Enxeñería xenética e mutacións

94 visualizaciones

Publicado el

Enxeñería xenética e mutacións

Publicado en: Educación
0 comentarios
0 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

  • Sé el primero en recomendar esto

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
94
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
1
Acciones
Compartido
0
Descargas
5
Comentarios
0
Recomendaciones
0
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Enxeñería xenética e mutacións

  1. 1. MUTACIÓNS E ENXEÑERÍA XENÉTICA Profesor: Adán Gonçalves
  2. 2. 1. AS MUTACIÓNS As mutacións son os cambios aleatorios que se producen no ADN dun organismo. Constitúen unha fonte de variabilidade xenética esencial no proceso evolutivo. As mutacións poden producirse de xeito natural (mutacións espontáneas) ou poden ser inducidas por distintos axentes mutaxénicos que poden ser físicos (radiacións) ou químicos (drogas e fármacos). En todo caso en xeral podríamos decir que as tasas de mutación son baixas, aínda que depende de cada organismo e da rexión do xenoma que se trate. Por exemplo, en mamíferos establécese en 1 de cada 2,2 ∙ 109 bases nucleotídicas.
  3. 3. Tipos de Mutacións Segundo o efecto sobre o individuo - Prexudiciais: confiren unha desvantaxe para a supervivencia. - Beneficiosas: aumentan a probabilidade de supervivencia proporcionando variabilidade á poboación. - Neutras: non afectan a supervivencia. Segundo as células afectadas - Somáticas: afectan ás células somáticas e aínda que poden xerar alteracións graves como o cancro non son herdables. -Xerminais: afectan aos gametos ou ás células nai dos gametos. Non se manifestan no individuo, pero sí na descendencia, son herdables.
  4. 4. Tipos de Mutacións Segundo a extensión do material xenético afectado - Xénicas: afectan a secuencia de nucleótidos dun xene determinado. Poden ser: por substitución (de unha base por outra), por delección (perda dunha base), por inserción (adición dunha base). - Cromosómicas: afectan a amplas zonas dentro dun cromosoma. Poden ser: por deleción, por duplicación, por inversión ou traslocación. - Xenómicas: afectan ao número total de cromosomas. Hai dous tipos: aneuploidías (afectan ao nº, pero non atinxen ao xogo completo) e euploidías (afectan alomenos a un xogo completo).
  5. 5. ANEUPLODÍAS máis importantes  Nulisomías: ningún cromosoma do xogo.  Monosomías: só un cromosoma do xogo. Síndrome de Turner.  Trisomías: hai tres cromosomas en lugar dun par. Síndrome de Down. EUPLOIDÍAS Monoploidías: un xogo Poliploidías: máis de dous xogos. Adoita diferenciarse en aloploidías (proceden de especies diferentes) e autoploidías (da mesma especie).
  6. 6. MUTACIÓNS CROMOSÓMICAS
  7. 7. Tipos de axentes mutaxénicos Mutáxenos físicos: dous tipos. • Non ionizantes: por exemplo son as radiacións ultravioleta. • Ionizantes: rayos X e rayos γ, e corpusculares de partículas α e β. Ambas pueden provocar entre otros efectos tautomería (cada base ten dúas formas unha normal e outra anormal, se se produce este cambio o emparrellamento entre bases non se produce). Mutáxenos químicos: distintas substancias que provocan tres efectos basicamente: •Modificacións das bases nitroxenadas: por exemplo o HNO2 provoca a eliminación de grupos amino. •Substitución por un análogo de base: por exemplo o 5- bromuro uracilo substitúe a timina. •Intercalación de moléculas que modifican a pauta de lectura.
  8. 8. 2. MUTACIÓN E CANCRO ONCOXENES Actualmente está claro que o cancro é un defecto xenético. Os cancros teñen moitas causas, pero en última instancia todas elas exercen a súa acción sobre unha clase especial de xenes coñecidos como xenes do cancro ou oncoxenes xeralmente relacionados co control do ciclo celular. O xene normal denomínase protooncoxene e a súa mutación é o oncoxene. A alteración das funcións dun oncoxene produce as dúas principais caraterísticas do cancro: A división incontrolada que orixina un grupo de células de crecemento excesivo chamado tumor. A dispersión das células tumorais por todo o corpo ata formar novos tumores coñecidos como metástase.
  9. 9. 2. MUTACIÓN E CANCRO XENES SUPRESORES DE TUMORES Estes xenes codifican proteínas inhibidoras da mutación celular. A súa mutación e ausencia destas proteínas estimula un aumento no ritmo reprodutor das células. PREDISPOSICIÓN XENÉTICA Sábese que certos cancros teñen maior prevalencia en certas familias. Por exemplo unha predisposición autosómica recesiva ao cancro de pel coñecida como xeroderma pigmentosum débese unha mutación que afecta o sistema de reparación do DNA, os individuos heterocigóticos presentan un alelo “normal” capaz de codificar correctamente a proteína reparadora, pola contra os homocigóticos co alelo mutado carecen desta capacidade e as súas células epidérmicas exposta a uv non reparan os danos padecendo numerosas lesións tumorais epidérmicas.
  10. 10. AXENTES CANCERÍXENOS Hai moitos axentes mutaxénicos que poden favorecer a aparición dun cancro, son os denominados axentes canceríxenos. Hainos físicos ( como determinadas radiacións) ou químicos ( como contaminates atmosféricos, aditivos alimentarios...) A exposición a estes axentes aumenta a probabilidade da persoa de padecer algún tipo de cancro. Son importantes no grao de risco o tempo de exposición e a dose. 2. MUTACIÓN E CANCRO
  11. 11. A biotecnoloxía é a utilización de seres vivos, ou parte deles, para obter produtos de interese (comercial, terapéutico…) O termo é relativamente novo e foi empregado por primeira vez en 1919 polo agrónomo Karl Ereky no seu libro Biotecnoloxía na produción cárnica e láctea. Pero en realidade levamos facendo biotecnoloxía séculos, cando facemos selección do gando ou producimos pan, queixo, cerveza ou viño. 3. BIOTECNOLOXÍA
  12. 12. Aplicacións da Biotecnoloxía Produción de substancias terapéuticas como a insulina que é o primeiro produto da Biotecnoloxía moderna que se comercializou. Produción de alimentos mellorando algún aspecto do noso interese, resistencia a plagas, crecemento rápido… Biorremediación, utilización de fungos e bacterias para eliminar substancias contaminantes do medio, como pesticidas ou hidrocarburos. Produción de enerxía, un exemplo é o bioetanol obtido pola fermentación da cana de azucre. 3. BIOTECNOLOXÍA
  13. 13. A enxeñería son un conxunto de técnicas que permiten a manipulación do ADN dun organismo para conseguir un obxectivo concreto. Lévase a cabo mediante transferencia dun ou máis xenes dun organismo a outro sexan ou non da mesma especie. O organismo así obtido denomínase organismo transxénico xa que o seu xenoma foi modificado co doutro organismo. O ADN obtido artificialmente pola unión de ADN de orixes diversos denomínase ADN recombinante. Por iso adoitamos referirnos ás técnicas de enxeñería xenética como técnicas do ADN recombinante. 4. ENXEÑERÍA XENÉTICA
  14. 14. A TECNOLOXÍA DO ADN RECOMBINANTE Cara aos anos 70 os coñecementos en Bioloxía Molecular permítennos ir avanzando ata situación actual. Hoxe somos capaces de manipular os xenes a nosa vontade grazas ás técnicas do ADN recombinante. Ferramentas das técnicas do ADN recombinante: Enzimas de restricción: proteínas especiais que nos permiten “cortar” o ADN en lugares específicos (secuencias palindrómicas chamadas sitios de restricción) ADN ligasas: permiten “pegar” fragmentos de ADN. Vectores de transferencia ou clonación: un exemplo son os plásmidos (pequenas moléculas de ADN circular que nos permiten “copiar” as secuencias de ADN que nos interesen). Podemos meter neles un fragmento de ADN que nos interese e coa duplicación do plásmido tamén se farán copias do noso fragmento. Outros exemplos de vectores son o ADN de certos virus (como o fago λ). Un proceso chamado transformación permítenos insertar plásmidos en bacterias que se copiarán cada vez que a bacteria se divide.
  15. 15. Vectores de clonación para procariotas  Plásmidos: moléculas de ADN circular dobre con replicación independente do cromosoma bacteriano. Adoitase empregar plásmidos R que levan resistencia a antibióticos para poder seleccionar as bacterias que incorporaron o fragmento de interese.  Fagos: son virus que infectan bacterias. Manipúlase o seu ADN para insertar o fragmento de interese. O máis empregado é o fago λ que infecta a E. Coli.  Cósmidos: plásmidos sintéticos resultado da hibridación de plásmidos e o fago λ. Pemiten insertar fragmentos máis grandes.
  16. 16. Vectores de clonación para eucariotas Microinyección: cunha microagulla introducimos ADN que atravesa a membrana celular ou nuclear. Electroporación: introducimos ADN foráneo grazas ao aumento da permeabilidade de membrana ao xerar un campo eléctrico. En células con parede debemos obter previamente un protoplasto (células sen parede). Plásmidos de fermentos e YAC´S: temos xerado plásmidos híbridos de fermentos e bacterias e cromosomas artificiais de fermentos que se comportan normal na mitose. Os YAC´S permiten a inserción de fragmentos de ADN máis grandes que nos plásmidos ou cósmidos vistos antes e ademais como os fermentos son eucariotas realizan os procesos de maduración do transcrito 1º indispensable en calquera eucariota. O plásmido Ti en vexetais: Agrobacterium tumefaciens de xeito natural provoca tumores en plantas. Para facelo inserta este plásmido no ADN vexetal. Para aplicalo retiramos esta facultade do plásmido e conservamos a súa capacidade de insertarse no ADN vexetal co ADN foráneo que nos interesa.
  17. 17. TÉCNICA DO ADN COMPLEMENTARIO Un dos obxectivos primordiais da enxeñería xenética é conseguir cultivar bacterias que fabriquen masivamente xenes de interés de xeito rendible. Moitos destes xenes proceden de células eucariotas que por suposto posúen intróns. As bacterias carecen de enzimas capaces de eliminalos, para resolver este problema emprégase a técnica do ADN complementario: 1) Se ailla ARNm maduro da proteína que interesa 2) Se obtén unha febra de ADN complementario coa retrotranscriptasa a partir de ARN. 3) Cunha ADN polimerasa sintetizamos a dobre febra a partir deste molde. Obtendo un ADN de dobre febra (ADNc) sen intróns porque procede de ARNm maduro.
  18. 18. Como se leva a cabo o proceso DA CLONACIÓN? 1. Localización e illamento do xene ou xenes a transferir: as enzimas de restricción cortan en sitios específicos. 2. Selección do vector: depende do tamaño do fragmento cortado e das enzimas de restricción utilizadas (deben ser as mesma as do vector que as que cortan o fragmento que nos interesa). 3. Unión do ADN de interese ao ADN vector: facémolo a través das enzimas ADN-ligasas. Formamos ADN recombinante. 4. Inserción deste ADN recombinante na célula hospedeira. 5. Multiplicación do organismo transxénico: a división da célula (que trae consigo a anterior duplicación do ADN) permítenos obter copias (clons) do ADN desexado.
  19. 19. O ADN recombinante podémolo definir como ADN sintetizado pola unión de ADN de diferente orixes. Como resultado de aplicar estas técnicas á obtención de produtos comerciais xurde en 1975 unha nova industria: a Biotecnoloxía. O primeiro produto que se fabricou foi a insulina humana, logo viñeron moitos máis avances neste eido: a produción de interferón ou da GH, o deseño de plantas resistentes a plagas ou a fabricación de células nai .
  20. 20. PROYECTO DE INGENIERÍA GENÉTICA Plásmido híbrido ADN vírico Plásmido bacteriano Virus de la hepatitis B Proteínas víricas Plásmido híbrido introducido en la célula Las proteínas inducen la producción de anticuerpos La vacuna produce inmunidad contra la hepatitis B
  21. 21. A REACCIÓN EN CADEA DA POLIMERASA (PCR) É unha técnica para replicar ADN in vitro en grandes cantidades empregando ADN polimerasas de microorganismos termófilos. Foi desenvolvida por Kary Mullis en 1986. Consiste na repetición de ciclos de replicación. Cada ciclo consta de: 1. Desnaturalización do ADN que se vai clonar (DNA diana) mediante altas temperaturas para que se separe a dobre hélice. 2. Hibridación con cebadores (DNA monocatenario específico) a ambolos dous lados do segmento que queremos clonar (copiar). 3. Elongación da cadea. A ADN polimerasa sintetiza unha cadea sinxela de ADN en dirección 5´-3´ en cada febra de ADN.
  22. 22. ANTICORPOS MONOCLONAIS Cando un axente estrano (que porta un antíxeno) entra no corpo o sistema inmunitario o detecta e os linfocitos B producen anticorpos específicos contra el. Nos 80 conseguimos obter os denominados anticorpos monoclonais, anticorpos moi específicos contra un só tipo de antíxeno. Obtivémolos fusionando linfocitos B con células tumorais (hibridomas). Os hibridomas producen Ig e se dividen incesantemente. Son moi empregados en investigación e diagnóstico (con anticorpos fluorescentes), pero cada vez máis en tratamentos sobre todo contra o cancro ao producir Ig específicas contra os marcadores que presentan nas membranas as células tumorais.
  23. 23. APLICACIÓNS DA ENXEÑARÍA XENÉTICA Como vimos, a enxeñería xenética permítenos fabricar ADN recombinante que transferido a unha célula en cultivo pode expresar o xene que nos interese. As principais aplicacións son: Obtención de fármacos: como a insulina, moitas vacinas, factores coagulantes… Mellora na produción agrícola e animal: - En plantas xenes resistentes a plagas ou a herbicidas; xenes que aumentan o valor nutricional; xenes de crecemento rápido; de resistencia a sequía; atraso na maduración… - En animais, xenes de crecemento, de produción hormonal…  Terapia xénica: tratamento de enfermidades provocadas por unha alteración xenética: parkinson, diabetes, algúns tipos de cancro… Unha das primeiras aplicacións foi no tratamento dos “nenos burbulla”.
  24. 24. A terapia xénica permite substituir o xene defectuoso por un normal que producirá a proteína correcta correxindo a alteración. Para a inserción empréganse retrovirus. Pode realizarse de dous xeitos: “in vivo” (introdúcese no paciente o vector co xene normal) ou “ex vivo” (extráense células do paciente co xene defectuoso e transfírense os xenes desexados, depois introdúcense de novo no paciente) APLICACIÓNS DA ENXEÑARÍA XENÉTICA
  25. 25. OS TRANSXÉNICOS A nosa especie selecciona organismos dende hai miles de anos mediante a domesticación de animais e o cultivo de plantas; é o que denominamos selección artificial. Agora, ademais a Biotecnoloxía permítenos obter variantes de interese mediante a introdución na especie dun xene foráneo orixinando os chamados organismos modificados xenéticamente (OMX) ou transxénicos. A utilidade dos transxénicos é indudable como acabamos de ver, pero o uso da Biotecnoloxía tamén ten os seus riscos:  A perda da Diversidade Xenética, sobre todo coas plantas transxénicas. O “salto” de xeito accidental dos xenes transferidos a especies silvestres ou tradicionais. Prexuícios para a saúde, polo do agora só se detectaron problemas alérxicos, pero as consecuencias de introducir xene alleos teñen un risco potencial todavía imposible de determinar.
  26. 26. A modificación xenética permite que o OMX teña algunha característica desexable ou produza unha substancia de interese. Nos alimentos as melloras habituais son: Atraso na maduración o que aumenta a durabilidade do produto. Por exemplo o tomate Flavr Svr. Mellora das cualidades organolépticas, por exemplo café máis aromático e con menos cafeína. Produción de substancias, por exemplo patacas que imunizan contra o cólera ou as diarreas bacterianas. Resistencia a herbicidas e plagas, que favorecen o rendemento nas colleitas e diminúen o uso de plaguicidas que poden xerar problemas medioambientais. Por exemplo millo resistente a insectos. OS TRANSXÉNICOS
  27. 27. O cigoto é unha célula que ten o potencial de rexenerar un individuo completo. Esta célula divídese ata dar lugar a novas células que se diferencian e especializan, adquirindo forma e funcións particulares. Á vez que se especializan, perden a capacidade de dividirse. O termo células nai emprégase para facer referencia a células non especializadas, con capacidade para: •Multiplicarse orixinando novas células non especializadas. •Dar lugar a células que se diferencien e orixinen células especializadas. CÉLULAS NAI E CLONACIÓN
  28. 28. Tipos de células nai As células nai poden clasificarse en: •Totipotentes. Son as que poden dar lugar a un individuo completo. Son células totipotenciais o cigoto e as oito primeiras células que resultan da súa división. •Pluripotentes. Son as que non poden dar lugar a un individuo completo, pero si orixinar calquera dos tipos de células que o forman. As células do interior do blastocisto tardío son pluripotentes. •Multipotentes. Son as que poden orixinar algúns tipos de tecidos, pero non todos. As células da medula ósea son multipotentes. •Oligopotentes. Só poden orixinar un ou uns poucos tipos de células. Un exemplo de células oligopotentes son as células nai da pel ou do tecido nervioso.
  29. 29. Segundo a súa procedencia, existen diferentes tipos de células nai: •Células nai embrionarias, procedentes de embrións excedentes de fertilizacións in vitro. •Células nai procedentes de cordón umbilical ou de adultos. •Células nai inducidas. Son células obtidas de células adultas e modificadas para transformalas en células nai. Están aínda en fase de investigación, xa que a súa obtención é moi recente (2007).
  30. 30. 1. Obtense unha célula diferenciada do individuo que se quere clonar (ovella de cara branca). 2. Extráese un óvulo dunha femia doadora (ovella de cara negra). 3. Elimínase o núcleo do óvulo. 4. Transfírese o núcleo da célula diferenciada ao óvulo sen núclo. 5. Cultívase a célula ata que se desenvolva o embrión. 6. Despois de que acada o estadio de mórula, transfírese ao útero da nai receptora (ovella de cara negra). 7. Despois do período de xestación, nace un novo individuo, que é un clon do que proporcionou o núcleo (ovella de cara branca). A clonación da ovella Dolly por transferencia nuclear (1996) Nacemento de Dolly CLONACIÓN REPRODUTIVA E TERAPÉUTICA
  31. 31. Posibles aplicacións da clonación •Agricultura e gandería. Obtención de animais ou plantas que posúan algunha característica de interese. •Investigación. Dispoñer de animais idénticos é interesante para poder utilizalos como modelo de enfermidades humanas. •Ecoloxía. Conservación de especies en perigo de extinción ou recuperación de especies extintas. •Medicina. Obtención de órganos para transplantes.
  32. 32. •Ningunha lexislación permite a clonación humana con fines reprodutivos. Nos se considera éticamente aceptable, xa que atentaría contra a dignidade e individualidade das persoas. •Nalgúns países está permitida a clonación con fins terapéuticos (para a obtención de células nai). •Para moitas persoas, estas prácticas son inadmisibles por razóns relixiosas. •En España non está permitida a clonación humana reprodutiva, pero sí a terapéutica con moitas restriccións (Lei de investigación Biomédica de 2007). Si se permite a investigación con ovocitos ou preembrións sobrantes de procesos de reprodución asistida, coa finalidade de obter células nai con fins terapéuticos. A normativa é moi estrita e inclúe a autorización, caso por caso, da investigación proposta. Os avances na obtención de células nai inducidas a partir de células diferenciadas permite salvar o rexeitamento por parte do sector da sociedade que condena a utilización de embrións. Aspectos éticos relacionados coa clonación e a obtención de células nai
  33. 33. O Proxecto Xenoma Humano comezou en 1990 liderado por James Watson (codescubridor da dobre hélice de ADN) e levado a cabo pola colaboración internacional. Perseguía dous obxectivos: •Identificar os xenes e en que cromosoma se atopaban. •Determinar a secuencia exacta de nucleótidos de cada xene para saber a proteína codificada e as súas alteracións. Tamén se estableceu como parte do proxecto un Programa sobre as implicacións éticas e sociais desta labor. Watson desvinculouse do proxecto por filtracións dun dos fundadores do proxecto, Craig Venter. C. Venter fundou a empresa Celera Genomics de capital privado e iniciou a secuenciación en 1999 cunha nova estratexia e obtendo un “borrador” xa no 2000. Esto acelerou o traballo do consorcio público e en 2003 o PXH anunciou a secuenciación completa. O PHX tamén permitíu secuenciar o xenoma doutros organismos (M. musculus, Drosophila melanogaster…) 5. O PROXECTO XENOMA HUMANO
  34. 34. Actualmente practicamente todo o xenoma humano está secuenciado. Os resultados máis destacados son: O noso xenoma ten uns 25000 xenes (menos dos que estimabamos), un número comparable ao existente en xenomas máis pequenos. Por tanto, non hai unha relación directa entre a complexidade dun organismo e a cantidade de ADN. Moitos dos xenes que posuímos parecen proceder de virus e bacterias. Todos nós compartimos o 99,99% do noso xenoma, polo que non ten sentido falar de razas. Numerosos xenes están implicados na síntese de moitas proteínas, non dunha soa ( a teoría un xene-unha proteína quedou xa anticuada). Só o 2% dos xenes participa na síntese proteica; o resto son interrupcións na secuencia, teñen funcións de regulación e de outros descoñecemos a súa función. 5. O PROXECTO XENOMA HUMANO
  35. 35. 6. PROTEÓMICA E XENÓMICA A Xenómica é unha das áreas con maior proxección na Bioloxía Molecular e ten por obxecto predecir a función do xenoma (o conxunto de xenes dun organismo) en base a súa secuencia e a interacción con outros xenes. Actualmente sabemos que non só importa a secuencia, senón tamén a posición dos xenes, o grao de conservación entre especies, as interaccións entre xenes. De feito, moitas características, incluidas enfermidades son polixénicas, é dicir débense a interacción de varios xenes. A Proteómica é un punto de vista similar a Xenómica, pero aplicado ao proteoma (o conxunto de proteínas). Porén, o proteoma varía co tempo segundo as condicións do organismo e a comparación en diferentes situacións dun mesmo organismo ou de organismos diferentes pode aclarar que presenza, ausencia... de proteínas podería influir nunha determinada alteración ou estado fisiolóxico de dito organismo.
  36. 36. GRAZAS POR ATENDERME
  37. 37. WEBGRAFÍA https://www.unocero.com/2014/04/01/nueva-tecnica-correctora-de-mutaciones- geneticas/

×