1. TEMA 4LA REVOLUCIN GENTICACiencias para el Mundo Contemporneo

2. NDICE1. Historia de la gentica2. Definiciones y Conceptos Bsicos de Gentica3. Gentica Molecular3.1. ADN: estructura y funcin. Los Cromosomas3.2. Replicacin del ADN3.3. Relacin entre genes y protenas: transcripcin y traduccin del ADN. ElCdigo Gentico.4. Leyes de la Herencia4.1. Las leyes de Mendel4.2. Teora Cromosmica de la Herencia. Gentica ligada al sexo 3. NDICE5. Biotecnologa e Ingeniera Gentica5.1. Introduccin5.2. Tcnicas Bsicas5.2.1. Tecnologa del ADN recombinante. Clonacin molecular5.2.2. Amplificacin del ADN: PCR5.2.3. Secuenciacin del ADN5.3. Tcnicas de la Ingeniera Gentica 5.3.1. Organismos Genticamente Modificados (Transgnicos) 5.3.2. Terapia Gnica5.4. Clonacin y Clulas madre5.5. Proyecto Genoma Humano5.6. Tcnicas de reproduccin asistida6. Biotica 4. 1. Historia de la genticaGentica: rama de la Biologa que estudia los patrones dela herencia, es decir, el modo en que los rasgos y lascaractersticas se transmiten de generacin engeneracin.Ciencia surgida a finales del XIX inicios del XX.Los hechos cientficos ms relevantes a finales del siglo XIX, que dan el primer impulso de los estudios genticos son:Teoras evolutivas de Lamarck y DarwinLa refutacin de la Teora de la Generacin Espontnea por Louis PasteurLos primeros estudios genticos con plantas de Gregor Mendel y sus Leyes de la HerenciaPrimeras observaciones al microscopio de los cromosomas 5. 1. Historia de la genticaSiglo XX1900-1940: GENTICA CLSICARedescubrimiento de las Leyes de Mendel por 3 botnicos: Correns, de Vriesy Von Tshermark. Trabajos impulsados por el britnico Bateson, quien en1905 acu el trmino GENTICADefinicin de gen, genotipo, fenotipo por Johannsen en 1909Teora cromosmica de la herencia . Establecida por T. H. Morgan y su grupode la Universidad de Columbia gracias a los estudios con la mosca delvinagre (Drosophila melanogaster) 6. 1. Historia de la gentica1940-20001944 Avery: El ADN es el portador de la informacin gentica1950 Chargaff: El ADN est formado por 4 bases: A, T, C y G; la relacin entre ellas es A=T y C=G1952 R. Franklin obtiene una imagen del ADN en la que se observa que es una estructura filamentosa helicoidal (doble hlice)1953 Watson y Crick establecen la estructura tridimensional en doble hlice del ADNAos 60 se establece el Cdigo Gentico (marco de lectura del ADN, relacin entre ADN y protenas)Aos 70 se realizan las primeras manipulaciones del ADNAos 80 aparecen los primeros transgnicos (plantas)Aos 90 clonacin animal (oveja Dolly)Ao 2000 Proyecto Genoma Humano (secuenciacin completa de nuestro ADN)Siglo XXI ?? 7. 2. Definiciones y conceptos bsicos degenticaHerencia: transmisin de las caractersticasbiolgicas de un ser vivo a su descendenciaGen: segmento de ADN que codifica un carcterheredado y heredable (ej. color de ojos). Es launidad bsica de la herencia de los seres vivos.El hombre posee alrededor de 25.000 genes.Cada gen codifica una protena.Genotipo: conjunto de genes de un organismo. Paraun carcter (ej. color de ojos) es una pareja degenes homlogos (gen materno y paterno) AA oAa o aa 8. 2. Definiciones y conceptos bsicos degenticaFenotipo: expresin del carcter codificadopor el genotipoEjemplo:- Genotipo color de ojos: AA- Fenotipo: color de ojos marrnCromosoma: forma ms condensada del ADN. El ser humano tiene 46 cromosomas (23 parejas)Locus: posicin que ocupa el gen en un cromosoma (plural de locus: loci) 9. 2. Definiciones y conceptos bsicos de genticaAlelo:distintas variedades de un mismo genCada carcter viene determinado por una pareja de alelos (materno y paterno).Ejemplo: color de peloNegro: gen o alelo AMarrn: gen o alelo a- Alelo Dominante: A (se expresa en AA y Aa)- Alelo Recesivo: a (se expresa en a)- Alelismo mltiple: cuando un carcter estdeterminado por ms de 2 alelos. Ejemplo: Gruposanguneo con alelos A, B y OCariotipo: conjunto de cromosomas de un organismo ordenados por tamao 10. 3. GENTICA MOLECULAR ESTRUCTURA DEL ADN ADN: doble cadena de polinucletidos, formada por azcares (desoxirribosa), grupos fosfato y bases nitrogenadas (Adenina, Timina, Guanina y Citosina). La doble hlice enfrenta las cadenas emparejando a las bases nitrogenadas de la siguiente forma: A-T y C-G En total son unos 2 metros de doblehlice que deben sufrir un procesode empaquetamiento parapermanecer en el ncleo de la clulaeucariota, de unas pocas micras dedimetro. Esta estructura en doble hlice fue 11. 3. GENTICA MOLECULAR ESTRUCTURA DEL ADNDifraccin de Rayos X (R. Franklin)J. Watson y F. Crick (estructura del ADN) 12. 3. GENTICA MOLECULAR ESTRUCTURA DEL ADN 13. 3. GENTICA MOLECULAR LOS CROMOSOMASCromosoma: forma ms condensada del ADN. Surgenjusto antes de la divisin celular o mitosis.Los cromosomas humanos fueron descubiertos porTjio y Levan en 1956 14. 3. GENTICA MOLECULAR LOS CROMOSOMASSer humano :46 cromosomas23 parejas22 autosomas y el parsexual XX o XY 15. 3. GENTICA MOLECULARLOS CROMOSOMAS 16. 3. GENTICA MOLECULARLOS CROMOSOMAS 17. 3. GENTICA MOLECULAR REPLICACIN DEL ADNProceso por el cual se realizan 2 copias idnticas del ADN. Ocurre justo antes de la divisin celular (mitosis) para que cada clula hija tenga exactamente el mismo material gentico.Para ello la doble hlice debe abrirse y copiarse, usando como molde una de las hebras de la molcula original. Por eso la replicacin del ADN es semiconservativa, es decir, cada ADN de la clula hija llevar una de las hebras de la clula origen. 18. 3. GENTICA MOLECULAR RELACIN DEL ADN Y LAS PROTENASida en el ADN con las caractersticas que presenta un individuo?raduce a una biomolcula fundamental denominada protena, quien ejecutar la orden esuna protena, peroCMO OCURRE ESTE PROCESO? 19. 3. GENTICA MOLECULARRELACIN DEL ADN Y LAS PROTENAS 1 TRANSCRIPCIN DEL ADN El ADN no puede salir del ncleocelular, pero entonces, cmo sale lainformacin que contiene?. Debehacer transcribindose en otramolcula llamada ARN mensajero.Una de las hebras del gen o trozo deADN que se quiere leer, se usa paratranscribirlo a ARNm. La nicadiferencia a tener en cuenta es queel ARN no lleva Timina (T) as quecuando seest pasandolainformacin del ADN al ARNm y seencuentra una A, se coloca una U(Uracilo) en el ARNm 20. 3. GENTICA MOLECULAR RELACIN DEL ADN Y LAS PROTENAS2 TRADUCCINEl ARNm sale del ncleo hacia el citoplasma celular dnde se unir a una estructura llamada ribosoma que ser la encargada de traducir la informacin basada en las 4 letras: A, T, C y G a las unidades bsicas de las protenas: los aminocidos. El ribosoma lee tripletes de bases. Cada triplete ledo se traduce en uno de los 20 aminocidos de los seres humanos. La unin de los aminocidos dar lugar a la protena o polipptido. 21. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIALEYES DE MENDELEn 1865 el monje austraco Gregor Mendel publica el trabajoExperimentos de hibridacin en plantas en el que resuma sus aosde 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 estadsticasSus trabajos no tuvieron mucha aceptacin en su poca. Fue aos mstarde cuando fueron redescubiertas por otros investigadores,sentando las bases de la gentica clsica. 22. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIALEYES DE MENDEL 23. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIALEYES DE MENDEL 24. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIALEYES DE MENDEL 25. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIA TEORA CROMOSMICA DE LA HERENCIAEL GEN SE SITUA EN UN LUGAR DEL CROMOSOMA O LOCUSEstablecida en 1915 por T.H. Morgan y su grupo de las moscas 26. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIATEORA CROMOSMICA DE LA HERENCIAHERENCIA DE ENFERMEDADES HUMANASAUTOSMICA (cromosomas 1 a 22)Dominante (slo necesita que un alelo, materno opaterno, est afectado para padecerla)Ejemplos: Osteognesis imperfecta, MarfanRecesiva: (necesita que los 2 alelos, materno ypaterno, estn afectados. Si slo lo est uno, sees portador no enfermo). Ejemplos: Fibrosisqustica, albinismo)LIGADAS AL SEXO (X o Y)Ligadas al X y recesivas: Hemofilia y daltonismoLigadas al cromosoma Y: Ictiosis 27. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICABiotecnologa: cualquier proceso biolgico que sirvepara obtener bienes y servicios a partir deorganismos vivos. 28. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICALa biotecnologa se basa en la manipulacin del ADNy para ello necesita de unas tcnicas delaboratorio bsicas, que son:La tecnologa del ADN recombinanteLa amplificacin del ADN mediante la PCRLa secuenciacin del ADN 29. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA TECNOLOGA DEL ADN RECOMBINANTEUn ADN recombinante es todo aquel al que se le hainsertado un gen de otro organismo con el fin deproducir una sustancia de inters.Esta tecnologa es la base de la clonacin molecular yde los transgnicos. 30. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICAPASOS DE LA TECNOLOGA DEL ADN RECOMBINANTE Localizar el gen de inters y aislarlo Insertar el gen en un vector de expresin(plsmido: molcula de ADN bacterianocircular de fcil manipulacin) Introducir el vector en la bacteria : ya tenemos una bacteria recombinante Multiplicacin de la bacteria y sntesis de laprotena recombinante de inters Extraccin y purificacin de la protena deinters y uso (comercial, clnico, etc.) 31. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICAAMPLIFICACIN DEL ADN:PCR (Polymerase Chain Reaction)Amplificacin in vitro de un trozo osegmento de ADN, muy til ya quepermite tener mltiples copias parala realizacin de varios tipos deanlisis o manipulaciones del ADNSe realiza de forma automatizadagracias a una enzima bacterianallamada Taq polimerasa.El nmero de molculas obtenidas al final es de 2 elevado a n, dnde n es el nmero de ciclos que suelen ser unos 30. 32. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICASECUENCIACIN DEL ADNTcnica establecida por Sanger, actualmente automatizada einformatizada, que permite conocer la secuencia denucletidos de un segmento de ADN.La tcnica se basa en la replicacin del ADN. Si tomamos una hebra del ADN que queremos secuenciar y le aadimos las 4 bases nitrogenadas (A, T, C y G) marcadas con una molcula fluorescente y dejamos que ocurra la reaccin, al final obtendremos una doble hlice con una hebra marcada. Conociendo la secuencia de la hebra marcada podremos saber cul es la de la otra hebra, por complementariedad de bases (A-T, C-G) 33. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICASECUENCIACIN DEL ADN DETECCIN DE MUTACIONESDIAGNSTICO DE ENFERMEDADES 34. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA INGENIERA GENTICA 35. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA INGENIERA GENTICAConjunto de procedimientos que implican la manipulacindeliberada del ADN de los organismos vivos con el fin defabricar o modificar un producto, mejorar animales,plantas, (personas?) o desarrollar microorganismos condeterminadas capacidades de inters. 36. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICAAPLICACIONES DE LA INGENIERA GENTICAORGANISMOS GENTICAMENTE MODIFICADOSYTERAPIA GNICA 37. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICAORGANISMOS GENTICAMENTE MODIFICADOSMICROORGANISMOS PLANTASANIMALES 38. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICAMICROORGANISMOS GENTICAMENTE MODIFICADOSUTILIDADESBiorremediacin Productos industriales:detergentes enzimticos Productos farmacuticos: antibiticos Aplicaciones mdicas: insulina yotras hormomas 39. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA PLANTAS TRANSGNICASAPLICACIONES Mejora en la produccin Resistencia a herbicidas Resistencia a plagas Resistencia a condicionesambientales adversasMejora en el valor nutritivoMejora en propiedadesorganolpticas (sabor, olor, ) Aumento del tamao 40. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA 41. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICAANIMALES TRANSGNICOS UTILIDADESMejora en la produccin (calidad delana, salmones ms grandes...)Produccin de frmacos y otrassustancias (leche con anticuerpos, vitaminas extra, etc.) Donacin de rganos (cerdos transgnicos) 42. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA 43. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICATERAPIA GNICAEl objetivo de la terapia gnica es tratar, curar y prevenir enfermedades genticas introduciendo en el paciente un gen funcional o teraputico, que realice la funcin del gen defectuoso que provocaba la enfermedadLos primeros experimentos con humanos se realizaron a inicios delos aos 90 44. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA Existen 2 tipos de terapia gnica: Terapia Gnica Somtica Terapia Gnica en lnea Germinal 45. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA Terapia Gnica Somtica Cura la enfermedad tratando las clulasdel enfermo. Se puede realizar de 2formas: In vivo: Se le introduce al paciente el genteraputico mediante un vector (virus)el cual debe llegar hasta las clulasdiana 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 clulas modificadas. 46. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA 47. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA 48. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA TERAPIA GNICA EN LNEA GERMINALConsiste enintroducir el gen teraputico en un vulo fecundado de modo que el embrin ya portar el gen modificado.Implica problemas ticos 49. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICAENFERMEDADES CANDIDATAS A SER CURADAS PORTERAPIA GNICAFIBROSIS QUSTICADISTROFIA MUSCULARCNCERINMUNODEFICIENCIASENFERMEDADES DE LA SANGRE (TALASEMIA) 50. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICACLONACINClonacin de organismos:Produccin de ejemplares genticamente idnticos mediantereproduccin asexual(proceso natural en bacterias,hongos, protozoos,...., noen humanos)1996 se consigui el primer clon de un mamfero (Dolly) 51. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA CLONACINCmo se hace clon a la oveja Dolly?Mediantelatcnicadela transferencia nuclear o trasplante nuclear.1. Clula de la oveja a clonar. Se leextrae el ncleo celular.2vulo de la otra hembra (portadora). Se le quita el ncleo al vulo.3. Se introduce el ncleo de la ovejaa clonar en el vulo de laportadora. Sin necesidad de unespermatozoide, el vulo ya tieneel material gentico completo:aparece el cigoto4. Se implanta el cigoto en la hembraportadora. La cra es idntica a la 52. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA CLONACINLa clonacin con fines reproductivos est prohibidaLa propuesta de clonacin para humanos es la de conseguir clulas en estado embrionario a partir del ADN del individuo adulto. Estas clulas embrionarias son, en realidad, clulas madre que darn todo tipo de tejidos con el fin de curar enfermedades, (ej. para la diabetes, corazn infartado, alzheimer,...) sin rechazo inmunolgico: CLONACIN TERAPUTICA 53. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA CLONACIN 54. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICACLONACIN y CLULAS MADRE CLULAS MADREClulas indiferenciadas que pueden diferenciarse o dar lugar a mltiples tipos de tejidos (nervioso, muscular, clulas de la sangre,etc..). Aparecen en el cigoto (totipotentes), en el embrin (pluripotentes) y en los adultos (multipotentes, ej. mdula sea).APLICACIN MDICA:- Terapia Celular- Trasplantes sin rechazo 55. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICACLONACIN y CLULAS MADRE OBTENCIN DE CLULAS MADRE 1. Clulas madre embrionarias de embriones congelados o a partir de la clonacin teraputica Ventajas: clulas totipotentes Inconvenientes: poca aceptacinpor problemas bioticos 56. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICACLONACIN y CLULAS MADRE OBTENCIN DE CLULAS MADRE2. Clulas madre a partir de la reprogramacin declulas adultas sacadas de rganos y tejidos del pacientes.Ventajas: carece de problemas bioticosInconvenientes: clula pluri- multipotente 57. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICACLONACIN y CLULAS MADRE 58. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICAPROYECTO GENOMA HUMANOInicio en 1990Objetivo: localizar, secuenciar y estudiar todos los genes humanosPrimeras conclusiones (2001):25000 genes (5% ADN)95% ADN es ADN basura y con funciones de regulacinParte de nuestro ADN es de virus y bacterias que infectaron a nuestros antepasadosSemejanza 98% chimpanc, 80% ratn 59. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICATCNICAS DE REPRODUCCIN ASISTIDAINSEMINACIN ARTIFICIALIntroduccin del esperma en la parte alta del tero en elmomento de la ovulacinFECUNDACIN IN VITROFecundacin del vulo en placa de petri(Microinyeccin espermtica) 60. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICATCNICAS DE REPRODUCCIN ASISTIDAINSEMINACIN ARTIFICIAL 61. 5. BIOTECNOLOGA E INGENIERA GENTICA TCNICAS DE REPRODUCCIN ASISTIDAFECUNDACIN IN VITRO 62. 6. BIOTICADISCIPLINA QUE ESTUDIA LOS PROBLEMAS TICOS QUE SURGEN DE LAAPLICACIN DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGA Y QUE PUEDEN INFLUIREN LA VIDA HUMANA Y EN LA DE OTROS SERES VIVOS. SE BASA EN 4PRINCIPIOS:Principio de no maleficencia (evaluar los riesgos, no hacer dao al paciente)Principio de beneficencia (hacer el bien)Principio de autonoma (respeto por los valores y opciones personales)Principio de justicia (evitar discriminacin, acceso de los avances para todo elmundo, etc...)