t4 enginyeria genètica

Enginyeria genètica

Tecnologia de la manipulació i transferència d’ADN d’uns organismes a uns altres. Els científics utilitzen aquestes tècniques per transferir gens d'unes cèl·lules a unes altres. És la tècnica de l’ADN recombinant.Permet a l'ésser humà dissenyar molècules d'ADN que no existeixen a la natura.

• El DNA transferit d'un organisme a un altre pot ser de la mateixa espècie o d'espècies diferents. • Els individus resultants tendran un gen que abans no tenien, que s'expressarà i que serà heretat pels seus descendents.• Els organismes obtinguts per mitjà de l'enginyeria genètica els anomenem organismes genèticament modificats (OGM), perquè el seu genoma ha estat modificat. • L'ADN sintetitzat de manera artificial per mitjà de la unió de fragments d'ADN d'orígens diferents rep el nom d'ADN recombinant.• L'enginyeria genètica comença a desenvolupar-se a partir dels anys 70 gràcies al descobriment dels enzims de restricció i la PCR (reacció en cadena de la polimerasa).

Blat de moro Bt, se cultiva en Espanya des de 1998, resistent a l'atac dels “taladres”. S'introdueix el gen d'un bacteri (Bacillus thurigiensis), capaç de fabricar una substància tòxica per els “taladres”.

Les eines de la biotecnologia són:• Per tallar: els enzims de restricció són proteïnes que tallen l'ADN en seqüències específiques (Ex, EcoRI reconeix la seqüència GAATTC).Permeten aïllar i manipular un fragment d'ADN

d'un organisme.

•Per unir: els ADN ligases són enzims que permeten unir fragments d'ADN tallats per altres enzims.

• Per copiar: Els plàsmids. Són petites molècules d'ADN (amb capacitat d'autoreplicar-se) que viuen a l'interior dels bacteris i que es poden introduir fàcilment en un bacteri o cèl·lula eucariota. Es fan servir com a vehicles.

Insulina humana: va ser el primer producte que es va produir i es va comercialitzar.

La diabetis és una malaltia que es caracteritza per una manca de síntesi de l’hormona insulina per part del pàncrees, en conseqüència , els pacients no poden controlar la glucèmia de la sang. L’aportació externa d’Insulina és el seu tractament.Abans de la tecnologia molecular s’obtenia la Insulina del porc i de la vaca, ara s’obté per clonació en bacteris.

Tecnologia de l’ADN recombinant: clonació del gen de la insulina en bacteris

• Es localitza el gen que ens interessa i un vector per aquest gen (virus, plàsmids,..) que són vehicles per a introduir gens en les cèl·lules d’un altre organisme.

• S’aïlla el material genètic de la cèl·lula animal i del bacteri.• Es fragmenta l’ADN cromosòmic i el plasmídic, amb enzims

de restricció.• El gen aïllat s’uneix al plàsmid (són petites molècules

circulars d’ADN amb capacitat d’autoreplicar-se, que viuen a l’interior de bacteris) amb ligases.

• S’introdueix el nou ADN recombinant en un altre bacteri i al cap de diverses generacions es disposarà d’un clon de cèl·lules portadores del gen de la insulina.

Fabricación de proteínas

Producción de insulina humana en el interior de bacterias

PCR (Reacció en cadena de la polimerasa)

Inventada per Kary B. Mullis el 1986.És una tècnica que permet obtenir de manera ràpida i molt

simple milions de còpies d'un fragment d'ADN.Les polimerases són enzims que creen molècules d'ADN

(uneixen nucleòtids). Es separen les cadenes d'ADN mitjançant un augment de temperatura i es repliquen amb polimerases. Al refredar-se s'uneixen les noves cadenes.

Permet la identificació de microorganismes patògens en fluids biològics de pacients.

Permet l'anàlisi d'alteracions genètiques.

En la tècnica de la PCR es repeteixen tres passos de forma cíclica:

• Desnaturalització: es desfan totes les dobles hèlixs del DNA de la mostra i les dues cadenes complementàries es desaparellen.

• Anellament: les cadenes de nucleòtids dissenyades s’aparellen a la cadena de DNA en la zona que en són complementaris

• Extensió: la polimerasa sintetitza una cadena DNA a continuació de la cadena de nucleòtids fent servir la cadena de DNA original com a motlle.

Com que la còpia sintetitzada també servirà de motlle, si repetim els tres passos, a partir de només dues còpies del gen podem aconseguir milions de còpies.

Organismes transgènicsSón aquells als quals se’ls ha modificat el seu material hereditari, introduint-hi un fragment d’ADN, procedent d’un altre ésser viu o bé suprimint-ne un de propi.

El fet d'incorporar un o més gens o modificar la funció d'algun gen propi implica que la planta manifesti una característica que abans no tenia. Els gens introduïts es comportaran com els gens propis i es transmetran a la descendència.

Animals transgènicsPer aconseguir animals transgènics la tècnica és un poc més complicada que la de bacteris o plantes. Consisteix en obtenir un òvul fecundat de l'animal abans que es divideixi, i injectar-li ADN. L'ADN injectat s'integra en el genoma de l'hoste. L'òvul fecundat comença a dividir-se i totes les cèl·lules de l'embrió reben una còpia del “transgèn”. En els mamífers només entre un 1% i un 2% dels òvuls implantats arriben a desenvolupar-se amb èxit.

Els animals transgènics s'utilitzen majoritàriament per obtenir models animals de malalties humanes, amb l'objectiu d'analitzar-los i per trobar-ne tractaments més efectius.

Existeix un polèmic debat social al voltant de l’ús i la comercialització dels transgènics.

No hi ha entre els especialistes del tema un acord sobre les seves repercussions en la salut dels consumidors, tot i que, parlant en termes científics, no hi ha cap evidència (experiment contrastat) que demostri cap perjudici en la salut.

Avantatges: Millora de les espècies, fer-les més resistents a plagues, abocar menys pesticides al medi, increment de la producció, allargar el procés de maduració perquè durin més temps en bon estat un cop collides,...Desavantatges: Dependència de grans multinacionals, pèrdua de biodiversitat, el pas de forma accidental dels gens transferits a altres espècies silvestres, efectes perjudicials per la salut.......

Tu decideixes

Aplicacions dels OGM

- Indústria alimentària: cereals sense gluten, arròs amb un alt contingut en vitamina A, etc.

- Indústria farmacèutica: fàrmacs, vacunes, llet amb factor de coagulació, insulina, hormona de creixement.

- Agricultura: resistència a plagues, major producció de llet, plantes conreades en condicions severes de temperatura, sequera o salinitat, etc.

- Investigació mèdica: òrgans per trasplantaments procedents d'animals transgènics.

Cèl·lules mare Les cèl·lules mare són les cèl·lules no diferenciades que conserven l'habilitat de diferenciar-se en altres tipus cel·lulars. Aquesta habilitat els permet d'actuar com a un sistema reparador per al cos, substituint altres cèl·lules mentre l'organisme encara és viu. Gairebé tots els teixits d'un individu adult tenen algun tipus de cèl·lula mare, a partir de la qual es poden regenerar quan es produeix alguna lesió.

Es poden classificar en dos tipus:

Cèl·lules mare embrionàries: cèl·lules que deriven de la massa cel·lular de l'embrió i que són capaces de generar tots els tipus diferents de cèl·lules del cos. Cèl·lules pluripotents.

Cèl·lules mare adultes: són cèl·lules capaces de generar cèl·lules de la seva pròpia estirp. Cèl·lules multipotencials. En cada individu hi ha uns 20 tipus de cèl·lules mare adultes, que s'encarreguen de regenerar els teixits que es van desgastant.

Cèl·lules mare embrionàriesSón cèl·lules obtingudes a partir de masses de cèl·lules no diferenciades de la primer fase de l'embrió humà, que és un embrió entre 50 i 150 cèl·lules (entre 7 i 14 dies). El seu ús presenta problemes ètics.

Cèl·lules mare adultes Són cèl·lules mare no

diferenciades trobades en un teixit específic. Procedeixen de cordó umbilical o d'adults. També són anomenades cèl·lules mares somàtiques.

En humans, s’han trobat a mèdul·la òssia, teixit adipós, múscul cardíac.....

El seu ús no planteja problemes ètics.

Cèl·lules IPs (Cèl·lules mare de pluripotència induïda) Investigacions recents han demostrat que és possible desdiferenciar cèl·lules adultes mitjançant enginyeria genètica. Aquest procediment permetria obtenir cèl·lules mare de qualsevol individu en qualsevol moment, tot i que s'handetectat possibles efectes colaterals, deguts al caràcter cancerós de les cèl·lules desdiferenciades resultants.

Potencial de las células madreObtención de células madre

El descobriment de les cèl·lules mare i de la seva capacitat de regenerar teixits ha obert noves expectatives per al desenvolupament de la medicina regenerativa o reparativa.

Actualment s'està investigant la capacitat reparadora i regenerativa de cèl·lules mare en nombrosos teixits: cor, os, múscul, epiteli, pàncrees i sistema nerviós.

La via d'investigació que intenta evitar els problemes ètics de l'ús d'aquests tipus de cèl·lules són amb les cèl·lules mare adultes i amb la reprogramació de cèl·lules adultes (cèl·lules IPs).

Reproducció assistidaTractaments hormonals: Tractaments amb hormones que indueixen la maduració de nous òvuls a l'ovari.

La inseminació artificial (IA): consisteix en introduir semen en l’úter per mitjà d’una cànula. Es fa servir quan no es detecten problemes importants d'infertilitat.

La fecundació in vitro (FIV): consisteix a realitzar la fecundació en el laboratori i després implantar l’embrió (en la fase de blastòcit, 8-16 cèl·lules) en l’úter de la mare i prossegueixi el seu desenvolupament. Se solen implantar 2-3 embrions. Els embrions sobrants, que no es transfereixen a la dona, es conserven congelats per si cal repetir el procés. Un cop ha passat el temps que exigeix la legislació, poden ser donats amb fins reproductius a altres parelles o ser utilitzats per a recerca.

La legislació que permet aquestes tècniques és diferent en cada país i és objecte de grans polèmiques per les implicacions ètiques que implica.La Llei de Reproducció Humana Assistida (2006) regula en Espanya les tècniques que poden realitzar-se en relació a aquest tema. Poden ser vàries les causes per les que una parella no pugui tenir fills. En alguns casos no es produeixen cèl·lules sexuals o aquestes són deficients, en altres casos la fecundació no es produeix perquè les trompes de Fal·lopi estan obstruïdes, en altres l'úter està malmès... La reproducció artificial tracta de donar una resposta mèdica a cada un d'aquests problemes.

La clonacióÉs el procés que permet produir cèl·lules o individus genèticament idèntics. El genoma dels clons és idèntic que el seu progenitor (com el dels bessons idèntics), mentre que el dels individus que provenen de la reproducció sexual es barregen els genomes dels dos progenitors. En animals, el clonatge és un procés molt complex. El clonatge reproductiu és l'obtenció d'embrions per clonatge a partir de cèl·lules adultes. El clonatge terapèutic no busca obtenir un individu viable, sinó produir cèl·lules mare embrionàries, que es puguin mantenir en cultiu i utilitzar-se amb fins terapèutics.

Clonació d’organismes

Transferència nuclear: s'elimina el nucli d'un òvul d'un animal donant i es reemplaça per el nucli d'una cèl·lula somàtica procedent de l'animal que es vol clonar. Així es crea un embrió artificial que pot implantar-se en l'úter d'una femella de la mateixa espècie per a que finalitzi el seu desenvolupament.

En 1996, un grup de científics va aconseguir clonar el primer mamífer: la ovella Dolly. En el seu cas es va introduir el nucli d'una cèl·lula de glàndula mamària d'un òvul (d'una altra ovella) al qual s'havia extret el nucli. A partir d'aquest òvul es va generar un embrió que es va implantar a una ovella.

Des d'aquest moment, es va demostrar la clonació en molts altres mamífers: ratolins, gats, vaques, cavalls, i porcs.

Aquest procés és enormement complex. El problema és que sols un petit percentatge dels embrions clonats es desenvolupa amb normalitat. A més, es produeixen individus que acostumen a viure menys i són més propensos a patir malalties.

Aplicacions de la clonació

•La reproducció d'animals d'alt cost.•La reproducció d'espècies en perill d'extinció.•Multiplicació d'animals transgènics.•Clonació de cèl·lules aïllades o de teixits per a investigació•Produir òrgans a partir d'embrions clonats per utilitzar-los en trasplantaments.

Teràpia gènica

Les malalties hereditàries són aquelles que estan en els nostres gens. La manera de prevenir malalties hereditàries es basa en el coneixement dels gens que les causen i la manera d'evitar la seva manifestació, així com determinar els individus que poden portar aquests gens.

Les noves tècniques aplicades a la biologia i la medicina permeten realitzar diagnòstics prenatals, conèixer si el fetus té o pot sofrir una malaltia fins i tot abans de ser concebut o de ser implantat en l'úter.

L'enginyeria genètica també ha permès desenvolupar una medicina molecular, encaminada a assolir guariments definitius de les malalties hereditàries: la teràpia gènica.

Aquesta teràpia consisteix en la inclusió de gens en el cos del pacient amb la finalitat de solucionar alguna “deficiència” en el seu genoma.

Teràpia genètica

Técnica in vivo Técnica ex vivo

En la teràpia gènica s'implanta el gen sa en els teixits més afectats perquè pugui funcionar millor i millorar l'afectació clínica del pacient. S'utilitzen vectors vírics que es poden transferir:

•Ex vivo: s'extruen algunes cèl·lules del teixit afectat, es cultiven i s'exposen al virus portador del gen. El virus infecta a les cèl·lules i els transgen s'inserta en l'ADN. Les cèl·lules transgèniques s'injecten en el cos del pacient per que que duguin a terme la seva funció normal.In vivo: el virus portador del transgen s'injecta directament en el cos del malalt i s'espera que arribi al teixit diana.

L'aparent senzillesa d'aquest procés no és real.

Tot i que s'ha aplicat aquesta teràpia en pacients concrets i en malalties concretes, no està generalitzada ni s'utilitza de manera sistemàtica per guarir cap malaltia.

Avui en dia, només s'utilitza de manera experimental per tractar certes malalties genètiques que es coneixen molt bé, i amb protocols molt estrictes.

S'han de solucionar problemes tècnics (s'ha de portar un gen específic a una cèl·lula específica) i de seguretat (els virus que es fan servir poden causar respostes immunològiques mortals o induir càncer).