Ingeniería genética

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Esta presentación es para Ginevra y Eliana de 1º Bac.

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Ingeniería genética

  1. 1. INGENIERÍA GENÉTICA La ingeniería genética puede definirse como un conjunto de técnicas, nacidas de la Biología molecular, que permiten manipular el genoma de un ser vivo.
  2. 2. La herencia. Genética molecular • Ingeniería genética y aplicaciones. • Organismos modificados genéticamente. • Repercusiones sociales y valoración ética de la manipulación genética.
  3. 3. Criterios de evaluación • Conocer algunas de las herramientas de la ingeniería genética y sus aplicaciones.
  4. 4. Observaciones • Como una introducción a la ingeniería genética, además de la PCR, explicar un experimento sencillo de clonación en el que intervengan el ADN que tiene que ser clonado, las encimas de restricción, un plásmido y bacterias. • Organismos transgénicos: comentar brevemente que son, como se obtienen y cuales son sus principales ventajas y desventajas. • Indicar que la producción de moléculas recombinantes por ingeniería genética resulta muy útil para nuestra especie (producción de hormonas como, por ejemplo, la insulina o la hormona de crecimiento, o la producción de algunas vacunas como las de la hepatitis A y B).
  5. 5. Técnicas de la Ingeniería Genética • 1. 2. 3. • La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas, entre las que destacan: Tecnología del ADN recombinante: con la que es posible aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro. La secuenciación del ADN: Técnica que permite saber el orden o secuencia de los nucleótidos que forman parte de un gen. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): con la que se consigue aumentar el número de copias de un fragmento determinado de ADN, por lo tanto, con una mínima cantidad de muestra de ADN se puede conseguir toda la que se necesite para un determinado estudio. Son numerosas las aplicaciones prácticas y comerciales de la ingeniería genética: Se abre un campo que nos ofrece la posibilidad de utilizar plantas y animales transgénicos así como microorganismos modificados genéticamente para producir fármacos u otros productos de utilidad para el hombre, entre los que se pueden citar: la insulina humana, la hormona del crecimiento, la obtención de nuevas vacunas o la clonación de animales.
  6. 6. PCR REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA
  7. 7. Introducción a la PCR® La PCR® es una técnica de amplificación enzimática in vitro que permite amplificar un fragmento específico de ADN situado entre dos regiones de secuencia conocida a partir de una muestra compleja de ADN Se fundamenta en la propiedad natural de las ADN polimerasas para replicar hebras de ADN Usa ciclos sucesivos de calentamiento y enfriamiento de las muestras que contienen el material genético En cada uno de estos ciclos se produce una copia de cada molécula de ADN www.sistemasgenomicos.com
  8. 8. Introducción a la PCR® En cada ciclo se duplican las copias de ADN, ya que cada cadena que se sintetiza en el ciclo anterior sirve de copia para el siguiente Cada ciclo se repite 30 – 40 veces Es exponencial, se generan 2n copias www.sistemasgenomicos.com
  9. 9. Introducción a la PCR® Desnaturalización del ADN (95ºC) Se separan las dos hebras de las cuales está constituido el ADN Hibridación de los cebadores (50-65ºC) Los cebadores se unen a su complementario en el ADN (Se usan para iniciar la reacción y como límite de la región que va a ser amplificada) Elongación (72ºC) Actúa la polimerasa, produciéndose una copia del fragmento que deseamos amplificar www.sistemasgenomicos.com
  10. 10. '''Thermophilus aquaticus''' • Bacteria de la que se extrae el enzima ADN polimerasa (Taq polimerasa) para realizar la PCR. • Se aisló en Yelowstone a principio de los años 60 y soporta temperaturas de 800 C. • En 1980 Kary Mullis empezó a utilizarla para conseguir copias de ADN “in vitro”. • En el año 1993 le concedieron el Premio Nobel de Química por el desarrollo de la PCR. • En el año 1989, la revista Science denominó “Molécula del año” a Taq polimerasa para la PCR. http://tripatlas.com/Thermus_aquaticus
  11. 11. http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_polymerase_chn_reactn.swf PCR http://www.bionetonline.org/english/Content/gh_tool.htm# http://www.bionetonline.org/flash/pcr.htm
  12. 12. Curiosidades La potencialidad de esta técnica es impresionante, a partir de una sola molécula de ADN, la PCR puede generar 100000 millones de moléculas idénticas en una tarde. El ADN puede proceder de una muestra de tejido de un hospital, de una gota de sangre o semen en la escena de un delito, o de un cerebro momificado. http://bio-rad.cnpg.com/lsca/videos/ScientistsForBetterPCR/
  13. 13. Aplicaciones PCR • • • Secuenciación Una de las razones más comunes para el uso de la PCR es la formación de suficiente cantidad de ADN molde para su secuenciación. Es mucho más sencillo y rápido que la clonación en células. Estudios evolutivos Mediante la PCR se pueden amplificar genes de organismos ya extinguidos, como del mamut, o restos antiguos humanos. Se pueden comparar estos genes con los genes semejantes de organismos actuales y poder reconstruir árboles filogenéticos. La PCR también se ha utilizado para conseguir el mapa del genoma humano. Huellas dactilares del ADN. La determinación de las huellas dactilares genéticas constituye una de las aplicaciones más interesantes de la PCR. Mediante esta técnica es posible comparar muestras diferentes de ADN para comprobar si pertenecen al mismo individuo o no, o si existe parentesco entre ellas. Esta técnica se aplica actualmente en Medicina forense e investigaciones policiales, con el fin de identificar individuos a partir de muestras biológicas, como sangre, semen, piel o cabellos. También se utiliza en las pruebas de paternidad. http://www.arrakis.es/%7Eibrabida/vigpcr.html
  14. 14. SECUENCIACIÓN DE ADN http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Estruadn/estruadn.htm#Secuencia http://www.iib.uam.es/servicios/seq/otros/SecuenciaADN/SecuencaciaADN.html
  15. 15. Secuenciación de ADN (Método didesoxi) • • • • Permite averiguar la secuencia de nucleótidos. ADN que se quiere secuenciar en hélice sencilla. ADN polimerasa I del bacteriófago T4. Un cebador o “primer” `marcado radiactivamente de unos 20 nucleótidos para que la ADN polimerasa añada nucleótidos por el extremo 3‘. • 4 nucleótidos trifosfato: dATP,dCTP,dGTP,dTTP. • 4 nuc. didesoxi: ddATP, ddCTP, ddGTP, ddTTP. http://www.arrakis.es/%7Eibrabida/vigdidesoxi.html
  16. 16. Didesoxirribonucleotidos
  17. 17. • Como "molde" se utiliza una de las cadenas del fragmento de ADN que se va a secuenciar. • • Como "cebador" para iniciar la síntesis, se necesita un corto oligonucleótido complementario del extremo de la cadena. • • desoxinucleótidos de las cuatro bases: dAMP, dTMP, dGMP, dCMP. • didesoxinucleótidos de una base en cada una de las cuatro reacciones de secuenciación.
  18. 18. Autorradiografía Esquema de las electroforesis de las reacciones de secuenciación
  19. 19. Gel de secuencia: cada uno de los carriles corresponde con una muestra, y cada una de las bandas de colores con una de las bases del ADN . El ordenador identifica color con base y dibuja un cromatograma con los picos de colores y su correspondiente base
  20. 20. FRAGMENTO A SECUENCIAR
  21. 21. AÑADIMOS •ADN polimerasa •NUCLEÓTIDOS •un 'didesoxi', por ejemplo, ddCMP •La síntesis de la nueva hebra se detendrá cuando se incorpore el ddCMP.
  22. 22. http://perso.wanadoo.es/sancayetano2000/biologia/apu/tema4_5.htm
  23. 23. Secuenciación http://www.phgfoundation.org/tutorials/dna/5.html http://www.phgfoundation.org/tutorials/dna/4.html
  24. 24. Detección de mutaciones Método de diagnóstico rutinario (relación entre enfermedad y mutación puntual) Secuenciación de ADNs fósiles  Posibilidad de aislar secuencias de ADN a partir de unas pocas copias (la mayoría están dañadas o degradadas) Diagnóstico de enfermedades genéticas Diagnóstico prenatal / Diagnóstico preimplantación de enfermedades hereditarias o determinación del sexo del feto previamente a su implantación en procesos de fecundación in vitro Identificación de especies y control de cruces entre animales  Para descubrir fraudes comerciales, tales como vender carne de una especie más barata a los precios de otra más cara, o el comercio ilegal de especies en peligro Secuenciación de genomas  Conocimiento básico y aplicado de diferentes organismos (incluido el genoma humano)
  25. 25. • Ingeniería genética • http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animati ons/sp_genetic_engineering.swf • Clonación de un gen • http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animati ons/sp_cloning_gene.swf
  26. 26. Obtención de organismos genéticamente idénticos En el campo de la Ingeniería genética consiste en aislar y multiplicar un gen, o en general, un trozo de ADN En Animales superiores consiste en obtener un individuo a partir de una célula o de un nucleo de otro individuo
  27. 27. Conjunto de técnicas nacidas de la Biología molecular que permiten manipular el genoma de un ser vivo cromosoma Homo sapiens Mediante la ingeniería genética se pueden introducir genes Escherichia coli en el genoma de un individuo que carece de ellos gen
  28. 28. Aislamiento y manipulación de fragmentos de ADN de un organismo para introducirlo en otro (ADN recombinante) Nathans D., Arber W., y Smith H. (premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1978 por el descubrimiento de las enzimas de restricción y su aplicación en Genética Molecular)
  29. 29. Las enzimas de restricción  Las enzimas de restricción son proteínas cuya función es cortar las hebras de ADN.  Se podría decir que son “tijeras moleculares” que cortan ADN.  Lo hacen en forma específica: cada enzima reconoce un sitio particular del ADN, es decir que reconoce una secuencia particular de nucleótidos.  Esa secuencia específica para cada enzima se denomina “sitio de restricción”.  Una vez que la enzima reconoce estos sitios, se posiciona sobre la molécula de ADN y corta dentro o en torno de esa secuencia.  Cortan los enlaces fosfodiester a partir de una secuencia que reconocen.  La secuencia que reconocen es una secuencia palindrómica (secuencia que se lee igual en ambas direcciones).  Son extraídas de bacterias, donde actúan como mecanismo de defensa para degradar material genético extraño que entre en la célula.
  30. 30. Las enzimas de restricción al cortar DNA pueden producir dos tipos de cortes: • Cohesivos o pegajosos: cortan de manera escalonada en dos puntos diferentes. • Abruptos: cortan en un sólo punto.
  31. 31. Corte cohesivo con EcoRI:
  32. 32. Molécula A Molécula B Digestión de ambas moléculas con la misma enzima de restricción, BamHI Extremos cohesivos Mezclar Tratar con ADN-ligasa ADN recombinante
  33. 33. 1 Plásmido Plásmidos gen de resistencia a la ampicilina 2 3 Extremos cohesivos Molécula de ADN recombinante
  34. 34. Plásmido
  35. 35. 1 Virus 2 3
  36. 36. Ciclo lisogénico Ciclo lítico (f) (g) (h)
  37. 37. Un laboratorio de Texas clona al primer animal doméstico "Copycat" es el primer gatito nacido mediante clonación" El experimento abre las puertas de la clonación masiva de animales domésticos, un fin sin explorar cuya sóla posibilidad había desencadenado ya el almacenamiento de células de mascotas por parte de sus ricos propietarios febrero 2002 Universidad College Station (Texas)
  38. 38. Clonación de animales La clonación de la oveja Dolly se realizó a partir de células diferenciadas de adulto. Oveja adulta blanca Célula somática diferenciada Implantación en la madre adoptiva Célula fusionada Fusión de ambas células Formación del embrión Clon de oveja blanca Extracción del núcleo Ovocito no fecundado Oveja adulta de cara negra En circunstancias experimentales, se puede “reprogramar” el material genético de una célula diferenciada para que se comporte como la de un cigoto.
  39. 39. Las células madre abren la posibilidad a un nuevo mundo en las terapias de los trasplantes Calificada como una técnica "ineficaz e imperfecta" por científicos como Iam Wilmut, "padre" de la oveja Dolly, la clonación ha encontrado en las células "madre" su primera razón de ser. Retos técnicos 1. Las células embrionarias de ratón originan teratomas y teratocarcinomas en animales adultos 2. Conocimiento de las señales implicadas en el desarrollo y diferenciación 3. Asegurar la salud a largo plazo de las células a transplantar (edad biológica de las células)
  40. 40. Declaración Universal de Derecho Humanos y Genoma Humano de la UNESCO (1997), adoptada en 1998 por la Asamblea General de ONU (busca un balance entre una continuación en las investigaciones y la salvaguarda de los derechos humanos) Frente a los múltiples beneficios de la ingeniería genética pueden surgir algunos problemas Problemas sanitarios nuevos microorganismos patógenos, efectos secundarios de nuevos fármacos de diseño, etc... Problemas ecológicos desaparición de especies con consecuencias desconocidas, nuevas contaminaciones debidas a un metabolismo incontrolado, etc... Problemas sociales y políticos en el campo de la producción industrial, agrícola y ganadera, pueden crear diferencias aún más grandes entre países ricos y pobres. Problemas éticos y morales

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