La revolución genética: desvelando los secretos de la vida

La revolución genética:
desvelando los secretos de la vida

Ciencias para el mundo contemporáneo
1º Bachillerato
©José María Olmos Nicolás

Introducción

 El mundo actual contiene dos tipos de objetos
(formados ambos por átomos y moléculas):
 Los seres vivos, capaces de hacer copias de sí
mismos.
 La materia inerte, incapaces de ello.

Introducción

 Los hijos heredan los caracteres de los padres.

 Si los seres vivos hacen copias de sí mismos
es porque, de alguna manera, almacenan y
transmiten la información acerca de lo que son
y de cómo se construyen.

Introducción
Los seres vivos evolucionan

 Las copias que hacen de sí mismos los seres
vivos son casi idénticas.
 Este casi es la clave de su diversidad, que es la
que les permite su adaptación a los diferentes
ambientes.
 Este casi es la base de la evolución de las
especies.

Introducción

 Como ya hemos visto, Darwin, en su teoría de
la evolución, propuso que es la continua
competencia entre las especies por los
recursos del medio la que selecciona sus
características.

Introducción

Adaptación al
medio de la
mariposa del abedul

Introducción

 La selección natural permite la supervivencia
de los más aptos y determina progresivamente
su apariencia.
 De la misma forma, un ganadero o un agricultor
selecciona el mejor ganado o las mejores
semillas mediante otro proceso denominado
selección artificial.

Mendel: la diferencia está en los genes

 El mecanismo propuesto por Darwin para
explicar la selección natural no era nada
convincente.

 Hablaba de “herencia cruzada”: suponía que,
en los seres vivos con reproducción sexual, los
caracteres se mezclaban en los hijos.


 Pero este mecanismo homogeneizaría las
poblaciones, acabando a la larga con su
diversidad, y sin esta no podría existir la
selección natural de Darwin.
 Luego, la idea de la suposición de la herencia
mezclada era errónea.


 Fue Gregor J. Mendel el que demostró que las
unidades de la herencia determinantes de los
caracteres no se mezclan, no pierden su
individualidad.


 Llamamos genes a las unidades de la herencia
de Mendel.


 Mendel trabajó con semillas de plantas de
guisante de olor (Pisum sativum), fijándose en
siete caracteres que presentan dos variaciones
opuestas y claramente diferenciadas: guisante
verde o amarillo; guisante liso o rugoso; planta
alta o planta pequeña; etc.


 Mendel acertó con esta elección, ya que el
organismo empleado tiene unas características
muy apropiadas:
 es fácil de cultivar,
 tiene caracteres fácilmente distinguibles, y
 produce muchos descendientes.

Las plantas del guisante se cruzan con ellas mismas con mucha frecuencia, por autopolinización o
autofecundación. En esta planta también es fácil de realizar fecundación cruzada.


 Mendel tenía una sólida formación matemática,
lo que le permitió diseñar experimentos para
comprobar cómo se transmitían los caracteres
en los guisantes de una a otra generación y
analizarlos desde un punto de vista del cálculo
de probabilidades y estadístico.
 A partir de los resultados de los experimentos,
obtuvo unas generalizaciones que se conocen
como las leyes de Mendel.


 Mendel cruzó variedades puras para un solo
carácter, plantas altas o enanas, con semillas
verdes o amarillas, y contó su proporción
estadística.


 Para cada una de las variedades que estudió
observó que los hijos de la primera generación
eran todos iguales.
 Todos se parecían a un carácter del padre o de
la madre.


 Después cruzó los hijos entre sí y observó que
los nietos ya no eran todos iguales, sino que
unos se parecían a uno de los guisantes
iniciales y otros al otro.


 También observó que si los padres diferían en
más de un carácter, cada uno de ellos se
transmitía con independencia de los demás.


 La conclusión es la siguiente: cada carácter se
transmite de forma independiente y puede dar
lugar a individuos diferentes a los padres.
 Así demostraba que la idea de los caracteres
mezclados era falsa y apoyaba la idea de que
los factores hereditarios mantenían la
individualidad a lo largo de las generaciones.


 Para cada carácter hay dos versiones de gen,
uno procedente del padre y otro de la madre.
 Si se manifiesta uno solo (guisante amarillo)
decimos que la versión del gen que controla
este color es dominante sobre el otro (guisante
verde).
 Lo que determinaba los caracteres de las
plantas fue denominado “factor hereditario”
por Mendel.


 En 1.909 ese “factor hereditario” fue
rebautizado como “gen” por Wilhelm
Johanssen (1.857-1.927).
 El gen es la unidad de información hereditaria,
es decir, lo que controla un determinado
carácter.

¿Dónde están los genes?

 En 1.882, el fisiólogo alemán Walther Flemming
(1.843-1.905) descubrió en los núcleos de las
células una sustancia de color que llamó
cromatina.

 La célula es la unidad elemental morfológica y funcional de los seres
vivos, es la unidad básica de la vida.

Membrana celular: controla el
intercambio de sustancias con Citoplasma: en él se encuentran
el exterior. diversos orgánulos (ribosomas,
mitocondrias, lisosomas, etc.)

Núcleo: en él se almacena la
información genética, que
garantiza la reproducción de la
célula y los procesos de
creación de proteínas.


 Por lo tanto, los genes normalmente están
situados en el ovillo de la cromatina (en el
interior del núcleo celular) de todas las células
del organismo.
 Si el organismo fuera procariota (bacterias) el
material genético no estaría separado del
citoplasma por ninguna membrana celular.


 Durante la mitosis, la cromatina se condensa
en filamentos a los que luego se dio el nombre
de cromosomas.


 Las personas tenemos 23 pares de cromosomas, de los que uno es un
par sexual:
 XX en la mujer
 XY en el hombre


 Aunque acabamos de observar que los
cromosomas se presentan individualizados,
esta individualización solo se manifiesta como
tal en la división celular.


 Con solo con 23 pares de cromosomas se
pueden obtener todos los miles de
características de los seres humanos porque
en cada cromosoma se localizan muchísimos
genes.

 Podemos decir que un gen es un trozo de
cromosoma que modifica un carácter.

Fecundación y dotación genética

 En 1.902, Walter Sutton (1.877-1.916) observó
que en las células sexuales del saltamontes los
cromosomas aparecían en un solo juego,
mientras que lo hacían por parejas en el resto
de células.


 Todas las células tienen 23 pares de
cromosomas, menos las sexuales (óvulo y
espermatozoide), que tienen 23 cromosomas.


 Tras la fecundación, tendríamos la dotación
genética de un nuevo individuo: 23 pares de
cromosomas.

¿De qué están hechos y cómo
se copian los genes?

 Para conocer cómo actúan los genes debemos
conocer la composición de los cromosomas.

 Los cromosomas están formados por dos tipos
de macromoléculas: proteínas y ADN.


 La molécula de ADN está constituida por dos
cadenas de un elevado número de compuestos
químicos llamados nucleótidos.


 Cada nucleótido es un ensamblado de tres componentes:
 Bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina y citosina)
 Un azúcar (desoxirribosa).
 Ácido fosfórico


 Pero, ¿cuál de los dos tipos de macromoléculas
que forman los cromosomas, proteínas y ADN,
transmiten la información genética?


 En 1.928, el médico inglés Frederick Griffith
realizó experimentos de infección de ratones
con unas bacterias causantes de la neumonía
en los humanos (neumococos).


 La inoculación de estas bacterias causaría su
muerte en 24 horas debido a la cápsula que
poseen por fuera de su pared celular. Presentan
dos cepas distintas:
 Cepa S. Presentan una cápsula externa a la pared celular.
 Cepa P. No presentan dicha cápsula.


 La cepa S (con cápula) es la que mata a los ratones a las 24 horas.
La cepa R (sin cápsula) es inocua.


 A continuación, calentó las bacterias de la cepa S, las inyectó en el
ratón y comprobó que permanecía vivo.
 Dedujo que al calentar las bacterias de la cepa S con cápsula, éstas
de destruían.


 Al inyectar en el ratón una mezcla de bacterias S que previamente
se han destruido por calentamiento (inocuas) y bacterias R
(también inocuas), muere.
 Cuando se extrae sangre del ratón se comprueba que se han
transformado en bacterias S, con cápsula (mortales).


 Aunque Griffith desconocía qué había hecho
que las bacterias inocuas se transformaran en
dañinas lo denominó “principio transformante”.

 Años más tarde, Oswald Avery y sus colegas
Colin MacLeod y Maclyn McCarty, llegaron a la
conclusión de que ese principio transformante
era el ADN.


 Y ese principio transformante era el ADN porque
no se destruye con el calor, como las proteínas,
y además es el que lleva la información
necesaria para que la cepa R pueda sintetizar la
cápsula idéntica a la que poseían las bacterias
S.


 La experiencia de Griffith demostró que el ADN
era la molécula que almacena la información.
 Por lo tanto, en los genes hay ADN.


 Admitiendo que los genes están hechos de ADN
y que en ellos se encuentran las claves de la
herencia, ¿cómo logran hacer copias de sí
mismos y poder pasar así a la siguiente
generación?


 La respuesta a esta pregunta la dieron en 1.953
James Watson (n. 1.928) y Francis Crick (1.906-
2.004), empleando los datos obtenidos por otros
científicos. Dos fueron las líneas de evidencia
principales que emplearon:


 La primera fueron las imágenes de difracción de
rayos X de fibras de ADN obtenidas por Rosalind
Franklin (1.920-1.958) y Maurice Wilkins (1.916-
2.004), que sugerían que la molécula de ADN
estaba formada por una hélice.


 La segunda fueron las leyes de Edwin Chargaff
(1.905-2.002), según las cuales la concentración
de las bases nitrogenadas del ADN siempre
seguía ciertas normas:
 El número de moléculas de adenina era igual al
número de moléculas de timina.
 El número de moléculas de guanina era el mismo que
el de moléculas de citosina.


 Este hecho sugería que debía existir un
apareamiento, una interacción específica
(complementariedad) entre estos dos pares de
nucleótidos.

 Watson y Crick propusieron un
modelo de doble hélice autoen-
samblable que daba cuenta de
estas evidencias experimentales.

 El apareamiento selecti-
vo de las bases A-T y C-
G sugería un código que
podía funcionar como
posible mecanismo para
la replicación del mate-
rial genético.

 El descubrimiento de la doble hélice
se considera el avance más
importante del siglo XX.

 La combinación de:

Las leyes de la
genética de Mendel

La teoría de la evolución por
selección natural de Darwin

Las bases moleculares
de la genética

han revelado el SECRETO DE LA VIDA


 Los genes se copian duplicando la molécula de
ADN.

 Figuradamente, el ADN es como una cremallera
que al abrirse se divide en dos, de tal forma que
cada cadena sirve de molde para generar una
cadena hija idéntica a la inicial.


 La duplicación se logra gracias al apareamiento selectivo de las
bases A-T y C-G, que funcionan como un código para replicar el
material genético.

 Esta es la clave del proceso de la copia del gen y de esta manera se
transmite el mensaje de los genes de padres a hijos.

Para qué sirven los genes

 Las células de los seres vivos básicamente
están construidas por proteínas y muchas de
las funciones y reacciones que realizan
dependen de ellas.


 Las proteínas son cadenas que contienen una
secuencia de entre 300 y 400 moléculas más
sencillas llamadas aminoácidos, de los cuales
hay 20 distintos.


 Las instrucciones para elaborar las proteínas
están codificadas en el orden de los nucleó-
tidos o secuencia, de manera que cada grupo
de tres nucleótidos codifica un aminoácido.


 La hemoglobina es una
proteína encargada del
transporte de oxígeno
en los glóbulos rojos.


 Esta es la primera parte de la cadena de ADN que codifica el orden
de los aminoácidos para la hemoglobina.
 Y así hasta ordenar los 141 aminoácidos con los que se construye
esta proteína.


 El error provocado por la colocación de adenina en vez de timina
en el octavo par de nucleótidos produce la anemia falciforme, al
genenarse glóbulos rojos en forma de media luna, menos eficaces
en el transporte de oxígeno.


 La generación de copias inexactas (mutantes)
es la base de la evolución, al aportar
variabilidad al proceso.
 Los seres vivos actuales somos el resultado de
la acumulación selectiva de un sinfín de
mutaciones que fueron seleccionadas por
diversas causas.


 Las proteínas, como el ADN, son específicas de
cada persona.
 Esta es la causa de los problemas de rechazo
en los trasplantes de órganos (el sistema
inmunológico reconoce el ordenamiento de
aminoácidos diferente del órgano trasplantado)

Los genes:  Almacenan la información
hereditaria.

 Permiten que esta información esté disponible para
fabricar las proteínas, que a su vez llevan a cabo la
inmensa mayoría de las funciones de los seres vivos.


 La síntesis de las proteínas tiene lugar en los
ribosomas, que se encuentran en el citoplasma
celular, fuera del núcleo.


 Pero en las células con núcleo, el ADN
(localizado en su interior) no puede dirigir la
síntesis de proteínas de forma directa.

 Debería, por tanto, haber una molécula interme-
diaria que llevase la información genética
desde el ADN hasta los ribosomas.


 Un posible candidato para intermediario era el
ARN, que se encuentra en el citoplasma. El
ARN tenía varias características que lo hacían
un firme candidato:
 un esqueleto de azúcares y fosfatos (a pesar de que tiene un
azúcar distinto, ya que el ARN tiene ribosa en vez de
desoxirribosa),
 tanto el ADN como el ARN usan las mismas bases nitrogenadas,
pero el ARN tiene uracilo en vez de timina,
 el uracilo se puede unir a la adenina como lo hace la timina,
 el ARN es una cadena simple.


 En 1.958, Francis Crick sintetizó esta idea en lo
que él llamó el dogma central de la biología
molecular, que establece que la información
genética fluye en la dirección

ADN  ARN  proteínas


 La síntesis de las proteínas ocurre del
siguiente modo:

1. El ADN del núcleo transcribe el mensaje
codificado al ARN mensajero (ARNm).


siguiente modo:

2. El ARNm formado sobre el ADN sale del
núcleo a través de los poros de la membrana
celular y llega al citoplasma, donde se adhiere
a un ribosoma. Allí es leído y traducido el
código que trae desde el ADN del núcleo.


siguiente modo:

3. Otro tipo de ARN, el de transferencia (ARNt),
selecciona un aminoácido específico y lo
transporta al sitio donde se encuentra el
ARNm. Allí se van “enganchando” otros
aminoácidos de acuerdo con la información
codificada, y forman una cadena de
aminoácidos (polipétido).


 La síntesis de las proteínas, en las células
eucariotas (con núcleo) comienza en el núcleo
(allí el ADN tiene la información) pero se
efectúa en el citoplasma, en los ribosomas.


 Este dogma funciona en la inmensa mayoría de
los organismos. Sin embargo, el estudio de
ciertos tipos de virus permitió encontrar
algunas excepciones muy significativas.


 Ciertos tipos de virus son capaces de cerrar su
"ciclo vital" sin utilizar el ADN, sino mediante
un proceso de copia de su molécula de ARN a
otra complementaria a la primera, y así
sucesivamente. Este proceso se denomina
replicación, por analogía al que se produce en
el ADN*.
 * La constatación de este fenómeno dio soporte a la hipótesis conocida
como Mundo de ARN.


 Los retrovirus, grupo al que pertenece el virus
que produce el SIDA, poseen también ARN
como molécula informativa pero cuando
infectan una célula utilizan una proteína
específica para copiar su ARN en ADN. Este
proceso se denomina retrotranscripción.


 Con estas dos modificaciones, el esquema del
flujo de la información genética quedaría como
se muestra en la siguiente imagen:

El genoma humano

 Llegado a este punto, tenemos que averiguar
todos los códigos y las instrucciones que se
encuentran en el genoma.
 En 2.003 se publicó la secuencia del genoma
humano, el “texto” completo de todos nuestros
genes.

El genoma humano

 El genoma de un organismo es el conjunto de
toda la información genética del mismo.

El genoma humano

 El ser humano tiene 23.000 genes, bastantes
menos de los esperados.
 Los genes representan sólo un 5% del genoma.
El 95% restante es ADN ”basura”, no
codificante o parasitario.

El genoma humano

 La secuenciación de genes eucarióticos
demostró que muchos de ellos están
interrumpidos por secuencias extras de ADN
que no se emplean para generar proteínas y a
los que se denominó intrones.

EXÓN: Porción de ADN
dentro de un gen que
codifica proteínas

INTRÓN: Porción de ADN
dentro de un gen que no se
emplea en la síntesis proteica

El genoma humano

 En el ADN podemos distinguir:

 Conjuntos de nucleótidos que forman parte
de los genes: exones e intrones (la mayor
parte de los genes están formados por intrones, no
codificantes).

 ADN basura que no pertenece a ningún gen
(la mayor parte del gen es en realidad ADN basura).

Los intrones no codificantes se eliminan del ARMm antes de comenzar la síntesis proteica
(proceso conocido con el nombre de splicing (del inglés corte y empalme).

El genoma humano

 Se desconoce exactamente la función del ADN
basura.
 Algunas investigaciones recientes* afirman que
es uno de los importantes ingredientes que
distinguen a los humanos de otras especies.

* Genome Research (4 de noviembre de 2.008)

El genoma humano

 El tamaño de un genoma (medido en número
de genes o de nucleótidos) no guarda relación
con la complejidad del organismo que genera.

El genoma humano

Ser vivo Tamaño aproximado del genoma
(millones de pares de bases)

Mosca de la fruta 180
Pez globo 400
Serpiente 2.100
Hombre 3.100
Cebolla 18.000
Tritón 84.000
Helecho 160.000
Ameba 670.000

Los organismos con más genes no son necesariamente más complejos
que los organismos con menos.

El genoma humano

 La genómica es la parte de la biología que se
encarga del estudio de los genomas.

 Se utiliza en el estudio de patologías complejas
(cáncer, alcoholismo) que, a diferencia de los
caracteres mendelianos, están determinados
por la acción conjunta de equipos de genes
(poligenes).

El genoma humano

 El número de proteínas codificadas por el
genoma (unas 100.000) es muy superior al de
genes (23.000) debido a que algunos de ellos
codifican más de una proteína.

 La proteómica se encarga de estudiar todas las
proteínas codificadas por el genoma.

El genoma humano
Genética del desarrollo

 La genética del desarrollo ha hecho posible
descifrar las reglas que rigen el desarrollo de
los organismos (la transformación del óvulo
fecundado en un organismo adulto.

El genoma humano

 Antonio García-Bellido (1.936-) y Ginés Morata
(1.945-) demostraron que los animales se
construyen de forma modular al descubrir
territorios (comportamientos) en los que se
expresan determinados genes (genes
selectores) de forma exclusiva durante el
desarrollo.

El genoma humano

 Un homeobox es una secuencia de ADN incluida en genes que
regulan el desarrollo de un ser vivo.

El genoma humano

 El desarrollo de un organismo supone que una
célula inicial se multiplique (proliferación) y
luego que las células hijas se especialicen para
llegar a formar los diferentes tejidos
(diferenciación).

El genoma humano

 La proliferación precisa de la división de las
células y, por tanto, la replicación de su
genoma.

 La diferenciación requiere la regulación de la
expresión del genoma para que se expresen
unos genes (los propios de cada tejido) y no
otros.

El genoma humano

 Los genes homeobox codifican proteínas que
muestran a las células de distintos segmentos
de un embrión en desarrollo qué clase de
estructuras tienen que desarrollar.

El genoma humano
La epigenética

 Existen características heredables que no son
debidas a la secuencia de nucleótidos del ADN.

 Hay información que se transmite por otro
código distinto del genético: el “código
epigenético”.

El genoma humano
La epigenética

 El código epigenético puede definir "como la
información reguladora que no está contenida
en el ADN”.
 Esta capa extra de instrucciones afecta a la
actividad del ADN sin alterar la información
genética. Y puede dar resultados diferentes
aunque los genes sean los mismos.

El genoma humano
La epigenética

 El mejor ejemplo son los gemelos idénticos,
que comparten exactamente los mismos genes
y que, sin embargo, no siempre desarrollan las
mismas enfermedades aunque estas tengan un
factor genético.

El genoma humano

 Un mismo gen puede ser activado o silenciado
si el código epigenético es distinto.
 La información epigenética se ha comparado a veces a
la clave musical con la que se interpreta una partitura:
para un mismo conjunto de notas, el resultado cambia
en función de la clave.

 El conjunto de estas instrucciones
epigenéticas constituye el epigenoma.

El genoma humano

 Alteraciones en el epigenoma pueden
desencadenar enfermedades, como algunas
formas de cáncer o síndromes como los de
Angelman o el de Rett.

El genoma humano

 En la actualidad, está surgiendo una nueva
familia de fármacos “epigenéticos”, diseñados
para revertir los cambios del epigenoma que
ocurren durante el desarrollo de diferentes
formas de cáncer.

El genoma humano

 Algunos de ellos, como los compuestos
demetilantes del ADN (Vidaza y Decitabine) o
los inhibidores de las deacetilasas de histonas
(HDAC) (Vorinostat y MGCD0103), ya están
siendo usados en el tratamiento de leucemias,
síndromes mielodisplásicos, linfomas de
Hodgkin y linfomas cutáneos.

El genoma humano

El genoma humano

 Metilación alterada de genes supresores de tumores en cuatro tipos de
cáncer: mama, colon, cerebro y leucemia.

Manipulando los genes uno a uno
Biotecnología

 La ingeniería genética (o clonación molecular)
permite diseñar moléculas de ADN que no
existen en la naturaleza.
 Para manipular el ADN disponemos de una
serie de herramientas:

Biotecnología

 Enzimas de restricción: Actúan como “tijeras”
moleculares, cortando el ADN en secuencias
específicas.

Biotecnología

 ADN ligasa: Une fragmentos de ADN que han
sido cortados por otros enzimas.

Biotecnología

 Plásmidos: Pequeñas moléculas circulares de
ADN capaces de autorreplicarse que “viven” en
el interior de las bacterias. Se usan como
vehículos (o vectores) en ingeniería genética.

Biotecnología

 Estas herramientas para “cortar”, “pegar” y
“copiar” permitieron a Herbert Boyer y Stanley
Cohen realizar el primer experimento de
ingeniería genética al introducir información
genética humana en el interior de una bacteria
para que fabricara proteínas humanas (1.972).

Biotecnología

Aquí tenemos un gen que interesa insertar en un
plásmido

Una enzima de restricción ha cortado el
gen y el plásmido, quedando unos bordes
cohesivos o pegajosos

La unión del ADN que contiene el gen que se desea clonar con el vector
de clonación, se realiza por medio de otras enzimas, denominadas ADN
ligasas, que unen ambos trozos de ADN. El resultado es una molécula
de ADN recombinante, ya que contiene fragmentos de ADN de distinta
procedencia

Biotecnología
El ADN recombinante se introduce en una bacteria que es usada como “factoría”, como fábrica de una proteína
humana y no de una proteína bacteriana. El ADN recombinante se copia porque las bacterias se dividen.

Procedimiento de inserción de un gen en un plásmido y amplificación del ADN clonado. Tanto el plásmido como la secuencia blanco del
ADN a clonar se cortan con la misma enzima, en este caso Eco R1 que produce extremos pegajosos. Al mezclar en un tubo de ensayo el
ADN plasmídico y la secuencia de ADN foráneo se hibridizan y tras la acción de una ligasa agregada al medio forman un plásmido híbrido
que contiene el gen de interés. Luego se procede a transferir el ADN recombinante a una bacteria (proceso fácil de realizar). Se procede
luego a transferir las bacterias a un medio de cultivo donde se multiplican. A partir de este crecimiento se siembran en un medio sólido
conteniendo el antibiótico al que es resistente la bacteria que porta el plásmido, es decir, sólo van a crecer las bacterias que contienen el
ADN recombinante. Luego a partir de las colonias se hace un cultivo en medio líquido para amplificar y de ese cultivo se purifica el ADN con
el inserto.

Biotecnología: fabricación de proteínas

 En términos generales, biotecnología es el uso
de organismos vivos o de compuestos
obtenidos de organismos vivos para obtener
productos de valor para el hombre.
 Una definición más exacta y específica de la
biotecnología "moderna" es "la aplicación
comercial de organismos vivos o sus
productos, la cual involucra la manipulación
deliberada de sus moléculas de ADN".


 El primer producto que se produjo y se
comercializó fue la insulina humana.

Humulina®


 Su producción en el interior de bacterias permitió prescindir de las insulinas de cerdo o de vaca
que se inyectaban en las personas diabéticas y que podían producir problemas relacionados
con reacciones inmunológicas adversas al no ser idénticas a la humana.


 Además de la insulina, la industria farmacéutica
ha comercializado estas proteínas recombinantes:

ADN Vacunas basadas
Interferón humano Hormona de en proteínas
polimerasa I recombinantes
crecimiento
Esclerosis Enanismo Fibrosis
múltiple Hepatitis B
hipofisiario quística


 La industria alimentaria ha comercializado estas
proteínas recombinantes:

Quimosina Somatropina
bovina
Elaboración de Estimulación de la
quesos duros producción de leche


 La industria de detergentes ha comercializado
estas proteínas recombinantes:

Lipolasa® Subtilisina
Eficiente con la Resistente a la lejía y a
suciedad las altas temperaturas

La reacción en cadena de la polimerasa, PCR

 La técnica de la reacción en cadena de la
polimerasa, PCR, fue inventada por Kary B.
Mullis1 en 1.986.

1 Premio Nobel de Química en 1.993


 Esta técnica permite amplificar rápidamente
muestras de ADN, obteniendo una cantidad
apreciable del mismo a partir de una muestra
muy pequeña (una secuencia, por ejemplo).

 Hay tres pasos importantes en la PCR que se
repiten en un total de 30 a 40 ciclos).

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.
Estos ciclos se repiten hasta que se obtiene el número de copias deseado.


1. Desnaturalización de las cadenas a 94º C. Durante el proceso de
desnaturalización la cadena doble se abre y se forman dos hebras de
cadena simple, además todas las reacciones enzimáticas que tienen lugar
en ese momento paran, como por ejemplo la elongación de un ciclo
previo.


2. Anillado a 54º C. Los primers se encuentran flotando en la solución, de un
lado a otro, o hacia arriba o hacia abajo debido al movimiento browniano.
Las uniones iónicas entre el cebador y la cadena simple molde se forman
y rompen en forma constante hasta que al encontrarse las zonas
complementarias esta unión se hace más estable y se mantiene lo
suficiente para que una polimerasa se enganche al cebador y comience a
copiar la cadena molde.


3. Extensión a 72º C. Esta polimerasa especial aislada de bacterias que
viven en aguas termales calientes, tiene como temperatura de trabajo la
de 72º C. Los cebadores que están unidos débilmente a esta temperatura
se separan, en cambio, los complementarios al gen tienen uniones
suficientemente fuertes de modo que la polimerasa sigue copiando la
cadena. Los nucleótidos se agregan desde 5’ a 3’.


Debido a que ambas cadenas se copian durante la reacción de PCR se
produce un aumento exponencial del número de copias del gen. Así, si
suponemos que hay una sola copia del gen antes de que se inicien los
ciclos, después de un ciclo habrá dos copias, después de dos habrá cuatro,
luego ocho y así sucesivamente.

A lo largo de los ciclos los primers que se usan son siempre los mismos.


 Algunas de las aplicaciones de la PCR son:
 Secuenciación. Una de las razones más
comunes para el uso de la PCR es la formación
de suficiente cantidad de ADN molde para su
secuenciación. Es mucho más sencillo y rápido
que la clonación en células.


 Estudios evolutivos. Mediante la PCR se
pueden amplificar genes de organismos ya
extinguidos (mamut), o restos antiguos
humanos. Se pueden comparar estos genes
con los genes semejantes de organismos
actuales y poder reconstruir árboles
filogenéticos.


 El PCR también se ha utilizado para conseguir
el mapa del genoma humano.


 Huellas dactilares del ADN. La determinación
de las huellas dactilares genéticas constituye
una de las aplicaciones más interesantes de la
PCR.
Mediante esta técnica es posible comparar
muestras diferentes de ADN para comprobar si
pertenecen al mismo individuo o no, o si existe
parentesco entre ellas.


 Huellas dactilares del ADN.
Esta técnica se aplica actualmente en Medicina
forense e investigaciones policiales, con el fin
de identificar individuos a partir de muestras
biológicas (sangre, semen, piel o cabellos).
También se utiliza en pruebas de paternidad.

Los transgénicos

 La biotecnología permite generar variantes de
una especie de interés seleccionadas mediante
mejora genética introduciendo un gen que no
es propio de ella.
 Se denominan organismos transgénicos los
organismos modificados genéticamente que
portan un gen extraño (transgén).

Los transgénicos

 Mediante esta técnica se han obtenido:
 Bacterias superdegradadoras de manchas de petróleo.
 Bacterias productoras de plásticos biodegradables.
 Plantas con resistencia a insectos productores de
plagas.

Los transgénicos

 Los organismos transgénicos deben ser
empleados con cuidado, ya que pueden
ocasionar graves problemas ambientales:
 Si la planta se modifica para que resista aguas salinas,
el riego con agua salada saliniza suelos y acuíferos.
 Si la planta se modifica para envenenar a las orugas y
evitar que se la coman, no controlaremos los efectos
que estos venenos pueden tener para el ser humano.

Los transgénicos

 El hecho de no conocer sus efectos sobre la
salud hace que los alimentos transgénicos no
gocen de buena fama.
 Pero por el momento no hay indicios de que
alimentos como el maíz transgénico sea menos
nutritivo o perjudicial para la salud.

Células madre y clonación

 Las células madre son células no diferenciadas
susceptibles de convertirse en células de otros
tipos de tejido (cardiacas, de la piel, etc.).


 La importancia de la investigación de las células
madre radica en la posibilidad de obtener tejidos
y, más adelante, órganos con la misma
información genética del individuo, evitando así
problemas de rechazo.


 Existen distintos tipos de células madre:
 Embrionarias, procedentes de embriones excedentes
de fecundación in vitro (problemas éticos).
 Procedentes de cordón umbilical o de adultos (sin
problemas éticos).
 Inducidas, obtenidas a partir de células adultas de la
piel. Fueron descubiertas por James Thomson en
2.007 con el objetivo de ser convertidas en células
diferenciadas que no dieran lugar al crecimiento de
tumores.


El potencial de las células madre en medicina es enorme, ya que permiten obtener nuevos tejidos
que pueden curar muchas enfermedades: diabetes, enfermedades de la espina dorsal, Parkinson,
cardiopatías, osteoporosis, artritis, trasplantes de médula ósea, …


En 2.007 se anunció la obtención de células madre a partir de
células adultas de la piel porque estas tienen una reproducción
más fácil y rápida.

Además, al ser células de mayor tamaño se facilita su
manipulación.

Este procedimiento evita la utilización de embriones, por lo que
no presenta problemas éticos.


 La clonación es un procedimiento mediante el
cual se obtiene un nuevo individuo a partir de
una célula extraída de otro ya existente, con lo
que ambos tendrán idéntica carga genética.


 Las células adultas pueden convertirse de nuevo
en células madre progenitoras de un nuevo
organismo.
 De esta forma, teóricamente, se pueden hacer
copias de cualquier ser vivos a los que se les da
el nombre de clones.


 El genoma de un clon es idéntico al de su
progenitor, como ocurre con los gemelos
idénticos.
 El genoma de los individuos procedentes de
reproducción sexual es mezcla de los genomas
de los progenitores.
 Fue la evolución la que inventó la reproducción
sexual para generar diversidad genética.


Clonación de la oveja Dolly

Madre de Dolly: oveja I

Célula normal
de la oveja Se implanta en una
nueva oveja (III)
Óvulo con núcleo de
la madre (oveja I)

Donante: oveja II

Se elimina el núcleo
Óvulo de
de la oveja II
donante Clon (Dolly)
Nace de la oveja III pero es
idéntica a la oveja I, que es la
que ha donado el núcleo del
La oveja Dolly, primer mamífero clónico, falleció en 1.983. Victima óvulo
de una enfermedad degenerativa, tuvo que ser sacrificada cuando
tenía 6 años (una oveja suele vivir entre 10 y 11 años). Comenzó a
mostrar una enfermedad en la que sus células envejecían más
rápido de lo normal, aunque empezó a desarrollar artritis a una
edad muy temprana.

Terapia génica

 En sentido estricto, por terapia génica humana
se entiende la "administración deliberada de
material genético en un paciente humano con la
intención de corregir un defecto genético
específico“.

Terapia génica

 Con esta terapia se inserta un gen funcional en
las células de un paciente humano para corregir
un defecto genético o para dotar a las células de
una nueva función.

Terapia génica

 La terapia génica puede realizarse por tres
métodos distintos:
 Ex vivo, cuando la corrección del defecto genético se
realiza en el laboratorio en las células extraídas del
paciente, que son reintegradas posteriormente dentro
del organismo (por ejemplo, el síndrome de
inmunodeficiencia combinada severa producida por
deficiencia de la adenosin desaminasa, ADA, en los
llamados "niños burbuja").

Terapia génica

TÉCNICA EX VIVO: Se extraen células del paciente, se cultivan con el ADN recombinante deseado y
luego las células modificadas se vuelven a introducir en el paciente.

Terapia génica

métodos distintos:
 In situ, cuando la modificación genética de las células
del paciente se realiza introduciendo el ADN (los
genes terapéuticos) directamente en el propio órgano
defectuoso del individuo (por ejemplo, en el caso de
la fibrosis quística, la distrofia muscular de Duchenne
o la supresión de tumores por "suicidio" celular).

Terapia génica

métodos distintos:
 In vivo, cuando se hace llegar en vectores adecuados
los genes terapéuticos a las células defectuosas a
corregir a través del torrente circulatorio (por ejemplo,
por inyección intravenosa).

Terapia génica

métodos distintos:
 In vivo. Otra posibilidad sería la de utilizar las células
de la piel con un propósito bien distinto: la síntesis y
secreción de proteínas que normalmente son
producidas en un tipo de células pero que son
transportadas en el plasma sanguíneo para uso de
otras células. Así, en principio, implantes de células
de la piel podrían corregir enfermedades tales como
la hemofilia o las enfermedades de Alzheimer o de
Parkinson).

Terapia génica

TÉCNICA IN VIVO: Se introduce en el paciente el ADN recombinante de las dos formas: mediante un
liposoma o mediante un virus que llevan en los dos casos el gen correcto.

Terapia génica

ENFERMEDADES HEREDITARIAS QUE PUEDEN SER CONSIDERADAS COMO PRIMERAS CANDIDATAS A SER
TRATADAS POR MEDIO DE LA TERAPIA GÉNICA
Producto normal del gen
Enfermedad Incidencia Células a modificar por la terapia génica
defectuoso

Inmunodeficiencia
Enzima adenosin desaminasa
combinada severa (SCID) Rara Células de la médula ósea o linfocitos T
(ADA)
(“niños burbuja”)

Hemoglobinopatías 1 cada 600 personas en
 - globina de la hemoglobina Células de la médula ósea
(talasemias) ciertos grupos étnicos
Hemofilia A 1/10.000 varones Factor VIII de coagulación Células del hígado o fibroblastos
Hemofilia B 1/30.000 varones Factor IX de coagulación Células del hígado o fibroblastos
Receptor del hígado para
Hipercolesterolemia
1/500 personas lipoproteínas de baja densidad Células del hígado
familiar
(LDL)

-1-antitripsina (producto hepático
Enfisema hereditario 1/3.500 personas que protege los pulmones de la Células del pulmón o del hígado
degradación enzimática)

Producto del gen CFTR que
Fibrosis quística 1/2.500 personas mantiene libre de mucus los tubos Células del pulmón
aéreos de los pulmones
Distrofia muscular de Distrofina (componente
1/10.000 varones Células musculares
Duchenne estructural del músculo)

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