuencia) de DNA están al alcance. </li></ul><ul><li>Abundante cantidad de secuencias descifradas. </li></ul><ul><li>Información se reúne en bancos (Internet). </li></ul>
  6. 6. Bancos de secuencias de DNA y proteínas <ul><li>Información una herramienta fundamental. </li></ul><ul><li>Cualquier secuencia obtenida puede ser contrastada ( on line ) con secuencias previamente descritas, relaciones filogenéticas (evolutivas), etc. </li></ul><ul><li>Webs: </li></ul><ul><li>Expasy base de datos secuencia de proteínas </li></ul><ul><li>NCBI , National Center for Biotechnology Information bases de secuencias genéticas. </li></ul><ul><li>Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Salamanca. </li></ul>
  7. 7. Secuenciación de genomas completos <ul><li>PERO PARA QUE SIRVE ? </li></ul><ul><li>Determinar el orden exacto de las bases (o letras) de una molécula de ADN. </li></ul><ul><li>Técnicas de secuenciación de DNA se aplican con éxito a organismos completos </li></ul><ul><li>El genoma de una bacteria contiene millones de nucleótidos </li></ul><ul><li>Genoma humano, miles de millones. </li></ul><ul><li>Genomas secuenciados: virus, bacterias, </li></ul><ul><li>levadura Saccharomyces cerevisiae, Genoma humano </li></ul><ul><li>SUS APLICACIOMES: Estudios filogenéticos y evolutivos relaciones entre razas, tipos, variedades y especies. </li></ul>
  8. 8. Secuenciación de genomas completos <ul><li>Estudio notable: </li></ul><ul><li>DNA MITOCONDRIAL en poblaciones humanas actuales. </li></ul><ul><li>Por su interés lo describiremos brevemente: </li></ul><ul><li>Mitocondrias : organelas celulares que aparecen en los eucariotes </li></ul><ul><li>Función: &quot;centrales energéticas&quot; de la célula. </li></ul><ul><li>Origen evolutivo es curioso: Son en realidad procariotes adaptados a vivir simbióticamente con la célula eucariótica. </li></ul><ul><li>Por tanto tienen características de células procarióticas, tienen su propio DNA , distinto del DNA nuclear que es propio de la célula. </li></ul>
  9. 9. Secuenciación de genomas completos <ul><li>En la fecundación, todas las mitocondrias que recibe el nuevo individuo proceden de su madre, pero no de su padre; porque el espermatozoide no aporta nada más que su DNA. De esta manera, a través del DNA mitocondrial se puede seguir el origen evolutivo de todas las poblaciones humanas. </li></ul><ul><li>Se ha realizado un árbol evolutivo de toda la especie humana actual, RESULTADO Todos los seres humanos procedemos de una sola mujer que vivió en Africa hace aprox 130.000 años. </li></ul>
  10. 10. Aplicaciones forenses <ul><li>En cuestiones médico-legales </li></ul><ul><li>Ej. pruebas de paternidad </li></ul><ul><li>En las que el DNA de cada persona es único y perfectamente identificable. </li></ul><ul><li>A partir de sangre y otros fluidos se determina la identidad de las personas. </li></ul><ul><li>Identificación de cadáveres de la familia imperial rusa asesinada en 1917 por comparación con el DNA de sus descendientes y parientes actuales. </li></ul><ul><li>Se han clonado muestras del DNA del faraón Ramsés II a partir de su momia. </li></ul>
  11. 11. Sondas DNA con aplicaciones diagnósticas <ul><li>A partir de Hibridación molecular , podemos ver si un gen contiene exactamente una determinada secuencia de &quot;letras&quot;. A-T-G-C-A-G-T </li></ul><ul><li>Podemos saber si en un genoma determinado está presente tal o cual mutación que causa enfermedad, por ejemplo. </li></ul><ul><li>Se ha ampliado el campo del diagnóstico molecular de enfermedades. Este diagnóstico puede hacerse perfectamente antes del nacimiento. </li></ul>
  12. 12. Terapia génica <ul><ul><li>a) Insertar una copia sana de un gen en las células del paciente con una enfermedad genética , para compensar el efecto del gen defectuoso ( esto se consiguió con una niña que tenía una inmunodeficiencia grave). </li></ul></ul><ul><li>b) Introducir de un gen diseñado para que proporcione una nueva característica a las células (por ejemplo, introducir en linfocitos un gen que produzca un inhibidor del virus del sida en pacientes afectados por el VIH). </li></ul>Enfermedades genéticas debidas a un solo gen defectuoso ascienden a más de 4000 345 afectan al cromosoma X La terapia génica cuarta revolución de la medicina Para su aplicación se siguen dos estrategias:
  13. 13. Diagnóstico de enfermedades infecciosas <ul><li>Métodos largos: cultivo microbiológico, bioquímicas y determinaciones en suero. </li></ul><ul><li>La Biotecnología moderna aporta nuevas herramientas al ser Mo difíciles de cultivar. </li></ul><ul><li>No es necesario aislarlos. </li></ul><ul><li>Nuevas técnicas como anticuerpos monoclonales , hibridación o la secuenciación del DNA o RNA con PCR ha sido un logro biotecnológico </li></ul>
  14. 14. Los anticuerpos monoclonales <ul><li>Son idénticos entre sí (clones), reconocen al mismo antígeno. </li></ul><ul><li>Se desarrollan uniendo células productoras de anticuerpos (linfocitos B) con células de mieloma (cancerosas). </li></ul><ul><li>Las células híbridas se conocen como hibridomas </li></ul><ul><li>Producen las mismas moléculas de anticuerpos, de ahí el nombre de anticuerpos monoclonales. </li></ul><ul><li>El hibridoma puede mantenerse indefinidamente en cultivo </li></ul><ul><li>Por la propiedad de especificidad a los antígenos, los a.m. se utilizan para </li></ul><ul><li>análisis sensibles y precisos que detectan antígenos </li></ul><ul><li>Se aplica en análisis de laboratorio ELISA, que detecta una amplia variedad de agentes infecciosos. </li></ul>
  15. 15. Análisis de ADN o ARN mediante PCR <ul><li>Obtención de millones de copias de un fragmento de ADN o ARN. </li></ul><ul><li>Se basa en el proceso de replicación del ADN, para ello se utilizan unos oligonucleótidos que se han de diseñar como cebadores que inician la replicación &quot;in vitro&quot;. La replicación se repite multitud de veces duplicando en cada ciclo la cantidad de ADN obtenido. </li></ul>
  16. 16. Análisis de ADN o ARN mediante PCR Esta síntesis artificial se realiza a altas temperaturas para que las dos cadenas de ADN se separen, gracias a la ADN polimerasa obtenida de una bacteria termófila. Utilidades : pruebas de paternidad autoría de un delito enfermedades hereditarias antes del nacimiento estudios filogenéticos secuenciaciones de genomas Detección de mutaciones (cambios en las secuencias de ADN) En microbiología para la identificación de patógenos virales, bacterianos. etc.
  17. 17. Fármacos producidos por ingeniería genética <ul><li>La Biotecnología dispone de técnicas para producir proteínas humanas en organismos bacterianos. </li></ul><ul><li>Obtención de alcaloides vegetales mediante cultivo in vitro de células de las plantas. Ej la digoxina, producida por la planta Digitalis purpurea , (Rp de enfermedades cardíacas) </li></ul><ul><li>Desarrollo de proteínas de interés farmacéutico en mamíferos y obtener que sean segregados en la leche, por ejemplo. </li></ul>
  18. 18. Fármacos producidos por ingeniería genética Síntesis de la somatostatina en Escherichia coli Sustancias antimicrobianas (antibióticos) Vacunas Vitaminas Hormonas peptídicas (como la insulina , la hormona del crecimiento o somatotropina ) Factores hipotalámicos (como la somatostatina) Enzimas.  
  19. 19. Nuevos tipos de alimentos <ul><li>Reino Unido, investigación de “Proteína Monocelular&quot;. </li></ul><ul><li>Masa bacteriana producida por Mo específicos que crecen sobre efluentes industriales o contaminantes medioambientales, como el crudo de petróleo. </li></ul><ul><li>Esta masa es un aditivo rico en proteínas que se añade a la alimentación animal convencional. </li></ul><ul><li>Otros alimentos: transgénicos . </li></ul>
  20. 20. Organismos transgénicos <ul><li>Mediante Ingeniería Genética introduciendo genes determinados en el genoma de otros organismos. </li></ul><ul><li>Desarrollo de &quot;organismos transgénicos&quot; </li></ul><ul><li>Ej. Introducción de genes que confieren resistencia a plagas y enfermedades en diversos vegetales. </li></ul><ul><li>Tomate transgénico ( Flavr Savr ), </li></ul><ul><li>Plantas resistentes a la sequía. </li></ul><ul><li>Hay animales transgénicos Así, podemos introducir características de resistencia a enfermedades, producción de carne o leche, etc. </li></ul>
  21. 21. Control medioambiental <ul><li>Mediante especies de mo capaces de crecer sobre efluentes industriales, como el crudo de petróleo. </li></ul><ul><li>Biominería : técnica mediante la cual se tratan minerales extraídos mediante la acción bacteriana, lo que implica la no utilización de productos químicos altamente contaminantes (ácidos, lejías, etc.) </li></ul>
  22. 22. Procesos industriales enzimáticos <ul><li>Enzimas : catalizadores específicos de reacciones metabólicas. </li></ul><ul><li>Uso industrial de las enzimas se remonta hace 40 años. </li></ul><ul><li>Veamos un resumen de sus aplicaciones industriales: </li></ul><ul><li>1. Industrias derivadas del almidón . </li></ul><ul><li>a) Producción de biocombustibles </li></ul><ul><li>b) Producción de jarabes de fructosa </li></ul><ul><li>2. Industria de los detergentes+ Enzimas proteolíticas (enzimas que degradan proteínas), facilitan la eliminación de manchas orgánicas. </li></ul>
  23. 23. <ul><li>3. Industrias lácteas: queso, la leche + cuajo, suero lácteo y la eliminación enzimática de la lactosa . </li></ul><ul><li>Utilización de enzimas que hidrolizan la lactosa (glucosa y galactosa) </li></ul><ul><li>4. Industrias de la fruta: incremento del rendimiento y clarificación de jugos. </li></ul><ul><li>5. A ntibióticos (preparación de penicilinas semisintéticas) </li></ul>Procesos industriales enzimáticos
  24. 24. Biosensores <ul><li>Enzimas no solamente se aplican a </li></ul><ul><li> industria </li></ul><ul><li>Se emplean en técnicas analíticas. </li></ul><ul><li>Reactivos de laboratorio clínico se basan en enzimas. </li></ul><ul><li>Un desarrollo importante es el de reactivos en fase sólida </li></ul><ul><li>(tiras reactivas) </li></ul><ul><li>Pero más importante es el de los biosensores . </li></ul>
  25. 25. Qué es un Biosensor? <ul><li>Elementos miniaturizados, que incorporan enzimas para reconocer compuestos específicos, de tal manera que la interacción produce una corriente eléctrica. </li></ul><ul><li>Sí utilizamos una enzima que reconoce a la glucosa, podemos medir en tiempo real la concentración de glucosa en sangre. </li></ul><ul><li>El ejemplo más exitoso y difundido es el Accucheck </li></ul><ul><li>Se ha desarrollado un páncreas artificial que libera insulina en función de la glucosa presente en la sangre. </li></ul><ul><li>Hoy día existen biosensores basados en enzimas para muchísimas aplicaciones, tanto clínicas como industriales. </li></ul>
  26. 26. Biochips <ul><li>Consiste en la incorporación de enzimas a elementos de microelectrónica. </li></ul><ul><li>Abre posibilidades en todos los campos, y particularmente en la medicina (visión y audición artificial, etc.). </li></ul><ul><li>Introducción de proteínas como elementos básicos de ordenadores electrónicos. </li></ul>
  27. 27. Microformaciones (microarrays) <ul><li>Hasta hace poco, la pregunta ……… </li></ul><ul><li>“ ¿Cuáles genes son expresados en células cancerosas que no son expresados en células normales?” </li></ul><ul><li>Requería un laborioso análisis gen por gen. </li></ul><ul><li>Hoy existen técnicas (chip de genes o microarrays)que permiten analizar la expresión de muchos genes simultáneamente. </li></ul><ul><li>Estas microformaciones se llevan a cabo sobre un portaobjetos de vidrio o sobre un chip de silicona y contienen cientos o miles de pedacitos de genes en una pequeña sección del portaobjetos o del chip de silicona. </li></ul><ul><li>En este procedimiento, los genes expresados son aislados de las células. Luego estos genes son detectados examinando cual ADN del portaobjetos se combina con cuales genes de las células. </li></ul>
  28. 28. Gracias…!

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