Departamento de Biología-Geología

I.E.S. Universidad Laboral de Málaga

MOLÉCULA DE ADN

ESTRUCTURA DE UN GEN

Promotores

ExonesSitio de inicio de la Transcripción Sitio de

terminaciónde la Transcripción

Realzadores

< 100Kb

Los promotores pueden ser genéricos o tejido específico

Intrones

Duplicación del ADN

AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR

1941 Genes codifican las proteínas1944 Prueba que el ADN porta la información genética1953 Determinación de estructura del ADN y de la Insulina1956 Enfermedad monogénica sustitución de un aa cadena β-hemoglobina

1961 Código Genético, ARN mensajero, regulación génica1967 Wise y Richardson aislaron ADN ligasa1970 Smith y colegas aislaron y caracterizaron la Hind III 1972 Janet Mertz y Ron Davis cortaron y pegaron mol de ADN1973 Stanley Cohen y H. Boyer pusieron ADNr en bacterias1974 Demostración directa de delección génica humana1975 Southern Blotting1976 Proto-oncogenes1977 Fred Sanger secuenció el virus de ADN Ф X1741978 Biblioteca génica humana1979 RFPL para diagnóstico prenatal, oncogenes celulares

AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR

1979-81 genes humanos clonados y secuenciados1982 Tabaco, la primera planta modificada genéticamente1983 Kary Mullis concibe el PCR / Fred Sanger y colegas

publican la secuencia del λ lambda1985 Un “gen de enfermedad” aislado por clonación posicional1986 La secuenciación del ADN es automatizada1987 Inicia el Proyecto del Genoma Humano1995 Es secuenciado la bacteria Haemophillus influenzae1996 Es secuenciada la levadura Saccharomyces cerevisiae1998 Es secuenciado el nemátodo Caenorhabditis elegans1999 Es secuenciado el cromosoma 22 humano2000 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.

.

Marcadores

Ingeniería Genética

Tecnología del ADN

Fármacos Anti-cáncer

DiagnósticosCultivo de Células Vegetales

Transferencia de genes en animales

Síntesis de Sondas de

ADN

Localización desórdenes

genéticos

Clonación

Solución de crimenes

Producción de Proteínas humanas

TerapiaGénica

Bancos de ADN, ARN Proteínas

Mapas de Genomas completos

BiologíaMolecular

BiologíaMolecular

Cultivos

Celulare

s

Cultivos

Celulare

s

Anticuerpos Monoclonales

Anticuerpos Monoclonales

Síntesis de Nuevas Proteínas

NuevosAntibióticos

NuevasPlantas yAnimales

NuevosAlimentos

Recursos humanos químicos raros

BIOTECNOLOGÍABIOTECNOLOGÍA

• 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

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

Es un proceso cíclico Es un proceso cíclico (cada ciclo consta de 3 pasos)(cada ciclo consta de 3 pasos)

94ºC desnaturalización (separación 94ºC desnaturalización (separación de las dos hebras de de las dos hebras de ADNADN))

50ºC Anillamiento de "cebadores"50ºC Anillamiento de "cebadores"

72ºC copia de cada una de las 72ºC copia de cada una de las hebras de hebras de ADNADN por la por la ADNADN polimerasapolimerasa

En 1983 Kary Mullis da a conocer esta técnica y en 1993 recibió el Premio Nobel de Química por este descubrimiento

35 ciclos 236= 68 billones de copias

MADRE PADRE NIÑO 1 NIÑO 2 NIÑO 3 NIÑO 4

Tecnología del ADN (identificación de paternidad)

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.

Tecnología del ADN

GENÓMICA

Humanos30,000 genes

GENOMAS

Chimpancé30,000 genes

A. thaliana25,000 genes

Ratón30,000 genes

C. elegans19,000 genes

D. melanogaster13,000 genes

95% idéntico

70%

20%

60%

De 289 geneshumanos implicados enenfermedades,hay 177cercanamentesimilares a los genes deDrosophila.

Entre una persona y otra el ADN solo difiere en 0.2%

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.

IDENTIDAD GENÉTICA

Tecnología del ADN

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.

INGENIERÍA GENÉTICA O ADNr

• 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

APLICACIONES DE LA APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICAINGENIERÍA 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

• 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 producirBioSteel fibra hecha por el hombre con propiedades de tela de araña.

Ingeniería Genética NUEVOS ANIMALES

Clonación de animales (TRANSFERENCIA NUCLEAR DE CÉLULAS EMBRIONARIAS)

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.

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

Ingeniería Genética NUEVOS ALIMENTOS

(ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).

•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

Problemas:La 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

•Síntesis de productos de interés comercialAnticuerpos animales, interferón, e incluso elementos de un poliéster destinado a la fabricación de plásticos biodegradables

•Detección de mutacionesMétodo 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 genéticasDiagnóstico prenatal / Diagnóstico preimplantación de enfermedades hereditarias o determinación del sexo del feto previamente a su implantación en procesos defecundación 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)

Plásmidos

1

Plásmidos

2

Extremos cohesivos

Plásmido

3

Molécula de ADN recombinante

gen de resistencia a la ampicilina

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)

Clonación del gen de la insulina en bacterias

Hormona de crecimiento en vacas

transgénicas

Obtención de vacunas recombinantes(aternativa al uso de organismos patógenos inactivos)

La levadura fabrica las proteínas víricas

con poder inmunológico

Inyección de proteínas víricas en un chimpancé

plásmido bacteriano

Integración del plásmido híbrido

en el núcleo de una célula de levaduraADN

Extracción del ADN del virus

Conocimiento previo de la secuencia de

ADN enfermo

Mediante ingeniería genética se construye

una sonda de ADN, marcada (marcaje

fluorescente), con la secuencia

complementaria del ADN enfermo

ADN enfermo

ADN sano

ADN complementario del

ADN enfermo

Diagnóstico de enfermedades de origen genético

ADN de la persona que se

quiere diagnosticar

¿Hibridación?¿No

hibridación?

Renaturalización del ADN con la sonda fluorescente

Desnaturalizació

n del ADN

Si aparecen bandas fluorescentes

demuestra que la persona presenta

la anomalíaBiochipMicroarrayDNAchip

DIAGNÓSTICO

Beneficios médicos tras el conocimiento de la estructura de cada gen humano

1. Diagnóstico en individuos con riesgo de ser portadores del gen de alguna enfermedad

2. Marco de trabajo para el desarrollo de nuevas terapias, además de nuevas estrategias para la terapia génica

16 de Febrero de 200116 de Febrero de 2001Celera GenomicsCelera Genomics

15 de Febrero de 200115 de Febrero de 2001Consorcio público internacionalConsorcio público internacional

Proyecto genoma humanoProyecto genoma humanoLa secuencia del genoma es un atajo valioso: ayuda a los científicos a encontrar los genes más fácil y rápidamentey sienta las bases para averiguar la función de los genes identificados

Clonación de animales (TRANSFERENCIA DEL NÚCLEO DE UNA CELULA SOMATICA: CÉLULA DIFERENCIADA)

Terneros clonados y manipulados genéticamente (fábrica de anticuerpos humanos)

genes para anticuerpos células dérmicas clonaciónhumanos recombinantes

Objetivo: Tratamiento de enfermedades inmunológicas

Futuro: Tratamiento de una amplia gama de enfermedades ocasionadas por bacterias y virus, como hepatitis, ántrax (utilizada como arma biológica)

Clonan terneros en EE UU para producir anticuerpos humanos

efe- Washington - agosto 2002 

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

Un laboratorio de Texas clona al primer animal doméstico

"Copycat" es el primer gatito nacido mediante clonación"

febrero 2002 Universidad College Station (Texas)

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

El sexto día

El ataque de los clones