Este documento presenta los fundamentos de la ingeniería genética, incluyendo sus herramientas principales como enzimas de restricción, vectores de clonado y expresión, y sus aplicaciones en industria, agricultura y medicina. También discute los impactos sociales y preocupaciones éticas de esta tecnología.

1. UNIDAD IV.- Genética microbiana
Tema 10.-.Fundamentos de Ingeniería Genética: Herramientas
principales y aplicaciones

2. Unidad 4. Genética microbiana
Objetivos
Conocer
-Los mecanismos de la herencia
-La relación entre la estructura y función del gen
-Las diferentes aplicaciones de la microbiología
Asimilar
La información genética se transmite con gran fidelidad, y las mutaciones
tienen un gran significado evolutivo
Comprender y discutir
Las ventajas e inconvenientes del desarrollo de la Biotecnología

3. Definiciones
• Ingeniería genética: modificación deliberada de la información genética de
un organismos mediante la modificación directa de su genoma
• Tecnología del ADN recombinante: procedimientos empleados para llevar
a cabo la ingeniería genética
• Biotecnología: la integración de las ciencias naturales y de la ingeniería
con la finalidad de conseguir la aplicación de microorganismos, células,
alguna de sus partes o análogos moleculares en la obtención de productos
y servicios
Herramientas clave
Enzimas de restricción
Se emplean para cortar el
ADN en secuencias
palindrómicas concretas

4. Herramientas clave
Transcriptasa inversa:
sintetiza ADN a partir de RNA
Este ADN sintetizado se
denomina cDNA
La hebra complementaria al
cDNA se completa con una
DNA polimerasa

5. Herramientas clave
Moléculas de ADN recombinante Moléculas que son el resultado de la combinación
de materiales genéticos de diferente origen
La unión es catalizada
por ADN ligasa
Clonado

6. Herramientas clave
ADN sintético (oligonucleótidos) pequeñas piezas de ADN o RNA de PCR
2-30 nucleótidos pueden ser sintetizadas de forma que se conoce la
secuencia de nucleótidos. Esto permite llevar a cabo mutagénesis
dirigida, preparación de sondas y la reacción en cadena de la
polimerasa (PCR)
Sondas genéticas
• Utilizadas para identificar
genes de interés en una
biblioteca genética o
genoteca
• Las sondas se pueden
Mutagénesis dirigida preparar de:
– cDNA
• Utiliza un
– Oligonucleótidos
oligonucleótido
sintéticos
sintético para
– genes previamente
añadir una
clonados
mutación
– productos de una PCR
específica a un
gen

7. Herramientas clave Técnica de Southern blot (hibridación ADN-ADN)

8. Herramientas clave Vectores de clonado
Plásmidos en los que se ha introducido el fragmento de
interés

9. Herramientas clave
Vectores de clonado
Fagos
• Empleados frecuentemente para realizar
bibliotecas genómicas (genotecas) ya que
pueden transportar grandes fragmentos (45 kb)
• El genoma del fago modificado puede
empaquetarse en capsulas virales y utilizarse
posteriormente para infectar células huésped
• También se puede infectar E. coli con el ADN (sin
cápsula) pero es menos eficaz)
Cósmidos
• Son plásmidos que contienen sitios cos
(extremos cohesivos del ADN del fago λ) y
que pueden empaquetarse en cápsides de
fago y emplearse para infectar E. coli
• Contienen varios sitios de restricción y
resistencia a antibióticos
• Pueden existir en forma de plásmidos en el
interior del huésped
• Empleado para clonar fragmento grandes de
ADN (50 kpb)

10. Herramientas clave Vectores de clonado
Cromosomas artificiales
• Empleados para clonar fragmentos de 100kb a 2000kb
• Muy populares en la secuenciación de genomas
Cromosomas artificiales de levadura, YAC (yeast artificial chromosome )
• Contienen todos los elementos para propagar su genoma en levaduras
– Origen de replicación, centrómeros y telómeros
– Sitios de clonado (entre el centrómero y un telómero)
– Marcadores genéticos
Cromosomas artificiales de bacterias, BAC (bacterial artificial chromosome)
• Basados en el plásmido de fertilidad de E. coli (el factor F)
• Sufre de menor número de recombinaciones que el YAC y por eso es más apropiado
• Contienen todos los elementos para propagar su genoma
– Origen de replicación
– Sitios de clonado
– Marcadores genéticos

11. Herramientas clave Vectores de clonado
• Los genes clonados en bacterias pueden ser
después transferidos a otros organismos

12. Herramientas clave Vectores de clonado

13. Herramientas clave Vectores de expresión
Permiten la expresión de genes de origen externos en bacterias
• Contienen las señales de transcripción y traducción del huésped
• Frecuentemente contienen fusiones polipeptídicas y un sitio de corte con
alguna proteasa que facilitan la purificación de la proteína expresada
• Frecuentemente lacZ actúa como gen informador

14. Aplicaciones
Aplicaciones de la ingeniería genética
Aplicaciones industriales
• producción de proteínas empleando bacterias, hongos y células de mamíferos
como fábricas celulares
• mejora de cepas para bioprocesos ya existentes
• desarrollo de nuevas cepas para nuevos bioprocesos
Aplicaciones agrícolas
• introducción de características deseables en plantas y
animales de interés agrícola
– e.g., producción de la hormona de crecimiento bovina
– e.g., capacidad de fijar nitrógeno
– e.g., creación de plantas resistentes a estrés ambiental
– e.g., creación de plantas resistentes a enfermedades

15. Aplicaciones
Aplicaciones médicas

16. Aplicaciones

17. Aplicaciones
Impacto social de la tecnología de ADN recombinante
• Presenta riesgos y beneficios
• Es necesario valorar los riesgos y beneficios para evitar problemas
Preocupaciones que suscita
• Propagación de infecciones causadas por organismos modificados
genéticamente (OGMs)
• Dispersión de genes de OGMs a otros microorganismos en el medio
ambiente
• El empleo, manejo y diseminación de OGMs está regulado. Se aplican
medidas de contención
Aspectos ambientales
• Alteración de los ecosistemas
• Dispersión de genes clonados en el medio ambiente generando organismos
resistentes no deseados
Aspectos éticos y morales
• Manipulación genética de humanos
• Empleo no ético de la información genética obtenida de un individuo
• Creación de armas biológicas