Departamento de Biolog

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BIOLOGÍA
MOLECULAR
Departamento de Biología-Geología I.E.S.
Universidad Laboral de Málaga
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MOLÉCULA DE ADN
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ESTRUCTURA DE UN GEN
Los promotores pueden ser genéricos o tejido
específico
Promotores
Realzadores
Exones
Intrones
Sitio de inicio de la Transcripción
Sitio de terminación de la Transcripción
lt 100Kb
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Duplicación del ADN
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AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR
1941 Genes codifican las proteínas 1944 Prueba
que el ADN porta la información genética 1953
Determinación de estructura del ADN y de la
Insulina 1956 Enfermedad monogénica sustitución
de un aa cadena ß-hemoglobina 1961 Código
Genético, ARN mensajero, regulación génica 1967
Wise y Richardson aislaron ADN ligasa 1970 Smith
y colegas aislaron y caracterizaron la Hind III
1972 Janet Mertz y Ron Davis cortaron y pegaron
mol de ADN 1973 Stanley Cohen y H. Boyer pusieron
ADNr en bacterias 1974 Demostración directa de
delección génica humana 1975 Southern
Blotting 1976 Proto-oncogenes 1977 Fred Sanger
secuenció el virus de ADN ? X174 1978 Biblioteca
génica humana 1979 RFPL para diagnóstico
prenatal, oncogenes celulares
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AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR
1979-81 genes humanos clonados y
secuenciados 1982 Tabaco, la primera planta
modificada genéticamente 1983 Kary Mullis concibe
el PCR / Fred Sanger y colegas publican la
secuencia del ? lambda 1985 Un gen de
enfermedad aislado por clonación posicional 1986
La secuenciación del ADN es automatizada 1987
Inicia el Proyecto del Genoma Humano 1995 Es
secuenciado la bacteria Haemophillus
influenzae 1996 Es secuenciada la levadura
Saccharomyces cerevisiae 1998 Es secuenciado el
nemátodo Caenorhabditis elegans 1999 Es
secuenciado el cromosoma 22 humano 2000 Es
secuenciada la mosca de la fruta D. melanogaster
/ 26 de junio se presenta 90 borrador genoma
humano 2001 Feb 2001 se completa el genoma
humano.
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BIOTECNOLOGÍA
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BIOTECNOLOGÍA

• Cualquier proceso que sirva para obtener bienes y
  servicios a partir de organismos vivos
• Fermentación del pan
• Producción de yogur, queso, cerveza, vino
• Hibridación de especies para mejora de plantas y
  ganado
• El descubrimiento de la estructura del ADN y el
  desarrollo de los procesos técnicos para
  estudiarlo, se ha transformado en una tecnología
  en si misma, con la que obtener también bienes y
  servicios Ingeniería genética

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Tecnología del ADN REACCIÓN EN CADENA DE LA
POLIMERASA (PCR)

• Amplifica una determinada secuencia o fragmento
  de ADN. Separadas las hebras de la cadena, la
  enzima polimerasa replica el ADN
• Identificación paternidad
• Policía científica huella genética

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En 1983 Kary Mullis da a conocer esta técnica y
en 1993 recibió el Premio Nobel de Química por
este descubrimiento
Es un proceso cíclico (cada ciclo consta de 3
pasos) 94ºC desnaturalización (separación
de las dos hebras de ADN) 50ºC Anillamiento
de "cebadores" 72ºC copia de cada una de las
hebras de ADN por la ADN polimerasa
35 ciclos 236 68 billones de copias
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Tecnología del ADN (identificación de paternidad)
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Tecnología del ADN GENÓMICA
Es el estudio del genoma y su acción El genoma
es la suma total del material genético presente
en un organismo 1987 Inicia el Proyecto del
Genoma Humano El anuncio el 26 de junio de 2000,
del borrador del genoma humano en un 90, marcó
un hito histórico para la humanidad. 2001 Feb
2001 se completa el genoma humano.
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GENOMAS
Tecnología del ADN
El genoma de un organismo es el juego completo
de ADN. Borrador del 90 del genoma con la
secuenciación de unos 30,000 genes y 3 mil
millones de pares de bases.
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Entre una persona y otra el ADN solo difiere en
0.2
De 289 genes humanos implicados
en enfermedades, hay 177 cercanamente similares a
los genes de Drosophila.
IDENTIDAD GENÉTICA
20
70
95 idéntico
Humanos 30,000 genes
Chimpancé 30,000 genes
A. thaliana 25,000 genes
Ratón 30,000 genes
C. elegans 19,000 genes
D. melanogaster 13,000 genes
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INGENIERÍA GENÉTICA O ADNr
Conjunto de técnicas capaces de intervenir
directamente sobre el material genético y
estructuras moleculares responsables de
transmitir los caracteres hereditarios Se
pueden aislar genes, modificarlos, introducirlos
a nuevos hospedadores y clonarlos para obtener
una ventaja novedosa sobre el organismo natural.
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• ORGANISMOS TRANSGÉNICOS los que se desarrollan a
  partir de una célula en la que se ha introducido
  un fragmento de ADN, procedente de otro ser vivo,
  que se integra en su genoma. (Para organismos
  pluricelulares)
• ORGANISMOS RECOMBINANTES virus o bacterias
  manipulados genéticamente.
• ADN RECOMBINANTE fragmento de ADN constituido de
  forma artificial con segmentos de ADN que pueden
  proceder de cualquier célula
• ENZIMAS DE RESTRICCIÓN enzimas que cortan el ADN
  por lugares específicos y conocidos

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APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

• AGRICULTURA
• Plantas transgénicas más resistentes a
  enfermedades, más productivas, mayor riqueza en
  elementos nutritivos, retraso en maduración, que
  producen su propio insecticida,
• GANADERÍA y ACUICULTURA
• Animales transgénicos aumentar la producción de
  carne o leche, obtención de proteínas humanas,
  con crecimiento más rápido, ..
• APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES
• Biorremediación recuperación de suelos y aguas
  con bacterias recombinantes que degradan
  hidrocarburos
• Bioadsorción. Bacterias capaces de fijar en su
  superficie metales que interesa retirar del medio
• BIOMEDICINA
• Diagnóstico de enfermedades genéticas
• Fabricación de productos farmacéuticos
• Fabricación de vacunas
• Terapia génica
• Animales transgénicos en investigación

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Ingeniería Genética NUEVOS ANIMALES

• 1987 secreción de Beta-lactoglobulina
• en leche de ratón.
• Producción de proteína C humana en leche de
  cerdos, para desórdenes como hemofilia.
• Hormonas de crecimiento humano en tejido seminal
  de cerdo.
• Antitrombina humana III, anti-
• coagulante sanguíneo secretada en
• leche de cabras transgénicas.
• Cabras transgénicas para producir
• BioSteel fibra hecha por el hombre
• con propiedades de tela de araña.

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Aplicaciones de la ingeniería genética
en animales
Clonación de animales (TRANSFERENCIA NUCLEAR DE
CÉLULAS EMBRIONARIAS)
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Ingeniería Genética NUEVOS ALIMENTOS
ARROZ DORADO con beta Caroteno, pigmentos que se
transforman en pro-vitamina A al ser ingeridos.
ARROZ fortificado con un gen de la ferritina
del frijol de soya. ARROZ con aminoácidos
esenciales.
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Ingeniería Genética NUEVOS ALIMENTOS
Salmón transgénico por hormona de crecimiento.
Crece de 4 a 6 veces más rápido que un salmón no
transgénico. Cerdo transgénico para el
precursor de la hormona de crecimiento
(ISB, 2001, oct Netlink, 2000).
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Aplicaciones de la ingeniería genética
en agricultura

• Resistencia a herbicidas, insectos y enfermedades
  microbianas
• El maíz transgénico de Novartis es
  resistente al herbicida Basta y también es
• resistente al gusano barrenador europeo
  (contiene el Gen de resistencia a la
• toxina Bt de Bacillus thuringiensis)
  produce su propio insecticida
• ProblemasLa toxina Bt en las plantas
  transgénicas tiene propiedades
• sustancialmente diferentes a la
  toxina Bt en su forma natural.
• La toxina puede ser transmitida a través de la
  cadena alimenticia, un
• efecto que nunca ha sido observado en la toxina
  Bt en su forma natural.
• Larvas de especies de insectos predadores
  benéficos (larvas verdes de
• crisopa) murieron cuando fueron alimentadas con
  el gusano barrenador
• europeo
• Gold rice de Monsanto con color amarillo
  por los altos niveles de vitamina A
• Mejora de la calidad de los productos agrícolas
• Producción de aceites modificados

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Aplicaciones de la secuenciación de ADN

• 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

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1
gen de resistencia a la ampicilina
24
Aplicaciones de la ingeniería genética
aplicaciones médicas
Obtención de proteínas de interés médico,
comercial, etc... (insulina, hormona del
crecimiento, factores de coagulación antes se
obtenían a partir de los tejidos que las
producen o fluidos corporales)
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Clonación del gen de la insulina en bacterias
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Hormona de crecimiento en vacas transgénicas
27
Aplicaciones de la ingeniería genética
aplicaciones médicas
Obtención de vacunas recombinantes (aternativa al
uso de organismos patógenos inactivos)
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Aplicaciones de la ingeniería genética
aplicaciones médicas
Mediante ingeniería genética se construye una
sonda de ADN, marcada (marcaje fluorescente), con
la secuencia complementaria del ADN enfermo
Diagnóstico de enfermedades de origen genético
ADN sano
ADN enfermo
ADN complementario del ADN enfermo
Conocimiento previo de la secuencia de ADN enfermo
DIAGNÓSTICO
Si aparecen bandas fluorescentes demuestra que la
persona presenta la anomalía
ADN de la persona que se quiere diagnosticar
Hibridación? No hibridación?
Renaturalización del ADN con la sonda fluorescente
Desnaturalización del ADN
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16 de Febrero de 2001 Celera Genomics
Proyecto genoma humano
La secuencia del genoma es un atajo valioso
ayuda a los científicos a encontrar los genes
más fácil y rápidamente y sienta las bases para
averiguar la función de los genes identificados

• Beneficios médicos tras el conocimiento de la
  estructura de cada gen humano
• Diagnóstico en individuos con riesgo de ser
  portadores del gen de alguna enfermedad
• Marco de trabajo para el desarrollo de nuevas
  terapias, además de nuevas estrategias para la
  terapia génica

15 de Febrero de 2001 Consorcio público
internacional
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cLONACIÓN REPRODUCTIVA
Clonación de animales (TRANSFERENCIA DEL NÚCLEO
DE UNA CELULA SOMATICA CÉLULA DIFERENCIADA)
31
Clonan terneros en EE UU para producir
anticuerpos humanos


efe- Washington - agosto 2002 

Terneros clonados y manipulados genéticamente
(fábrica de anticuerpos humanos) genes para
anticuerpos células dérmicas
clonación humanos recombinantes Objetivo
Tratamiento de enfermedades inmunológicas Futur
o Tratamiento de una amplia gama de enfermedades
ocasionadas por bacterias y virus, como
hepatitis, ántrax (utilizada como arma biológica)

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Clonan cerdos destinados a trasplantar sus
órganos a humanos



La empresa escocesa PPL Therapeutics logra
retirar de los cerditos el gen que provoca el
rechazo en transplantes a humanos "alfa 1,3
galactosil transferasa"


Enero 2002. AP Photo/Roanoke Times, Gene Dalton
(IDEAL-EFE)

Paso importante en favor del xenotrasplante
(transferencia de células u órganos de una
especie a otra) Ayudará a superar la escasez de
órganos humanos para hacer trasplantes de todo
tipo
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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 sola posibilidad había
desencadenado ya el almacenamiento de células de
mascotas por parte de sus ricos propietarios




febrero 2002 Universidad College Station (Texas)