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TEMA 4
LA REVOLUCIÓN GENÉTICA

    Ciencias para el Mundo Contemporáneo
ÍNDICE
1. Historia de la genética

2. Definiciones y Conceptos Básicos de Genética

3. Genética Molecular

3.1. ADN: estructura y función. Los Cromosomas

3.2. Replicación del ADN

3.3. Relación entre genes y proteínas: transcripción y traducción del ADN. El
Código Genético.

4. Leyes de la Herencia

4.1. Las leyes de Mendel

4.2. Teoría Cromosómica de la Herencia. Genética ligada al sexo
ÍNDICE
5. Biotecnología e Ingeniería Genética
5.1. Introducción
5.2. Técnicas Básicas
      5.2.1. Tecnología del ADN recombinante. Clonación molecular
      5.2.2. Amplificación del ADN: PCR
      5.2.3. Secuenciación del ADN
5.3. Técnicas de la Ingeniería Genética
       5.3.1. Organismos Genéticamente Modificados (Transgénicos)
       5.3.2. Terapia Génica
5.4. Clonación y Células madre
5.5. Proyecto Genoma Humano
            5.6. Técnicas de reproducción asistida
6. Bioética
1. Historia de la genética
Genética: rama de la Biología que estudia los patrones de
  la herencia, es decir, el modo en que los rasgos y las
  características se transmiten de generación en
  generación.

Ciencia surgida a finales del XIX inicios del XX.

Los hechos científicos más relevantes a finales del siglo
   XIX, que dan el primer impulso de los estudios
   genéticos son:

Teorías evolutivas de Lamarck y Darwin

La refutación de la Teoría de la Generación Espontánea por Louis
   Pasteur

Los primeros estudios genéticos con plantas de Gregor Mendel y
   sus Leyes de la Herencia

Primeras observaciones al microscopio de los cromosomas
1. Historia de la genética
Siglo XX
1900-1940: GENÉTICA CLÁSICA

Redescubrimiento de las Leyes de Mendel por 3 botánicos: Correns, de Vries
  y Von Tshermark. Trabajos impulsados por el británico Bateson, quien en
  1905 acuñó el término GENÉTICA

Definición de gen, genotipo, fenotipo por Johannsen en 1909

Teoría cromosómica de la herencia . Establecida por T. H. Morgan y su grupo
  de la Universidad de Columbia gracias a los estudios con la mosca del
  vinagre (Drosophila melanogaster)
1. Historia de la genética
1940-2000

1944 Avery: El ADN es el portador de la información genética

1950 Chargaff: El ADN está formado por 4 bases: A, T, C y G; la relación entre ellas es A=T y
   C=G

1952 R. Franklin obtiene una imagen del ADN en la que se observa que es una estructura
   filamentosa helicoidal (doble hélice)

1953 Watson y Crick establecen la estructura tridimensional en doble hélice del ADN

Años 60 se establece el Código Genético (marco de lectura del ADN, relación entre ADN y
   proteínas)

Años 70 se realizan las primeras manipulaciones del ADN

Años 80 aparecen los primeros transgénicos (plantas)

Años 90 clonación animal (oveja Dolly)

Año 2000 Proyecto Genoma Humano (secuenciación completa de nuestro ADN)

Siglo XXI ??
2. Definiciones y conceptos básicos de
                        genética
Herencia: transmisión de las características
  biológicas de un ser vivo a su descendencia

Gen: segmento de ADN que codifica un carácter
  heredado y heredable (ej. color de ojos). Es la
  unidad básica de la herencia de los seres vivos.
  El hombre posee alrededor de 25.000 genes.
  Cada gen codifica una proteína.

Genotipo: conjunto de genes de un organismo. Para
  un carácter (ej. color de ojos) es una pareja de
  genes homólogos (gen materno y paterno) AA o
  Aa o aa
2. Definiciones y conceptos básicos de
                          genética

Fenotipo: expresión del carácter codificado
  por el genotipo

Ejemplo:

- Genotipo color de ojos: AA

- Fenotipo: color de ojos marrón

Cromosoma: forma más condensada del ADN. El
   ser humano tiene 46 cromosomas (23
   parejas)

Locus: posición que ocupa el gen en un
   cromosoma (plural de locus: loci)
2. Definiciones y conceptos básicos de
                           genética
Alelo:distintas variedades de un mismo gen

Cada carácter viene determinado por una pareja de
   alelos (materno y paterno).

Ejemplo: color de pelo

Negro: gen o alelo A

Marrón: gen o alelo a

- Alelo Dominante: A (se expresa en AA y Aa)

- Alelo Recesivo: a (se expresa en a)

-   Alelismo múltiple: cuando un carácter está
    determinado por más de 2 alelos. Ejemplo: Grupo
    sanguíneo con alelos A, B y O

Cariotipo: conjunto de cromosomas de un organismo
   ordenados por tamaño
3. GENÉTICA MOLECULAR
   ESTRUCTURA DEL ADN
             ADN: doble cadena de polinucleótidos,
               formada por azúcares
               (desoxirribosa), grupos fosfato y
               bases nitrogenadas (Adenina,
               Timina, Guanina y Citosina). La doble
               hélice enfrenta las cadenas
               emparejando a las bases
               nitrogenadas de la siguiente forma:
               A-T y C-G

             En total son unos 2 metros de doble
                hélice que deben sufrir un proceso
                de empaquetamiento para
                permanecer en el núcleo de la célula
                eucariota, de unas pocas micras de
                diámetro.

             Esta estructura en doble hélice fue
3. GENÉTICA MOLECULAR
                           ESTRUCTURA DEL ADN




Difracción de Rayos X (R. Franklin)



                          J. Watson y F. Crick (estructura del ADN)
3. GENÉTICA MOLECULAR
   ESTRUCTURA DEL ADN
3. GENÉTICA MOLECULAR
           LOS CROMOSOMAS
Cromosoma: forma más condensada del ADN. Surgen
  justo antes de la división celular o mitosis.
Los cromosomas humanos fueron descubiertos por
  Tjio y Levan en 1956
3. GENÉTICA MOLECULAR
                 LOS CROMOSOMAS
Ser humano :
46 cromosomas
23 parejas
22 autosomas y el par
  sexual XX o XY
3. GENÉTICA MOLECULAR
    LOS CROMOSOMAS
3. GENÉTICA MOLECULAR
    LOS CROMOSOMAS
3. GENÉTICA MOLECULAR
                 REPLICACIÓN DEL ADN
Proceso por el cual se realizan 2 copias
   idénticas del ADN. Ocurre justo
   antes de la división celular (mitosis)
   para que cada célula hija tenga
   exactamente el mismo material
   genético.

Para ello la doble hélice debe abrirse y
   copiarse, usando como molde una de
   las hebras de la molécula original.
   Por eso la replicación del ADN es
   semiconservativa, es decir, cada
   ADN de la célula hija llevará una de
   las hebras de la célula origen.
3. GENÉTICA MOLECULAR
                 RELACIÓN DEL ADN Y LAS PROTEÍNAS
ida en el ADN con las características que presenta un individuo?

raduce a una biomolécula fundamental denominada proteína, quien ejecutará la orden es

una proteína, pero

                          ¿CÓMO OCURRE ESTE PROCESO?
3. GENÉTICA MOLECULAR
RELACIÓN DEL ADN Y LAS PROTEÍNAS
                 1º TRANSCRIPCIÓN DEL ADN

                 El ADN no puede salir del núcleo
                    celular, pero entonces, ¿cómo sale la
                    información que contiene?. Debe
                    hacer transcribiéndose en otra
                    molécula llamada ARN mensajero.
                    Una de las hebras del gen o trozo de
                    ADN que se quiere leer, se usa para
                    transcribirlo a ARNm. La única
                    diferencia a tener en cuenta es que
                    el ARN no lleva Timina (T) así que
                    cuando     se    está   pasando    la
                    información del ADN al ARNm y se
                    encuentra una A, se coloca una U
                    (Uracilo) en el ARNm
3. GENÉTICA MOLECULAR
       RELACIÓN DEL ADN Y LAS PROTEÍNAS
2º TRADUCCIÓN

El ARNm sale del núcleo hacia el
   citoplasma celular dónde se unirá a
   una estructura llamada ribosoma que
   será la encargada de traducir la
   información basada en las 4 letras:
   A, T, C y G a las unidades básicas de
   las proteínas: los aminoácidos. El
   ribosoma lee tripletes de bases.
   Cada triplete leído se traduce en
   uno de los 20 aminoácidos de los
   seres humanos. La unión de los
   aminoácidos dará lugar a la proteína
   o polipéptido.
4. LAS LEYES DE LA HERENCIA
                    LEYES DE MENDEL

En 1865 el monje austríaco Gregor Mendel publica el trabajo
  “Experimentos de hibridación en plantas” en el que resumía sus años
  de trabajos con el guisante Pisum sativum, estableciendo que:

- La herencia se transmite por unos “factores hereditarios” (mas tarde
   conocidos por genes)

- La herencia sigue unas reglas estadísticas



Sus trabajos no tuvieron mucha aceptación en su época. Fue años más
  tarde cuando fueron redescubiertas por otros investigadores,
  sentando las bases de la genética clásica.
4. LAS LEYES DE LA HERENCIA
      LEYES DE MENDEL
4. LAS LEYES DE LA HERENCIA
      LEYES DE MENDEL
4. LAS LEYES DE LA HERENCIA
      LEYES DE MENDEL
4. LAS LEYES DE LA HERENCIA
 TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA
EL GEN SE SITUA EN UN LUGAR DEL CROMOSOMA O LOCUS

Establecida en 1915 por T.H. Morgan y su grupo de las moscas
4. LAS LEYES DE LA HERENCIA
      TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA
  HERENCIA DE ENFERMEDADES HUMANAS

AUTOSÓMICA (cromosomas 1 a 22)

Dominante (sólo necesita que un alelo, materno o
  paterno, esté afectado para padecerla)
  Ejemplos: Osteogénesis imperfecta, Marfan

Recesiva: (necesita que los 2 alelos, materno y
  paterno, estén afectados. Si sólo lo está uno, se
  es portador no enfermo). Ejemplos: Fibrosis
  quística, albinismo)

LIGADAS AL SEXO (X o Y)

Ligadas al X y recesivas: Hemofilia y daltonismo

Ligadas al cromosoma Y: Ictiosis
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

Biotecnología: cualquier proceso biológico que sirve
  para obtener bienes y servicios a partir de
  organismos vivos.
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

La biotecnología se basa en la manipulación del ADN
  y para ello necesita de unas técnicas de
  laboratorio básicas, que son:
La tecnología del ADN recombinante
La amplificación del ADN mediante la PCR
La secuenciación del ADN
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA


     TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE
Un ADN recombinante es todo aquel al que se le ha
  insertado un gen de otro organismo con el fin de
  producir una sustancia de interés.
Esta tecnología es la base de la clonación molecular y
  de los transgénicos.
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
    PASOS DE LA TECNOLOGÍA DEL ADN
             RECOMBINANTE
                     Localizar el gen de interés y aislarlo

                     Insertar el gen en un vector de expresión
                        (plásmido: molécula de ADN bacteriano
                        circular de fácil manipulación)

                     Introducir el vector en la bacteria : ya
                         tenemos una bacteria recombinante

                     Multiplicación de la bacteria y síntesis de la
                        proteína recombinante de interés

                     Extracción y purificación de la proteína de
                        interés y uso (comercial, clínico, etc.)
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
AMPLIFICACIÓN DEL ADN:
          PCR

 (Polymerase Chain Reaction)
Amplificación in vitro de un trozo o
  segmento de ADN, muy útil ya que
  permite tener múltiples copias para
  la realización de varios tipos de
  análisis o manipulaciones del ADN

Se realiza de forma automatizada
  gracias a una enzima bacteriana
  llamada Taq polimerasa.

El número de moléculas obtenidas al
   final es de 2 elevado a n, dónde n es
   el número de ciclos que suelen ser
   unos 30.
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

              SECUENCIACIÓN DEL ADN
Técnica establecida por Sanger, actualmente automatizada e
  informatizada, que permite conocer la secuencia de
  nucleótidos de un segmento de ADN.

La técnica se basa en la replicación del ADN. Si tomamos una
   hebra del ADN que queremos secuenciar y le añadimos las 4
   bases nitrogenadas (A, T, C y G) marcadas con una molécula
   fluorescente y dejamos que ocurra la reacción, al final
   obtendremos una doble hélice con una hebra marcada.
   Conociendo la secuencia de la hebra marcada podremos
   saber cuál es la de la otra hebra, por complementariedad de
   bases (A-T, C-G)
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

                    SECUENCIACIÓN DEL ADN




   DETECCIÓN DE MUTACIONES
DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

         INGENIERÍA GENÉTICA
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

                 INGENIERÍA GENÉTICA

Conjunto de procedimientos que implican la manipulación
  deliberada del ADN de los organismos vivos con el fin de
  fabricar o modificar un producto, “mejorar” animales,
  plantas, (¿personas?) o desarrollar microorganismos con
  determinadas capacidades de interés.
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA




ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS
                  Y
            TERAPIA GÉNICA
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS




          MICROORGANISMOS
               PLANTAS
              ANIMALES
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

    MICROORGANISMOS
 GENÉTICAMENTE MODIFICADOS

          UTILIDADES



        Biorremediación

     Productos industriales:
      detergentes enzimáticos

   Productos farmacéuticos:
           antibióticos

 Aplicaciones médicas: insulina y
          otras hormomas
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

                     PLANTAS TRANSGÉNICAS

                          APLICACIONES
                       Mejora en la producción

                       Resistencia a herbicidas

                         Resistencia a plagas

                       Resistencia a condiciones
                          ambientales adversas

                      Mejora en el valor nutritivo

                        Mejora en propiedades
                      organolépticas (sabor, olor, …)

                         Aumento del tamaño
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA


ANIMALES TRANSGÉNICOS

         UTILIDADES

Mejora en la producción (calidad de
    lana, salmones más grandes...)

  Producción de fármacos y otras
  sustancias (leche con anticuerpos,
       vitaminas “extra”, etc.)

       Donación de órganos

       (cerdos transgénicos)
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA


                      TERAPIA GÉNICA

El objetivo de la terapia génica es tratar, curar y prevenir
   enfermedades genéticas introduciendo en el paciente un gen
   funcional o terapéutico, que realice la función del gen
   defectuoso que provocaba la enfermedad



Los primeros experimentos con humanos se realizaron a inicios de
  los años 90
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA


                   Existen 2 tipos de terapia
                     génica:

                   Terapia Génica Somática


                   Terapia Génica en línea
                     Germinal
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA


                       Terapia Génica Somática
                   Cura la enfermedad tratando las células
                      del enfermo. Se puede realizar de 2
                      formas:

                   In vivo: Se le introduce al paciente el gen
                      terapéutico mediante un vector (virus)
                      el cual debe llegar hasta las células
                      diana e insertarles el gen.

                   Ex vivo: Se extrae parte del tejido
                     afectado del paciente (biopsia), se
                     introduce el gen y se le trasplantas sus
                     propias células modificadas.
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA


 TERAPIA GÉNICA EN LÍNEA
         GERMINAL
Consiste   en    introducir el   gen
   terapéutico en un óvulo fecundado
   de modo que el embrión ya portará
   el gen modificado.

Implica problemas éticos
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
  ENFERMEDADES CANDIDATAS A SER CURADAS POR
                TERAPIA GÉNICA

FIBROSIS QUÍSTICA

DISTROFIA MUSCULAR

CÁNCER

INMUNODEFICIENCIAS

ENFERMEDADES DE LA SANGRE (TALASEMIA)
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
                          CLONACIÓN

  Clonación de organismos:

Producción de ejemplares
   genéticamente idénticos
   mediante    reproducción
   asexual

(proceso       natural     en
   bacterias,          hongos,
   protozoos,....,   no    en
   humanos)

1996 se consiguió el primer
   clon de un mamífero
   (Dolly)
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
             CLONACIÓN
                      ¿Cómo se hace clonó a la oveja
                                   Dolly?

                      Mediante    la    técnica    de    la
                         transferencia nuclear o trasplante
                         nuclear.

                      1º. Célula de la oveja a clonar. Se le
                          extrae el núcleo celular.

                      2º    Óvulo de la otra hembra
                           (portadora). Se le quita el núcleo
                           al óvulo.

                      3º. Se introduce el núcleo de la oveja
                          a clonar en el óvulo de la
                          portadora. Sin necesidad de un
                          espermatozoide, el óvulo ya tiene
                          el material genético completo:
                          aparece el cigoto

                      4º. Se implanta el cigoto en la hembra
                          portadora. La cría es idéntica a la
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
             CLONACIÓN
                    La clonación con fines reproductivos
                       está prohibida

                    La propuesta de clonación para humanos
                       es la de conseguir células en estado
                       embrionario a partir del ADN del
                       individuo adulto. Estas células
                       embrionarias son, en realidad,
                       células madre que darán todo tipo
                       de tejidos con el fin de curar
                       enfermedades, (ej. para la diabetes,
                       corazón infartado, alzheimer,...) sin
                       rechazo inmunológico:

                         CLONACIÓN TERAPÉUTICA
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
             CLONACIÓN
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
              CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE

           CÉLULAS MADRE

Células indiferenciadas que pueden
   diferenciarse o dar lugar a múltiples
   tipos de tejidos (nervioso, muscular,
   células de la sangre,etc..). Aparecen
   en el cigoto (totipotentes), en el
   embrión (pluripotentes) y en los
   adultos (multipotentes, ej. médula
   ósea).

APLICACIÓN MÉDICA:

- Terapia Celular

- Trasplantes sin rechazo
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
      CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE
                         OBTENCIÓN DE CÉLULAS
                                 MADRE

                     1º. Células madre embrionarias de
                         embriones congelados o a partir
                         de la clonación terapéutica

                     Ventajas: células totipotentes

                     Inconvenientes: poca aceptación
                        por problemas bioéticos
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
              CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE
 OBTENCIÓN DE CÉLULAS
         MADRE

2º. Células madre a partir de la
   reprogramación     de  células
   adultas sacadas de órganos y
   tejidos del pacientes.

Ventajas: carece de problemas
   bioéticos

Inconvenientes:   célula   pluri-
   multipotente
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
      CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
                    PROYECTO GENOMA HUMANO

Inicio en 1990

Objetivo: localizar, secuenciar y estudiar todos
   los genes humanos

Primeras conclusiones (2001):

25000 genes (5% ADN)

95% ADN es ADN “basura” y con funciones de
   regulación

Parte de nuestro ADN es de virus y bacterias que
   infectaron a nuestros antepasados

Semejanza 98% chimpancé, 80% ratón
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
  TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA

INSEMINACIÓN ARTIFICIAL

Introducción del esperma en la parte alta del útero en el
  momento de la ovulación

FECUNDACIÓN IN VITRO

Fecundación del óvulo en placa de petri

(Microinyección espermática)
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
  TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA

INSEMINACIÓN ARTIFICIAL
5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
   TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA

FECUNDACIÓN IN VITRO
6. BIOÉTICA


DISCIPLINA QUE ESTUDIA LOS PROBLEMAS ÉTICOS QUE SURGEN DE LA
  APLICACIÓN DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA Y QUE PUEDEN INFLUIR
  EN LA VIDA HUMANA Y EN LA DE OTROS SERES VIVOS. SE BASA EN 4
  PRINCIPIOS:

Principio de no maleficencia (evaluar los riesgos, no hacer daño al paciente)

Principio de beneficencia (hacer el bien)

Principio de autonomía (respeto por los valores y opciones personales)

Principio de justicia (evitar discriminación, acceso de los avances para todo el
    mundo, etc...)

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  • 1. TEMA 4 LA REVOLUCIÓN GENÉTICA Ciencias para el Mundo Contemporáneo
  • 2. ÍNDICE 1. Historia de la genética 2. Definiciones y Conceptos Básicos de Genética 3. Genética Molecular 3.1. ADN: estructura y función. Los Cromosomas 3.2. Replicación del ADN 3.3. Relación entre genes y proteínas: transcripción y traducción del ADN. El Código Genético. 4. Leyes de la Herencia 4.1. Las leyes de Mendel 4.2. Teoría Cromosómica de la Herencia. Genética ligada al sexo
  • 3. ÍNDICE 5. Biotecnología e Ingeniería Genética 5.1. Introducción 5.2. Técnicas Básicas 5.2.1. Tecnología del ADN recombinante. Clonación molecular 5.2.2. Amplificación del ADN: PCR 5.2.3. Secuenciación del ADN 5.3. Técnicas de la Ingeniería Genética 5.3.1. Organismos Genéticamente Modificados (Transgénicos) 5.3.2. Terapia Génica 5.4. Clonación y Células madre 5.5. Proyecto Genoma Humano 5.6. Técnicas de reproducción asistida 6. Bioética
  • 4. 1. Historia de la genética Genética: rama de la Biología que estudia los patrones de la herencia, es decir, el modo en que los rasgos y las características se transmiten de generación en generación. Ciencia surgida a finales del XIX inicios del XX. Los hechos científicos más relevantes a finales del siglo XIX, que dan el primer impulso de los estudios genéticos son: Teorías evolutivas de Lamarck y Darwin La refutación de la Teoría de la Generación Espontánea por Louis Pasteur Los primeros estudios genéticos con plantas de Gregor Mendel y sus Leyes de la Herencia Primeras observaciones al microscopio de los cromosomas
  • 5. 1. Historia de la genética Siglo XX 1900-1940: GENÉTICA CLÁSICA Redescubrimiento de las Leyes de Mendel por 3 botánicos: Correns, de Vries y Von Tshermark. Trabajos impulsados por el británico Bateson, quien en 1905 acuñó el término GENÉTICA Definición de gen, genotipo, fenotipo por Johannsen en 1909 Teoría cromosómica de la herencia . Establecida por T. H. Morgan y su grupo de la Universidad de Columbia gracias a los estudios con la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster)
  • 6. 1. Historia de la genética 1940-2000 1944 Avery: El ADN es el portador de la información genética 1950 Chargaff: El ADN está formado por 4 bases: A, T, C y G; la relación entre ellas es A=T y C=G 1952 R. Franklin obtiene una imagen del ADN en la que se observa que es una estructura filamentosa helicoidal (doble hélice) 1953 Watson y Crick establecen la estructura tridimensional en doble hélice del ADN Años 60 se establece el Código Genético (marco de lectura del ADN, relación entre ADN y proteínas) Años 70 se realizan las primeras manipulaciones del ADN Años 80 aparecen los primeros transgénicos (plantas) Años 90 clonación animal (oveja Dolly) Año 2000 Proyecto Genoma Humano (secuenciación completa de nuestro ADN) Siglo XXI ??
  • 7. 2. Definiciones y conceptos básicos de genética Herencia: transmisión de las características biológicas de un ser vivo a su descendencia Gen: segmento de ADN que codifica un carácter heredado y heredable (ej. color de ojos). Es la unidad básica de la herencia de los seres vivos. El hombre posee alrededor de 25.000 genes. Cada gen codifica una proteína. Genotipo: conjunto de genes de un organismo. Para un carácter (ej. color de ojos) es una pareja de genes homólogos (gen materno y paterno) AA o Aa o aa
  • 8. 2. Definiciones y conceptos básicos de genética Fenotipo: expresión del carácter codificado por el genotipo Ejemplo: - Genotipo color de ojos: AA - Fenotipo: color de ojos marrón Cromosoma: forma más condensada del ADN. El ser humano tiene 46 cromosomas (23 parejas) Locus: posición que ocupa el gen en un cromosoma (plural de locus: loci)
  • 9. 2. Definiciones y conceptos básicos de genética Alelo:distintas variedades de un mismo gen Cada carácter viene determinado por una pareja de alelos (materno y paterno). Ejemplo: color de pelo Negro: gen o alelo A Marrón: gen o alelo a - Alelo Dominante: A (se expresa en AA y Aa) - Alelo Recesivo: a (se expresa en a) - Alelismo múltiple: cuando un carácter está determinado por más de 2 alelos. Ejemplo: Grupo sanguíneo con alelos A, B y O Cariotipo: conjunto de cromosomas de un organismo ordenados por tamaño
  • 10. 3. GENÉTICA MOLECULAR ESTRUCTURA DEL ADN ADN: doble cadena de polinucleótidos, formada por azúcares (desoxirribosa), grupos fosfato y bases nitrogenadas (Adenina, Timina, Guanina y Citosina). La doble hélice enfrenta las cadenas emparejando a las bases nitrogenadas de la siguiente forma: A-T y C-G En total son unos 2 metros de doble hélice que deben sufrir un proceso de empaquetamiento para permanecer en el núcleo de la célula eucariota, de unas pocas micras de diámetro. Esta estructura en doble hélice fue
  • 11. 3. GENÉTICA MOLECULAR ESTRUCTURA DEL ADN Difracción de Rayos X (R. Franklin) J. Watson y F. Crick (estructura del ADN)
  • 12. 3. GENÉTICA MOLECULAR ESTRUCTURA DEL ADN
  • 13. 3. GENÉTICA MOLECULAR LOS CROMOSOMAS Cromosoma: forma más condensada del ADN. Surgen justo antes de la división celular o mitosis. Los cromosomas humanos fueron descubiertos por Tjio y Levan en 1956
  • 14. 3. GENÉTICA MOLECULAR LOS CROMOSOMAS Ser humano : 46 cromosomas 23 parejas 22 autosomas y el par sexual XX o XY
  • 15. 3. GENÉTICA MOLECULAR LOS CROMOSOMAS
  • 16. 3. GENÉTICA MOLECULAR LOS CROMOSOMAS
  • 17. 3. GENÉTICA MOLECULAR REPLICACIÓN DEL ADN Proceso por el cual se realizan 2 copias idénticas del ADN. Ocurre justo antes de la división celular (mitosis) para que cada célula hija tenga exactamente el mismo material genético. Para ello la doble hélice debe abrirse y copiarse, usando como molde una de las hebras de la molécula original. Por eso la replicación del ADN es semiconservativa, es decir, cada ADN de la célula hija llevará una de las hebras de la célula origen.
  • 18. 3. GENÉTICA MOLECULAR RELACIÓN DEL ADN Y LAS PROTEÍNAS ida en el ADN con las características que presenta un individuo? raduce a una biomolécula fundamental denominada proteína, quien ejecutará la orden es una proteína, pero ¿CÓMO OCURRE ESTE PROCESO?
  • 19. 3. GENÉTICA MOLECULAR RELACIÓN DEL ADN Y LAS PROTEÍNAS 1º TRANSCRIPCIÓN DEL ADN El ADN no puede salir del núcleo celular, pero entonces, ¿cómo sale la información que contiene?. Debe hacer transcribiéndose en otra molécula llamada ARN mensajero. Una de las hebras del gen o trozo de ADN que se quiere leer, se usa para transcribirlo a ARNm. La única diferencia a tener en cuenta es que el ARN no lleva Timina (T) así que cuando se está pasando la información del ADN al ARNm y se encuentra una A, se coloca una U (Uracilo) en el ARNm
  • 20. 3. GENÉTICA MOLECULAR RELACIÓN DEL ADN Y LAS PROTEÍNAS 2º TRADUCCIÓN El ARNm sale del núcleo hacia el citoplasma celular dónde se unirá a una estructura llamada ribosoma que será la encargada de traducir la información basada en las 4 letras: A, T, C y G a las unidades básicas de las proteínas: los aminoácidos. El ribosoma lee tripletes de bases. Cada triplete leído se traduce en uno de los 20 aminoácidos de los seres humanos. La unión de los aminoácidos dará lugar a la proteína o polipéptido.
  • 21. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIA LEYES DE MENDEL En 1865 el monje austríaco Gregor Mendel publica el trabajo “Experimentos de hibridación en plantas” en el que resumía sus años de trabajos con el guisante Pisum sativum, estableciendo que: - La herencia se transmite por unos “factores hereditarios” (mas tarde conocidos por genes) - La herencia sigue unas reglas estadísticas Sus trabajos no tuvieron mucha aceptación en su época. Fue años más tarde cuando fueron redescubiertas por otros investigadores, sentando las bases de la genética clásica.
  • 22. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIA LEYES DE MENDEL
  • 23. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIA LEYES DE MENDEL
  • 24. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIA LEYES DE MENDEL
  • 25. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIA TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA EL GEN SE SITUA EN UN LUGAR DEL CROMOSOMA O LOCUS Establecida en 1915 por T.H. Morgan y su grupo de las moscas
  • 26. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIA TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA HERENCIA DE ENFERMEDADES HUMANAS AUTOSÓMICA (cromosomas 1 a 22) Dominante (sólo necesita que un alelo, materno o paterno, esté afectado para padecerla) Ejemplos: Osteogénesis imperfecta, Marfan Recesiva: (necesita que los 2 alelos, materno y paterno, estén afectados. Si sólo lo está uno, se es portador no enfermo). Ejemplos: Fibrosis quística, albinismo) LIGADAS AL SEXO (X o Y) Ligadas al X y recesivas: Hemofilia y daltonismo Ligadas al cromosoma Y: Ictiosis
  • 27. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA Biotecnología: cualquier proceso biológico que sirve para obtener bienes y servicios a partir de organismos vivos.
  • 28. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA La biotecnología se basa en la manipulación del ADN y para ello necesita de unas técnicas de laboratorio básicas, que son: La tecnología del ADN recombinante La amplificación del ADN mediante la PCR La secuenciación del ADN
  • 29. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE Un ADN recombinante es todo aquel al que se le ha insertado un gen de otro organismo con el fin de producir una sustancia de interés. Esta tecnología es la base de la clonación molecular y de los transgénicos.
  • 30. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA PASOS DE LA TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE Localizar el gen de interés y aislarlo Insertar el gen en un vector de expresión (plásmido: molécula de ADN bacteriano circular de fácil manipulación) Introducir el vector en la bacteria : ya tenemos una bacteria recombinante Multiplicación de la bacteria y síntesis de la proteína recombinante de interés Extracción y purificación de la proteína de interés y uso (comercial, clínico, etc.)
  • 31. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA AMPLIFICACIÓN DEL ADN: PCR (Polymerase Chain Reaction) Amplificación in vitro de un trozo o segmento de ADN, muy útil ya que permite tener múltiples copias para la realización de varios tipos de análisis o manipulaciones del ADN Se realiza de forma automatizada gracias a una enzima bacteriana llamada Taq polimerasa. El número de moléculas obtenidas al final es de 2 elevado a n, dónde n es el número de ciclos que suelen ser unos 30.
  • 32. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA SECUENCIACIÓN DEL ADN Técnica establecida por Sanger, actualmente automatizada e informatizada, que permite conocer la secuencia de nucleótidos de un segmento de ADN. La técnica se basa en la replicación del ADN. Si tomamos una hebra del ADN que queremos secuenciar y le añadimos las 4 bases nitrogenadas (A, T, C y G) marcadas con una molécula fluorescente y dejamos que ocurra la reacción, al final obtendremos una doble hélice con una hebra marcada. Conociendo la secuencia de la hebra marcada podremos saber cuál es la de la otra hebra, por complementariedad de bases (A-T, C-G)
  • 33. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA SECUENCIACIÓN DEL ADN DETECCIÓN DE MUTACIONES DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES
  • 34. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA INGENIERÍA GENÉTICA
  • 35. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA INGENIERÍA GENÉTICA Conjunto de procedimientos que implican la manipulación deliberada del ADN de los organismos vivos con el fin de fabricar o modificar un producto, “mejorar” animales, plantas, (¿personas?) o desarrollar microorganismos con determinadas capacidades de interés.
  • 36. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS Y TERAPIA GÉNICA
  • 37. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS MICROORGANISMOS PLANTAS ANIMALES
  • 38. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA MICROORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS UTILIDADES Biorremediación Productos industriales: detergentes enzimáticos Productos farmacéuticos: antibióticos Aplicaciones médicas: insulina y otras hormomas
  • 39. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA PLANTAS TRANSGÉNICAS APLICACIONES Mejora en la producción Resistencia a herbicidas Resistencia a plagas Resistencia a condiciones ambientales adversas Mejora en el valor nutritivo Mejora en propiedades organolépticas (sabor, olor, …) Aumento del tamaño
  • 40. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
  • 41. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA ANIMALES TRANSGÉNICOS UTILIDADES Mejora en la producción (calidad de lana, salmones más grandes...) Producción de fármacos y otras sustancias (leche con anticuerpos, vitaminas “extra”, etc.) Donación de órganos (cerdos transgénicos)
  • 42. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
  • 43. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA TERAPIA GÉNICA El objetivo de la terapia génica es tratar, curar y prevenir enfermedades genéticas introduciendo en el paciente un gen funcional o terapéutico, que realice la función del gen defectuoso que provocaba la enfermedad Los primeros experimentos con humanos se realizaron a inicios de los años 90
  • 44. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA Existen 2 tipos de terapia génica: Terapia Génica Somática Terapia Génica en línea Germinal
  • 45. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA Terapia Génica Somática Cura la enfermedad tratando las células del enfermo. Se puede realizar de 2 formas: In vivo: Se le introduce al paciente el gen terapéutico mediante un vector (virus) el cual debe llegar hasta las células diana e insertarles el gen. Ex vivo: Se extrae parte del tejido afectado del paciente (biopsia), se introduce el gen y se le trasplantas sus propias células modificadas.
  • 46. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
  • 47. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
  • 48. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA TERAPIA GÉNICA EN LÍNEA GERMINAL Consiste en introducir el gen terapéutico en un óvulo fecundado de modo que el embrión ya portará el gen modificado. Implica problemas éticos
  • 49. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA ENFERMEDADES CANDIDATAS A SER CURADAS POR TERAPIA GÉNICA FIBROSIS QUÍSTICA DISTROFIA MUSCULAR CÁNCER INMUNODEFICIENCIAS ENFERMEDADES DE LA SANGRE (TALASEMIA)
  • 50. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA CLONACIÓN Clonación de organismos: Producción de ejemplares genéticamente idénticos mediante reproducción asexual (proceso natural en bacterias, hongos, protozoos,...., no en humanos) 1996 se consiguió el primer clon de un mamífero (Dolly)
  • 51. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA CLONACIÓN ¿Cómo se hace clonó a la oveja Dolly? Mediante la técnica de la transferencia nuclear o trasplante nuclear. 1º. Célula de la oveja a clonar. Se le extrae el núcleo celular. 2º Óvulo de la otra hembra (portadora). Se le quita el núcleo al óvulo. 3º. Se introduce el núcleo de la oveja a clonar en el óvulo de la portadora. Sin necesidad de un espermatozoide, el óvulo ya tiene el material genético completo: aparece el cigoto 4º. Se implanta el cigoto en la hembra portadora. La cría es idéntica a la
  • 52. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA CLONACIÓN La clonación con fines reproductivos está prohibida La propuesta de clonación para humanos es la de conseguir células en estado embrionario a partir del ADN del individuo adulto. Estas células embrionarias son, en realidad, células madre que darán todo tipo de tejidos con el fin de curar enfermedades, (ej. para la diabetes, corazón infartado, alzheimer,...) sin rechazo inmunológico: CLONACIÓN TERAPÉUTICA
  • 53. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA CLONACIÓN
  • 54. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE CÉLULAS MADRE Células indiferenciadas que pueden diferenciarse o dar lugar a múltiples tipos de tejidos (nervioso, muscular, células de la sangre,etc..). Aparecen en el cigoto (totipotentes), en el embrión (pluripotentes) y en los adultos (multipotentes, ej. médula ósea). APLICACIÓN MÉDICA: - Terapia Celular - Trasplantes sin rechazo
  • 55. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE OBTENCIÓN DE CÉLULAS MADRE 1º. Células madre embrionarias de embriones congelados o a partir de la clonación terapéutica Ventajas: células totipotentes Inconvenientes: poca aceptación por problemas bioéticos
  • 56. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE OBTENCIÓN DE CÉLULAS MADRE 2º. Células madre a partir de la reprogramación de células adultas sacadas de órganos y tejidos del pacientes. Ventajas: carece de problemas bioéticos Inconvenientes: célula pluri- multipotente
  • 57. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE
  • 58. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA PROYECTO GENOMA HUMANO Inicio en 1990 Objetivo: localizar, secuenciar y estudiar todos los genes humanos Primeras conclusiones (2001): 25000 genes (5% ADN) 95% ADN es ADN “basura” y con funciones de regulación Parte de nuestro ADN es de virus y bacterias que infectaron a nuestros antepasados Semejanza 98% chimpancé, 80% ratón
  • 59. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA INSEMINACIÓN ARTIFICIAL Introducción del esperma en la parte alta del útero en el momento de la ovulación FECUNDACIÓN IN VITRO Fecundación del óvulo en placa de petri (Microinyección espermática)
  • 60. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA INSEMINACIÓN ARTIFICIAL
  • 61. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA FECUNDACIÓN IN VITRO
  • 62. 6. BIOÉTICA DISCIPLINA QUE ESTUDIA LOS PROBLEMAS ÉTICOS QUE SURGEN DE LA APLICACIÓN DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA Y QUE PUEDEN INFLUIR EN LA VIDA HUMANA Y EN LA DE OTROS SERES VIVOS. SE BASA EN 4 PRINCIPIOS: Principio de no maleficencia (evaluar los riesgos, no hacer daño al paciente) Principio de beneficencia (hacer el bien) Principio de autonomía (respeto por los valores y opciones personales) Principio de justicia (evitar discriminación, acceso de los avances para todo el mundo, etc...)