El ADN y la Ingeniería genética
Tema 16
Utilización de los seres vivos para obtener productos
útiles al ser humano
La ingeniería genética puede definirse como un ...
Ingeniería genética
Biotecnología
Utilización de los seres vivos para
obtener productos útiles al ser
humano
Utilización d...
Técnicas utilizadas en Ingeniería genética
Aplicaciones de la ingeniería genética
Tecnología del ADN recombinante
1. Fragmentar y aislar el ADN
2. Unión a vectores.
3. Introducción en las células.
4. Clon...
Enzimas de restricción
1. Endonucleasas que cortan el ADN por una secuencia (siempre la misma)
corta y conocida.
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Formación de ADN complementario por hibridación
• Tenemos dos tipos distintos de ADN
• Se separan las cadenas de ADN (desn...
Síntesis de ADNc usando ARNm como molde
Se utiliza el enzima transcriptasa inversa para sintetizar
un ADNc partiendo de un...
Clonación de ADN
En ingeniería genética se entiende por clonación la obtención de
múltiples copias de un gen específico o ...
Vectores de clonación
• Son moléculas transportadoras que transfieren y replican fragmentos de
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• Virus que infectan bacterias
• Incorporan material genético mediante el proceso de
transducción.
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• Una genoteca es una colección de clones cada uno de los cuales
contiene un vector al que se le ha insertado un fragmento...
Identificación de clones
Una genoteca
contiene muchos
clones
Hay que identificar
el que nos interesa
Sondas de ADN
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Una vez localizadas, las colonias que
contienen el gen de interés se
cultivan en grandes cantidades
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
Es una técnica que permite duplicar un número ilimitado de veces un
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Aplicaciones de la PCR
Amplificación de:
• ADN antiguos (mamuts, momias,
fósiles…
•ADN obtenidos de la escena de un
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* Método de Sanger – método de la interrupción controlada de la replicación
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* Elementos necesarios:
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Pasos de la secuenciación
1. Primero es necesario obtener una gran cantidad de fragmentos de ADN
(clonación)
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Ensayo de micromatrices de
ADN
Ensayo de micromatrices de
ADN
Sirve para saber si un tejido normal presenta genes
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Estudios sistemáticos de las proteínas
codificadas por el genoma de un organismo.
Conjunto de proteínas de una célula, tej...
Ingeniería genética y medicina
1. Secuencia de la proteína (insulina)
2. Síntesis de los ADN
3. Obtención de plásmidos
recombinantes con los genes para
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1. Los seres humanos difieren en un
0.1% del genoma.
2. Estas diferencias están localizadas
en regiones cromosómicas
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Ingeniería genética y agricultura
Obtención de plantas transgénicasObtención de plantas transgénicas
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herbici...
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Uso de bacterias
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RAZAS
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  1. 1. El ADN y la Ingeniería genética Tema 16
  2. 2. Utilización de los seres vivos para obtener productos útiles al ser humano La ingeniería genética puede definirse como un conjunto de técnicas, nacidas de la Biología Molecular, que permiten manipular el genoma de un ser vivo. • Producción de alimentos y bebidas (pan, vino, yogurt) • Obtención de medicamentos • Clonación, mapas genéticos, • Organismos transgénicos, terapia génica Biotecnología
  3. 3. Ingeniería genética Biotecnología Utilización de los seres vivos para obtener productos útiles al ser humano Utilización de los seres vivos para obtener productos útiles al ser humano Alimentos Medicamentos Bebidas Alimentos Medicamentos Bebidas Tecnología del ADN recombinante (década 70) Si hay modificación de genes Animales y plantas transgenicas Animales y plantas transgenicas No hay modificación de genes
  4. 4. Técnicas utilizadas en Ingeniería genética
  5. 5. Aplicaciones de la ingeniería genética
  6. 6. Tecnología del ADN recombinante 1. Fragmentar y aislar el ADN 2. Unión a vectores. 3. Introducción en las células. 4. Clonación 5. Búsqueda del clon idóneo. 6. Análisis del ADN clonado: transferencia Southern, 7. Secuenciación. 8. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
  7. 7. Enzimas de restricción 1. Endonucleasas que cortan el ADN por una secuencia (siempre la misma) corta y conocida. 2.Posteriormente, los fragmentos de distintos ADN cortados con la misma enzima se podrán unir mediante otro enzima, una ADN ligasa
  8. 8. Formación de ADN complementario por hibridación • Tenemos dos tipos distintos de ADN • Se separan las cadenas de ADN (desnaturalización). • Se devuelven las condiciones adecuadas y se produce la renaturalización. • Se pueden obtener moléculas híbridas de los dos tipos de ADN • El porcentaje de hibridación está relacionado con el parentesco evolutivo • Estas técnicas permiten localizar enfermedades genéticas
  9. 9. Síntesis de ADNc usando ARNm como molde Se utiliza el enzima transcriptasa inversa para sintetizar un ADNc partiendo de un ARNm maduro (sin intrones) para que pueda ser utilizado luego en bacterias (los procariotas no realizan un proceso postranscripcional de eliminación de intrones
  10. 10. Clonación de ADN En ingeniería genética se entiende por clonación la obtención de múltiples copias de un gen específico o de un fragmento de ADN en el interior de un organismo hospedador. Estos organismos deben cumplir las siguientes características: 1.Crecimiento rápido 2.No debe ser patógeno 3.Debe favorecer la entrada del transgén 4.Debe ser muy bien conocido 5.Debe ser fácilmente manipulable Escherichia coli
  11. 11. Vectores de clonación • Son moléculas transportadoras que transfieren y replican fragmentos de ADN que llevan insertados. • Debe ser capaz de replicarse junto con el fragmento de ADN que transporta. • Tiene que tener secuencias de reconocimiento que permitan la inserción del fragmento de ADN a clonar. Para insertar un fragmento de ADN al vector, se utiliza una enzima de restricción, y se mezcla con fragmentos de ADN producidos con la misma enzima. Los vectores más usados son plásmidos y virus
  12. 12. • Virus que infectan bacterias • Incorporan material genético mediante el proceso de transducción. • Al infectar otra célula (bacteria) introduce el material del antiguo huésped. Bacteriófagos
  13. 13. • Una genoteca es una colección de clones cada uno de los cuales contiene un vector al que se le ha insertado un fragmento de ADN derivado del ADN o el ARN totales de la célula o tejido. • La colección de clones debería contener, teóricamente, todas las secuencias existentes en la fuente original de ADN, es decir, debería contener muestras de todo el ADN del organismo. • Para encontrar el gen de interés hay que utilizar sondas de ácidos nucleicos. Almacenamiento de genes clonados
  14. 14. Identificación de clones Una genoteca contiene muchos clones Hay que identificar el que nos interesa Sondas de ADN Sondas de ADN •Oligonucleótidos de cadena sencilla •Se pueden sintetizar a partir de la secuencia de bases del gen o de la secuencia de aminoácidos de la proteína •Están marcadas (radiactividad o fluorescencia) para poder ser identificadas
  15. 15. Una vez localizadas, las colonias que contienen el gen de interés se cultivan en grandes cantidades
  16. 16. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) Es una técnica que permite duplicar un número ilimitado de veces un fragmento de ADN en un tubo de ensayo. Mediante esta técnica pueden generarse millones de moléculas idénticas, a partir de una molécula de ADN y además en muy poco tiempo. La reacción es un proceso cíclico: 1.La molécula de ADN que va a copiarse se calienta para que se desnaturalice y se separe las dos hebras. 2.Cada una de las hebras es copiada por la ADN-polimerasa. (Se utiliza la ADN-polimerasa de una bacteria que vive en aguas termales, Thermus aquaticus, así la enzima puede trabajar a altas temperaturas). 3.Las cadenas recién formadas son separadas de nuevo por el calor y comienza otro nuevo ciclo de copias.
  17. 17. Aplicaciones de la PCR Amplificación de: • ADN antiguos (mamuts, momias, fósiles… •ADN obtenidos de la escena de un crimen (medicina forense). •ADN de células embrionarias (diagnostico prenatal de trastornos genéticos) •ADN de genes virales (en células infectadas por virus difíciles de detectar, como el VIH) Animación de la PCR: http://www.maxanim.com/genetics/PCR/pcr.swf
  18. 18. * Método de Sanger – método de la interrupción controlada de la replicación de ADN * Elementos necesarios: - DNA polimerasa - primer o cebador - Mezcla de dATP, dCTP, dGTP y dTTP - Una pequeña cantidad de cada uno ddATP* o ddCCTP* o ddGTP* o ddTTP*marcados (*florescencia específica para cada uno de ellos) Secuenciación del ADN
  19. 19. Pasos de la secuenciación 1. Primero es necesario obtener una gran cantidad de fragmentos de ADN (clonación) 2. Desnaturalización del ADN (obtención de cadenas simples) 3. Mezcla de todos los componentes de la reacción 4. Comienza la síntesis de ADN, que termina cuando la ADN polimerasa incorpora un ddNTP marcado 5. Se obtienen fragmentos de distinta longitud, todos ellos acabados en un ddNTP* 6. Se separan las moléculas marcadas mediante un gel de poliacrilamida. 7. Un detector identifica cada uno de los ddNTP* finales gracias al color. 8. El espectrograma resultante nos indica la secuencia de bases.
  20. 20. Identificación de genes codificadores de proteínasIdentificación de genes codificadores de proteínas Genes que interactúan entre síGenes que interactúan entre sí Comparación de genomas de distintas especiesComparación de genomas de distintas especies El estudio de la genómica es el conocimiento del genoma completo y de las interacciones entre los genes que lo forman. objetivo Genómica
  21. 21. Ensayo de micromatrices de ADN Ensayo de micromatrices de ADN Sirve para saber si un tejido normal presenta genes alterados que podrían provocar una enfermedad
  22. 22. Estudios sistemáticos de las proteínas codificadas por el genoma de un organismo. Conjunto de proteínas de una célula, tejido o genoma completo PROTEÓMICA Proteoma Proteómica El conjunto de proteínas supera con mucho al de los genes. Su importancia radica en que son ellas las que desempeñan las actividades celulares
  23. 23. Ingeniería genética y medicina
  24. 24. 1. Secuencia de la proteína (insulina) 2. Síntesis de los ADN 3. Obtención de plásmidos recombinantes con los genes para formar las dos cadenas de la insulina. 4. Expresión en E. coli 5. Purificación y procesado químico 6. Obtención de insulina activa
  25. 25. 1. Los seres humanos difieren en un 0.1% del genoma. 2. Estas diferencias están localizadas en regiones cromosómicas concretas. 3. Estas zonas se usan como marcadores genéticos 4. Con la identificación de los marcadores se hace la huella genética (método de Southern blot) 5. La comparación de huellas genéticas permite resolver casos policiales.
  26. 26. Ingeniería genética y medicina
  27. 27. Ingeniería genética y agricultura Obtención de plantas transgénicasObtención de plantas transgénicas Resistencia a herbicidas Resistencia a herbicidas Mejora del producto Mejora del producto Plantas farmacéuticas Plantas farmacéuticas Se introduce un gen de E. coli que permite usar mayores concentraciones de herbicidas sin dañar a la planta de interés, y eliminando malas hierbas. Se introduce un gen de E. coli que permite usar mayores concentraciones de herbicidas sin dañar a la planta de interés, y eliminando malas hierbas. Las plantas producen sustancias medicinales, vacunas o anticuerpos (planticuerpos). Las plantas producen sustancias medicinales, vacunas o anticuerpos (planticuerpos). Se mejora el valor nutricional del producto, por ejemplo añadiendo beta- caroteno al arroz Se mejora el valor nutricional del producto, por ejemplo añadiendo beta- caroteno al arroz
  28. 28. Ingeniería genética y medio ambiente Uso de bacterias modificadas para degradar materia orgánica (petróleo) Uso de bacterias modificadas para degradar materia orgánica (petróleo) Obtención de metales a partir de minerales de baja ley Obtención de metales a partir de minerales de baja ley Fijación de metales pesados a la superficie de la célula para limpieza de suelos Fijación de metales pesados a la superficie de la célula para limpieza de suelos
  29. 29. Ingeniería genética y ganadería MEJORA DE RAZAS MEJORA DE RAZAS PRODUCCIÓN DE MEDICAMENTOS PRODUCCIÓN DE MEDICAMENTOS ESTUDIO DE ENFERMEDADES HUMANAS ESTUDIO DE ENFERMEDADES HUMANAS Obtener razas mas resistentes, mas productivas, con mayor desarrollo, resistentes a condiciones más difíciles Obtener razas mas resistentes, mas productivas, con mayor desarrollo, resistentes a condiciones más difíciles Se estudia la expresión de genes humanos en organismos transgénicos Se estudia la expresión de genes humanos en organismos transgénicos Se usan animales transgénicos. Se pueden obtener sustancias de interés como proteínas humanas para combatir enfermedades: Enfisema hereditario Factores de coagulación Se usan animales transgénicos. Se pueden obtener sustancias de interés como proteínas humanas para combatir enfermedades: Enfisema hereditario Factores de coagulación

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