BIOTECNOLOG

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BIOTECNOLOGÍA
INGENIERÍA GENÉTICA
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Biotecnología Conjunto de técnicas que utilizan
las potencialidades de los organismos vivos o de
compuestos procedentes de ellos (enzimas,
hormonas, antibióticos .), para la obtención de
productos, bienes y servicios
Biotecnología tradicional procesos de
fermentación de bacterias y levaduras desde hace
miles de años
Biotecnología moderna en los últimos 30 años,
avances en microbiología, inmunología e
ingeniería genética, con manipulación selectiva y
programada de material genético
Biotecnología contemporánea Clonación,
nanotecnología, biomateriales, reprogramación
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Esto significa que desde hace miles de años, la
humanidad ha venido realizando biotecnología, si
bien hasta la época moderna, de un modo empírico,
sin base científica

• La domesticación de plantas y animales ya comenzó
  en el período Neolítico.
• Las civilizaciones Sumeria y Babilónica (6000
  años a.C.) ya conocían cómo elaborar cerveza.
• Los egipcios ya sabían fabricar pan a partir del
  trigo hacia el 4000 a.C.
• Antes de la escritura del libro del Génesis, se
  disfrutaba del vino en el Cercano Oriente
  recuérdese que, según la Biblia, Noé "sufrió" (o
  disfrutó) accidentalmente los efectos de la
  fermentación espontánea del mosto de la uva
  (primera borrachera con vino).
• Otros procesos biotecnológicos conocidos de modo
  empírico desde la antigüedad
• fabricación de queso
• cultivo de champiñones
• alimentos y bebidas fermentadas salsa de soja,
  yogur, etc.
• tratamiento de aguas residuales

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La biotecnología se practica para lograr una o
más de tres metas

• Entender más los procesos de la herencia y
  expresión genética.
• Proporcionar un avance en el conocimiento y
  tratamiento de diversas enfermedades,
  especialmente con enfermedades genéticas.
• Generar beneficios económicos, incluyendo la
  creación de plantas y animales mejorados para la
  agricultura y la producción eficaz de moléculas
  biológicas valiosas.

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APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA
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APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA
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ORGANISMOS TRANSGÉNICOS
Organismo transgénico es aquél que ha sufrido la
alteración de su material hereditario (genoma)
por la introducción artificial (manipulación
genética) de un gen exógeno, esto es, proveniente
de otro organismo completamente diferente.
Aparentemente no existen barreras para mezclar
los genes (DNA) de dos especies diferentes.
Existen bioherramientas moleculares para componer
y descomponer al DNA, intercambiando así
fragmentos específicos de ADN de distintas
especies e incluso transferirlos a bacterias.
Se descubrió posteriormente que esta práctica se
venía haciendo en la naturaleza de forma
espontánea desde hace millones de años en los
vegetales a través de la bacteria llamada
Agrobacterium tumefaciens.
Las bacterias producen hoy en día, proteínas
humanas por ingeniería genética como el
interferón, la insulina y la hormona del
crecimiento, de gran importancia en la medicina.
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ORGANISMOS TRANSGÉNICOS
Microorganismos transgénicos Producción de
alimentos Eliminación de basuras Obtención de
materias primas para la industria Descontaminar
lo que las industrias han contaminado
Animales de granja (cerdos, ovejas, borregos)
"biorreactores de proteínas terapéuticas humanas
en su leche (antitripsina, factor VIII de
coagulación)
Plantas transgénicas "nueva revolución
verde Resistentes a sequías, a herbicidas o a
plagas de insectos, Maduración tardía o con
características para mantener el color y sabor
después de congelación Ejemplos algodón, la
soja, la papa, el tomate y al maíz
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INGENIERÍA GENÉTICA
La Ingeniería Genética Conjunto de técnicas,
nacidas de la Biología molecular, que permiten
manipular el genoma de un ser vivo, introduciendo
genes en un organismo que carece de ellos
Se realiza por
Incluye
Enzimas de restricción Capaces de cortar el ADN
por puntos concretos

• Técnicas biotecnológicas
• Recombinación de ADN
• Secuenciación del ADN
• Reacción en cadena de la polimerasa
• Aplicaciones diversas

Se obtiene
ADN Recombinante Segmento de ADN extraño
intercalado en un ADN receptor
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Técnicas de ADN recombinante la manipulación
genética
Entre los años 70 y 80 se desarrollaron
herramientas de la biología molecular y la
ingeniería genética, lo que se conoce como
técnicas del ADN recombinante

• La técnica se fundamenta en
• Doble cadena del ADN
• Complementareidad de bases
• Siempre que se encuentren secuencias
  complementarias se unen
• Orden de las bases determina información de
  proteínas
• Código de transcripción universal

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Técnicas de ADN recombinante la manipulación
genética

• La tecnología del ADN recombinante incluye
  diferentes técnicas de las que destacan
• La rotura específica del ADN mediante
  endonucleasas de restricción, que facilita el
  aislamiento y la manipulación de los genes
  individuales.
• La secuenciación rápida de todos los nucleótidos
  de un fragmento purificado de ADN, que posibilita
  determinar los límites de un gen y la secuencia
  de aminoácidos que codifica.
• La hibridación de los ácidos nucléicos que hace
  posible localizar secuencias
• determinadas de ADN o ARN, utilizando la
  capacidad que tienen estas moléculas de unirse a
  secuencias complementarias de otros ácidos
  nucléicos.
• La clonación del ADN, mediante la cual se puede
  conseguir que un fragmento de ADN se integre en
  un elemento génico autorreplicante (plásmido o
  virus) que habita en una bacteria, de tal manera
  que una molécula simple de ADN puede ser
  producida generando muchos miles de millones de
  copias idénticas.
• La ingeniería genética mediante la cual se
  pueden alterar secuencias de ADN
• produciendo versiones modificadas de los genes,
  los cuales se pueden insertar a células u
  organismos.

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Enzimas Endonucleasas de restricción
Endonucleasas de Restricción Enzimas que
pueden cortar el ADN y lo hacen en secuencias
concretas
Enzimas que las bacterias usan para destruir ADN
que ingresa a ellas, por ejemplo ADN de virus
bacteriófagos
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Enzimas Endonucleasas de restricción
Se conocen mas de 1200 enzimas de restricción
Eco RI (E. coli) reconoce secuencias GAATTC y
corta entre G y A
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Construcción de ADN recombinante
1 ADN plásmido
2 ADN extraño
3 Corte del plásmido y ADN extraño con Eco RI
(endonucleasa de restricción)
4 Formación de extremos cohesivos
5 Formación de ADN recombinantes
6 Acción de ADN ligasa que sella los extremos
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Construcción de ADN recombinante
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Clonación del ADN
La clonación de un gen consiste en introducirlo
en una célula de modo que se copie y se
mantenga El gen se inserta en un ADN llamado
vector de clonación (plásmidos), capaz de entrar
y replicarse de forma independiente en una célula
huésped Resultado ADN recombinante. Permite
obtener grandes cantidades del gen insertado en
la célula hospedadora adecuada apropiada Las
genotecas de ADN permiten guardar indefinidamente
el ADN de un organismo Un plásmido recombinante
en una bacteria se replica con ella pudiendo
obtenerse y aislarse millones de copias de dicho
plásmido
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Clonación del ADN
Proceso de clonación de un gen en bacterias
1. Obtención de plásmido recombinante
2. Transformación de bacterias
3. Selección de bacterias transformadas
4. Crecimiento de bacterias transformadas
5. Aislamiento de los plásmidos recombinantes
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Clonación del ADN
Prácticas de ejercicios similares en la página
indicada
Ejercicios http//personales.ya.com/geopal/biolog
ia_2b/unidades/ejercicios/act8abiointema6.htm
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Reacción en cadena de la polimerasa (Polymerase
Chain Reaction)
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR), es
una técnica que permite amplificar entre cientos
de miles y millones de veces, en el transcurrir
de pocas horas e in vitro, pequeñas cantidades de
ADN. Es un método alternativo a la clonación
muy rápido y eficaz Por su alta sensibilidad,
esta técnica permite identificar un gen a partir
de un solo cabello, una célula somática o un
espermatozoide. Ha facilitado, y en muchos
casos hecho posible, la tarea de identificación
de personas, por ejemplo de hijos de
desaparecidos, mediante el análisis de muestras
del niño y de su abuela materna Aplicaciones
médicas de la PCR en nuevas estrategias de
diagnóstico Detectar agentes infecciosos como
los virus de las hepatitis B y C Regiones del
genoma del virus de la inmunodeficiencia humana
(HIV) Diagnosticar la presencia o ausencia de HIV
en recién nacidos de madres seropositivas.
Diagnóstico de hemofilias A y B, la distrofia
muscular y la fibrosis quística, o reconocer
mutaciones de genes vinculadas con enfermedades
oncológ icas
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Reacción en cadena de la polimerasa (Polymerase
Chain Reaction)
El método se basa, en la realización de tres
reacciones sucesivas llevadas a cabo a distintas
temperaturas. Estas reacciones se repiten
cíclicamente entre veinte y cuarenta veces
Primer paso La muestra se calienta hasta lograr
la separación de las dos cadenas que constituyen
el ADN, "desnaturalización".
Segundo paso la temperatura se reduce para
permitir el "apareamiento" de cada una de dos
cadenas cortas de oligonucleótidos (inicidores o
primers) con cada una de las hebras separadas del
ADN molde. Los primers son sintetizados en el
laboratorio y diseñados de manera tal que
permiten definir los límites del tramo de ADN que
se desea replicar
Tercer paso la ADN polimerasa produce la
extensión de los primers, en el espacio
comprendido entre ambos, sintetizando las
secuencias complementarias de las hebras del ADN
molde (la Tª la condiciona la polimerasa
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Reacción en cadena de la polimerasa (Polymerase
Chain Reaction)
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Reacción en cadena de la polimerasa (Polymerase
Chain Reaction)
ADN polimerasa de E. coli se desactiva a la alta
temperatura de la desnaturalización del ADN, por
lo cual debía agregarse enzima fresca al comenzar
el tercer paso de cada ciclo. Este inconveniente
fue solucionado de manera ingeniosa cuando se la
reemplazó por su equivalente de la bacteria
"termófila" Thermus aquaticus
http//www.youtube.com/watch?vN6kBo_pTOA8
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Reacción en cadena de la polimerasa (Polymerase
Chain Reaction)

• APLICACIÓN amplificar ADN
• Fragmentos de ADN antiguos (momias, fósiles..)
• ADN de la escena de un crimen
• ADN de células embrionarias para diagnóstico
  prenatal
• ADN de genes virales

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SECUENCIACIÓN DEL ADN Método Sanger

• Métodos y técnicas para determinar el orden de
  los nucleótidos de un determinado fragmento de
  ADN
• Utilidad importante en biología básica y aplicada
  (forense)
• Precisa gran cantidad del fragmento a determinar
  (clonación)

• Método Sanger o didesoxi
• Fragmento de ADN (cantidad)
• Cebador en el extremo 3 (20 bases)
• ADN polimerasa
• Desoxiribonucleótidos (A,T,C,G)
• Didesoxiribonucleótidos marcados radiactivamente
  (paran la síntesis)

• Cuatro tubos diferentes con
• Polimerasa
• dATP, dCTP, dTTP y dGTP
• Un solo didesoxi marcado (ddATP)
• Se forman fragmentos de distinto tamaño
  terminados en A

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SECUENCIACIÓN DEL ADN
Los fragmentos de ADN obtenidos se separan por
tamaños con electroforesis Cada una de las cuatro
muestras se insertan en un carril diferente del
gel Terminada la electroforesis se ponen en
contacto con una película fotográfica
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SECUENCIACIÓN DEL ADN Método Automático
Marcaje de ddNTP con fluorescentes distintos
puediendose leer al mismo tiempo losADNs de las
cuatro mezclas
Comparativa de los dos métodos
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INGENIERÍA GENÉTICA Agricultura y medio
ambiente

• Tradicionalmente se han mejorado los cultivos por
  selección de ejemplares
• Actualmente se mejoran características con
  técnicas de ADN recombinante -Plantas
  transgénicas-

El plásmido Ti o T-ADN de Agrobacterium contiene
genes (onc) que provocan una mayor producción de
hormonas de crecimiento con la formación del
tumor o agalla.
Se eliminan de Ti los genes onc y se sustituyen
por otros genes que interese clonar, se habrá
obtenido un sistema eficaz para introducir ADN
interesante a la planta, evitando la aparición de
la enfermedad
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INGENIERÍA GENÉTICA Agricultura y medio
ambiente
Actualmente se consiguen mejorar diferentes
características con técnicas de ADN recombinante
-Plantas transgénicas-

• Resistencia a herbicidas (mejora vegetal)
• Resistencia al glifosfato herbicida no selectivo,
  con gen de E. coli resistente, clonado e
  incorporado
• Resistencia a plagas, con toxina de Bacillus
  turingiensis
• Resistencia a virus, con proteínas de la cápsida
  de dicho virus

FASES
1. Transferencia de genes
2. Regeneración de plantas completas
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INGENIERÍA GENÉTICA Agricultura y medio
ambiente

• Mejora del producto (alimentos)
• Arroz transgénico arroz dorado- con ßcaroteno
  (vit A)

• Plantas farmaceúticas (biofarmaceútica)
• Producción de proteínas humanas, vacunas,
  anticuerpos, mas económicas y contienen
  mecanismos de modificación postraduccional de
  las proteínas, a diferencia de las bacterias

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INGENIERÍA GENÉTICA Agricultura y medio
ambiente

• Medio AmbienteUtilización de organismos
  genéticamente modificados para eliminar
  contaminantes

Biorremedación bacterias modificadas para
degradar hidrocarburos
Bioadsorción Bacterias modificadas que adsorben
en su superficie metales pesados
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INGENIERÍA GENÉTICA Agricultura y medio
ambiente
Fitorremedación Plantas transgénicas que
transforman contaminantes peligrosos en
sustancias inocuas
chopos modificados para acumular metales,
actualmente en condiciones controladas en
invernadero
La fitoestabilización plantas que inmovilizan
los metales en el suelo por absorción o adsorción
en las raíces. Los contaminantes permanecen
retenidos bajo la superficie del suelo
La fitoextracción plantas tolerantes capaces de
absorber los metales desde el suelo y acumularlos
en su biomasa aérea. Posteriormente, esta biomasa
es cosechada, incinerada y tratada como residuo
peligroso
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INGENIERÍA GENÉTICA y GANADERÍA

• Inserción de genes en óvulos o células madre
  embrionarias

Quimeras transgénicas sólo sobre algunas células
del embrión
Organismos transgénicos todas las células
modificadas
Células modificadas
Células no modificadas
Transmisión a la descendencia, órganos y tejidos
para trasplantes
1.Secuencia hibrida de gen de interés y secuencia
promotora de una proteína de la leche
2. Introducir el transgén en óvulo fecundado
3.Implantación en la hembra que lo expresará
junto con la leche
Ejs. a1-antitripsina, factor VIII,
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INGENIERÍA GENÉTICA y MEDICINA
APLICACIONES
Obtención de productos farmacéuticos
Medicina forense
Marcadores genéticos Huella genética
Insulina Interferón H. De crecimiento Factor VIII
Terapia génica
Inserción de genes funcionales para corregir un
defecto genético
Diagnóstico de enfermedades
Detección en personas o fetos enfermedades
hereditarias por técnicas de ADN recombinante
En células germinales
En células somáticas
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Producción de insulina humana
La forma activa de la insulina consta de dos
polipéptidos (A y B), que están codificados por
partes separadas de un mismo gen. Estos se pueden
obtener en cultivos bacterianos separados.
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(No Transcript)
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CONSTRUCCIÓN DE ADN RECOMBINANTE
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Gracias
40
Referencias