Curso de Biotecnología Animal para estudiantes de la Carrera de Ingenieros Agrónomos Zootecnistas. Facultad de Ciencias Agropecuarias - Universidad de Panamá

1. Prof.: Dr. Reinaldo de Armas PhD.
Biotecnología Animal
LCPA 425
Módulo #2

2. Principios de determinación de genes de importancia en la
producción animal
Técnicas de modificación genética en plantas y animales
Empleo en producción animal de organismos modificados
genéticamente
Problemas éticos en la modificación genética
Módulo 2. Principios de modificación genética de
los organismos vivos y su aplicación en la
producción animal:

3. Síntesis del ADN

4. Síntesis del ARN (transcripción del ADN)

5. GENES Y POLIPEPTIDOS

6. Pasos del ADN a la proteína
Un gen es parte del ADN en un cromosoma.
La información contenida en el gen y "escrita" en el código genético, es transcripta
en el ARN mensajero.
El ARN mensajero, con la información, forma una cabeza y una cola para dejar el
núcleo.
El código en el ARNm es "traducido" por una maquinaria molecular en el ribosoma,
que construye las largas cadenas de aminoácidos "síntesis" que forman una
proteína.
La proteína finalmente se organiza tridimensionalmente en su forma funcional.

7. Pruebas de ADN
• Los principios de las pruebas de ADN son los mismos
para identificación de progenie (descendencia-
ascendencia), que para características relacionadas con
factores hereditarios de producción, características
fenotípicas o de salud. Estás técnicas son más seguras y
acertadas que las pruebas serológicas de grupo
sanguíneos u otros antígenos serológicos. Las pruebas de
ADN son una herramienta indispensables para la
clonación de genes, donde un gen desconocido es
identificado encontrando conexiones o asociaciones entre
marcadores de ADN y la característica buscada.

8. Capacidades, limitaciones y controversias sobre las
pruebas de ADN.
Potencial discriminatorio: El grupo sanguíneo discrimina un individuo entre miles, las
pruebas de antígenos de superficie celulares (hematíes o leucocitos), logran hasta uno
entre millones, pero las de ADN permiten la exclusión de uno entre billones.
Nivel de sensibilidad: Las pruebas de ADN pueden desarrollarse hasta con células de la
raíz de un pelo y en contraste con las proteínas el ADN puede ser amplificado con PCR
y pueden producirse grandes cantidades de ADN de muestras muy pequeñas para
repetir las pruebas las veces que sea necesario limitando las posibilidades de errores.
Aplicables a cualquier tejido corporal: Las pruebas serológicas necesitan muestras
sanguíneas mientras las de ADN pueden realizarse sobre cualquier célula.
Estabilidad: El ADN es más estable que las proteínas y muy resistente a la degradación
por los agentes que normalmente están en el medio.
FRECUENCIA ALÉLICA ?????????????

9. Todas las pruebas basadas en ADN parten de la base de que
el genoma de cada individuo es único (gemelos idénticos).
La diferencia ya sea pequeña o grande entre las secuencias de
nucleótidos entre individuos, es lo que se conoce como
polimorfismo de ADN. En estas pruebas se evalúan tanto el
polimorfismo por repeticiones de secuencias (tandem) o por
longitud de fragmentos de restricción.
Polimorfismo en ADN : Base de las
determinaciones de ADN

10. ADN repetido en tandem
• El genoma eucariota esta densamente poblado por
islas de secuencias cortas que son repetidas una y otra
vez en pequeños o largos lazos llamados minisatélites o
microsatélites.
• Para cada locus repetitivo, el número de repeticiones es
muy variable entre individuos y la heterocigosis es alta
(Ej. El número de repeticiones es usualmente diferente
incluso entre el par de cromosomas homólogos en un
mismo individuo). Analizando el número de repeticiones
en uno o más locis nos dan una medida altamente
confiable de la identidad individual y es la técnica mas
empleada en los estudios de parentesco.

11. En la figura aparece un caso de segmentos de ADN donde
aparecen 3 y 8 repeticiones. La digestión se realizó con la
enzima de restricción Hinf1que hibridizan en la zonda (rojo)

12. Un cambio de bases simple frecuentemente introduce o cierra el sitio de
entrada de una enzima de restricción. Por ejemplo una mutación que
cambie la secuencia AGATCC A GGATCC va a introducir en un sitio del
ADN la enzima BamH1. Esta variación de secuencia difícil de ocurrir,
particularmente en regiones no codificantes y determinará o no un grupo
particular de sitio de restricción en el ADN y consiste en un método de
diferenciación individual muy eficaz.
Debido a que el polimorfismo en los sitios de restricción se traducen en
variabilidad en el largo de los fragmentos después e la digestión del ADN
con la enzima de restricción, ese marcador de ADN se conoce como
polimorfismo de longitud de fragmento de restricción RFLPs.
Variabilidad en sitios de restricción

13. En la figura se muestra a un RFLPs con BamH1 en la cual la
cadena de arriba tiene solo 2 sitios GGATCC mientras que la
de abajo posee 3 . La digestión seguida de hibridización con la
sonda (rojo) nos revela 2 fragmentos que difieren en tamaños.

15. ADN repetido en tandem
Hay una remarcada variabilidad en la talla genómica entre los
eucariotas que tiene una pequeña relación con la complejidad de los
organismos, ploidia o numero de genes codificadores . Por ejemplo
hay plantas que tienen mas de 6 veces la cantidad de genes que el
humano. Muchas de estas variaciones se deben a segmentos
repetitivos en tándem de regiones no codificantes. De esta forma una
fracción sustancial del genoma de muchos eucariotas está compuesto
por cortas secuencia repetitivas en tandem en pequeñas y apretadas
madejas. NVRT (número variable de repeticiones en tandem)

16. Las secuencias repetitivas en tandem se agrupan en:
Satélites: son altamente repetitivos con longitudes repetidas de una algunos miles de
bases. Estas secuencias se organizan típicamente como largos conglomerados en las
regiones heterocromáticas de los cromosomas, cerca de los centrómeros y telómeros,
estos se encuentran abundantemente en el cromosoma Y.
Minisatélites son moderadamente repetitivos, tienen una talla moderada (9 – 100pb,
usualmente alrededor de 15pb). Generalmente se encuentran en regiones
eucromáticas de cromosomas de vertebrados n, hongos y plantas y poseen una talla
muy variable (de 0.5 a 30kb).
Microsatélites son moderadamente repetitivos y compuestos por series cortas (2 a 6
pb) repetidas. Se encuentran en genomas de vertebrados, insectos y plantas. El
genoma humano contiene al menos 30 000 microsatélites, localizados en la
eucromatina. El número de copias son variables dentro de una misma población .
En general los satélites de ADN han mostrado una variabilidad excepcional entre
individuos , particularmente en cuanto al número de repeticiones en un
determinado locus. Los locus de los minisatélites son las secuencias mas
altamente polimórficas descubiertas en el genoma hasta ahora.

17. Pruebas de ADN
Las técnicas de pruebas de ADN son la demostración de secuencias
determinadas y de determinada longitud. Esto puede lograse por
digestión del AND por enzimas de restricción, seguidas por hibridización
(Southern blot) usando sondas específicas para los sitios polimórficos. La
reacción en cadena de la polimerasa (PCR) son de gran importancia para
estos trabajos y poseen ventajas sobre Southern blotting, ya que
requieren mucha menos cantidad de ADN e incluso puede utilizar ADN
parcialmente degradado. En el PCR los primers (moldes o lectores) están
diseñados para flanquear el segmento del locus y la talla de los productos
se corresponderá con el número de repeticiones. Generalmente el término
de huellas digitales es usado para describir todos los procedimientos para
caracterizar RFLPs, VNTRs y otras secuencias polimórficas

18. Conceptualmente hay dos diferentes tipos de exámenes de huellas
digitales (fingerprinting) son comúnmente desarrollados por VNTR
(Variable Number Tandem Repeats) o RFLP(Restriction fragment length polymorphisms):
Fingerprinting de ADN en un locus simple: El Polimorfismo en un
locus simple es caracterizado usualmente por medio de una sonda
específica o un molde lector de PCR. Ya que el locus simple
detectado por esta prueba caracteriza el genotipo de ADN.
Fingerprinting de ADN en locus multiples: El Polimorfismo en
locus múltiples es simultáneamente identificado. Esto puede
realizarse por una aplicación de una mezcla de sondas para locus
simples o aplicación de una sonda simple que identifica múltiples
secuencias polimórficas. En último caso, se detectan fragmentos no
identificados de ADN y el resultado es de esta forma el fenotipo del
ADN, más que el genotipo.
Cada uno de los métodos tienen ventajas sobre el otro. Por
ejemplo el método de locus simple es usado cuando el ADN
está degradado o mesclado. El multilocus generalmente provee
más información por muestra (Ejemplos a continuación).

19. Ejemplo 1:
Fingerprinting de Locus
Simple:
Fingerprinting en
Minisatélite para demostrar
parentesco usando mezclas
de dos o tres locus con
sondas de locus simples.
(sondas sets 1 y 2). El locus
detectado en la progenie (C)
es claramente compatible
con la madre (M) y el padre
(F)

20. Ejemplo 2:
Fingerprinting en
locus múltiples
Fingerprinting en
Microsatélite para
establecer parentesco.
La sonda, (CAG)51
reconoce una gran cantidad
de locus. Examine las
bandas que detectadas en
el ADN de la cría que no
aparecen en el ADN de la
madre y determina cual es
el padre biológico.

21. Ejemplo 3:
Fingerprinting de
locus múltiples
Fingerprinting de locus
múltiples para encontrar
evidencias de un crimen
con varios sospechosos.
Cual de los
sospechosos estará
implicado?

23. Pasos de la Ingeniería genética para modificar
organismos vivos:
•Identificar un carácter deseable, pero que no pueda ser
manejado por los métodos clásicos de mejoramiento.
•Encontrar el gen responsable del carácter deseado, en dicho
organismo.
•Encontrar algún organismo que lo exprese.
•Combinar dicho gen con otros elementos necesarios para que
éste sea funcional en la planta.
•Transferir los genes deseados a las células de la planta o
animal.
•Encontrar las células modificadas exitosamente, y regenerarlas
en plantas o animales completamente funcionales.

37. Década de los ‘90
-En 1990 el gobierno de los Estados Unidos aprueba el primer producto alimenticio modificado
a través de la biotecnología: Una enzima usada en la elaboración de queso.
-En 1991 en muchos paises comienzan a generarse interés por parte de compañías
internacionales y de grupos de investigación nacionales para la realización de ensayos con
organismos genéticamente modificados. Es así como se crea una instancias de consulta y
apoyo técnico para asesorar a los sectores de Agricultura, Ganadería, Pesca y Alimentación en
la formulación e implementación de la regulación para la introducción y liberación al ambiente
de materiales animales y vegetales obtenidos mediante Ingeniería Genética
-En 1994, la soja RR, desarrollada a través de la biotecnología es aprobada por la USDA (Unites
States Department of Agriculture) y la FDA (Food and Drug Administration).
-La EPA (Environmental Protection Agency) lo aprueba en 1995.
-Se lanzada al mercado en 1996.
-En 1994 el primer producto alimenticio mejorado a través de la biotecnología es puesto en las
góndolas de los supermercados, en norteamérica: El tomate FlavrSavr, que contiene un gen
que retraza su maduración y prolonga su durabilidad (por ser un fracaso comercial, tiempo
después fue retirado).
-En Estados Unidos, los primeros cultivos mejorados mediante la biotecnología son
comercializados, incluyendo algodón y tomates resistentes a insectos, así como también soja,
canola y algodón mejorado con control de malezas.
-Se aprobaron los siguientes cultivos: soja resistente a insectos, maíz tolerante a herbicidas y
resistente a insectos y algodón tolerante a herbicidas.
-En 1996 se autorizó la comercialización de la Soja Tolerante a herbicidas

38. Soja resistente a herbicidas 80%
Maíz Bt 6%
Maíz LL 0.25%
Algodón Bt 2.7%
2000
Se logró la primera decodificación completa del genoma de una
planta.
2001
Se decodificó el genoma humano.
Se decodificó el genoma del arroz.
Superficie sembrada en Argentina

39. Problemas éticos de la
Modificación Genética