1. Tema 4 La revolución genética

2. 1.- HISTORIA DE LA GENÉTICA Ya en la prehistoria se aprovechaba la observación de que algunos caracteres pasaban de una generación a otra para seleccionar las variedades de animales y vegetales más deseables y mejorar así la agricultura y la ganadería Mendel puso de manifiesto que hay unos factores hereditarios incluidos en las células reproductoras que pasan de padres a hijos y que son los responsables de los caracteres externos de los seres vivos Desde 1910 esos factores hereditarios reciben el nombre de genes

3. 1.1 POSTULADOS PREMENDELIANOS DE LA HERENCIA Preformismo :La observación de espermatozoides con un microscopio en el s.XVIII hizo creer que tras la fecundación, solo por crecimiento, estos daban individuos adultos Epigénesis : Al mejorar las técnicas microscópicas se postuló que además de crecimiento había transformaciones estructurales. Pangénesis .Los órganos producen unas gémulas que viajan por la sangre a los genitales y de ahí a los hijos.

4. Caracteres adquiridos (Lamarck): Teoría de Lamarck, que consideraba que las variaciones eran adquiridas y hereditarias. Los individuos cambian para adaptarse al medio y estás características se transmiten a los descendientes Plasma germinal (Weissmann):Existe un plasma formado por los tejidos reproductores que se perpetúa a sí mismo. Las modificaciones del plasma germinal originarían modificaciones en el cuerpo. Hay diferencia entre células germinales y células somáticas.

5. 1.2 HERENCIA MENDELIANA Monje agustino católico y naturalista, en la actual República Checa, que describió las llamadas Leyes de Mendel que rigen la herencia genética, por medio de los trabajos que llevó a cabo con diferentes variedades de la planta del guisante. Su trabajo no fue valorado cuando lo publicó en el año 1866. Hugo de Vries, botánico holandés, junto a Carl Correns y Erich von Tschermak, redescubrieron las leyes de Mendel por separado en el año 1900 .

6. Mendel seleccionó siete caracteres para sus experimentos, cada uno de los cuales tenía dos posibilidades y obtuvo razas puras de guisantes para cada uno de estos caracteres. Posteriormente cruzó entre sí las razas puras que presentaban diferencias respecto a uno de los caracteres elegidos

7. Conclusiones de Mendel: a) La herencia se transmite por factores hereditarios almacenadas en los gametos. Dichos factores son de procedencia materna y paterna que se unen en el nuevo individuo sin mezclarse, y volviéndose a separar al formar las células reproductoras. b) La herencia sigue normas estadísticas sencillas.

8. 1.3 HERENCIA POSMENDELIANA 1900. Redescubrimiento de las Leyes de Mendel. 1910. Experimentos de Morgan. Demuestra que los genes están en los cromosomas, y los que están en el mismo cromosoma se transmiten juntos y los que están en cromosomas independientes se transmiten por separado. Se comprobó la existencia de recombinación o intercambio entre cromosomas homólogos (los dos cromosomas iguales que proceden uno del padre y otro de la madre) 1944. El ADN es el portador de la información genética (Experimentos de Avery)

11. El ADN (más concretamente, los genes que contiene y que se definen como segmentos de ADN que codifican una proteína) contiene la información con las características de los seres vivos. Esta información se expresa en forma de proteínas. Las proteínas son las que finalmente definen al ser vivo, junto con la influencia que puede ejercer el medio ambiente 2.2 RELACIÓN ENTRE LOS GENES Y LAS PROTEÍNAS

12. La relación entre genes y proteínas se expresa a través del dogma central de la Biología Molecular (1970, Crick) : Si incluimos a algunos virus como los retrovirus ( ácido nucleico es el ARN) Replicación ADN Proteínas ARN m Transcripción Traducción ADN Proteínas ARN m Traducción Transcripción Retrotranscripción

13. A raíz de la modificación del Dogma central de la Biología Molecular se han cuestionado los conceptos de gen y ADN basura (ADN que no codifica información para proteínas). Actualmente se cree que este ADN basura puede tener un papel regulador importante, así como que un gen puede dar lugar a varias proteínas (hasta hace muy poco, el concepto fundamental era “un gen, una proteína”).

14. REPLICACIÓN: La replicación es el proceso en que se sintetizan dos copias idénticas de ADN tomando como molde otra cadena de ADN. Es una replicación semiconservativa ( los nuevos ADN tienen una hebra antigua y otra nueva) Se realiza antes de cada división celular para que las células hijas lleven la misma información que la célula madre. Se basa en la complementariedad de las bases nitrogenadas (al igual que en los procesos de reparación de secuencias dañadas y transcripción del ARN)

15. Para la replicación es necesario la separación de las dos hebras de la cadena ; cada una de las cuales servirá de molde para sintetizar la complementaria ( siempre A-T, G-C) Para esta síntesis se precisa desoxirribonucleótidos y una enzima que los una : ADN polimerasa

16. TRANSCRIPCION Es la síntesis de ARNm tomando como molde una hebra de ADN Se basa en el mismo mecanismo (complementariedad de bases) que la replicación, pero intervienen enzimas diferentes y se sustituye la base nitrogenada Timina por Uracilo. En eucariotas el ARN resultante sufre un proceso de maduración, y el ARN maduro sale al citoplasma celular. El ARNm lleva la información a los ribosomas donde se producirá la síntesis de proteínas

18. AUG - CCU – AAG – UUU – GCU – CUC …. Con las 4 bases nitrogenadas (A, U, G, C) se pueden formar 64 tripletes diferentes, que llevan la información para los 20 aminoácidos que forman todas las proteínas de los seres vivos MET PRO LEU LYS PHE ARG PROTEÍNA

20. Características del código genético: Es un código universal. Todos los seres vivos conocidos lo utilizan (hay una excepción, las mitocondrias, un orgánulo del interior de las células eucariotas). Es un código redundante o degenerado . Hay más tripletes de bases que aminoácidos. Es un código sin superposición o sin solapamientos : dos aminoácidos sucesivos no comparten nucleótidos de sus tripletes. La lectura del ARN mensajero es continua, sin interrupciones. Cualquier pérdida o ganancia de un sólo ribonucleótido produce a partir de ese punto una modificación de la pauta de lectura, cambiando todos los aminoácidos desde el lugar de la alteración.

21. 3.- INGENIERÍA GENÉTICA Se puede definir como la formación in vitro de nuevas combinaciones de material genético, por medio de la inserción de un ADN de interés en un vehículo genético (vector), de modo que tras su introducción en un organismo huésped, el ADN híbrido (recombinante) se pueda multiplicar, propagar, y eventualmente expresarse Aplicaciones: ayuda a averiguar el funcionamiento de los genes y se utiliza en la secuenciación de genomas, diagnóstico de enfermedades, terapia génica, síntesis de sustancias de interés, obtención de animales y vegetales transgénicos

23. Los fragmentos tienen bordes cohesivos o complementarios a otros extremos de ADN cortados con la misma enzima Por lo tanto, es posible quitar un gen de la cadena principal y en su lugar colocar otro De esta manera es posible introducir ADN de unos organismos en el genoma de otros. El ADN introducido se expresará como propio, fabricándose en el organismo receptor la proteína para la que codifica

25. En los vectores, además del gen de interés se colocan otros genes denominados marcadores. Son genes que permiten identificar aquellas células que han incorporado el ADN del vector. En general, estos genes dan a la célula que los contiene resistencia a antibióticos, de tal forma que si añadimos el antibiótico a una mezcla de células con y sin el ADN de interés, las que no lo tengan (y por tanto, tampoco el gen de resistencia al antibiótico), morirán

27. b) Amplificación del ADN El estudio y manipulación del ADN requiere muchas copias de los fragmentos de ADN que se quieren estudiar. El método clásico de obtención de copias era la clonación mediante bacterias. Era un proceso lento y costoso. En 1983, Mullis diseño un mecanismo para obtener múltiples copias de forma mucho más sencilla. Este método denominado PCR (Polimerasa Chain Reaction) ha sido determinante en múltiples áreas del conocimiento que utilizan ADN

28. Esta técnica se fundamenta en la propiedad natural de las ADN polimerasas para replicar hebras de ADN, para lo cual emplea ciclos de altas y bajas temperaturas alternadas para separar las hebras de ADN recién formadas entre sí tras cada fase de replicación y, a continuación, dejar que vuelvan a unirse a polimerasas para que vuelvan a duplicarlas.

29. c) Mutaciones Es todo cambio en la información hereditaria (ADN, cromosomas o cariotipo). Las mutaciones pueden producirse tanto en células somáticas (no se heredan) como en células germinales (se transmiten a la descendencia). Las mutaciones pueden ser: naturales (espontáneas) o inducidas (provocadas artificialmente con radiaciones, sustancias químicas u otros agentes mutágenos). Las propiedades adquiridas por mutaciones son por lo común negativas para el organismo, a veces son neutras y en ocasiones pueden ser beneficiosas en determinados ambientes

31. 4.- PROYECTO GENOMA HUMANO El proyecto fue fundado en 1990 por el Departamento de Energía y los Institutos de la Salud de los Estados Unidos, con un plazo de realización de 15 años. Debido a la amplia colaboración internacional (más de 20 países implicados), a los avances en el campo de la genómica y la informática un borrador inicial del genoma fue terminado en el año 2000. El objetivo inicial del Proyecto Genoma Humano fue no sólo determinar los 3 mil millones de pares de bases en el genoma humano, sino también identificar todos lo genes en esta gran cantidad de datos.

32. Este proyecto supone la realización de dos tipos de mapas: Mapas genéticos: Estos mapas indican la posición relativa de los diferentes genes Mapas Físicos: de mayor resolución, pues muestra la secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN que constituye el cromosoma. Se establece la situación real de los genes en los cromosomas

33. RESULTADOS: Algunos de los aspectos que más han llamado la atención es el bajo número de genes encontrados (en comparación a lo esperado), así como lo repetitivo, similar y duplicado que es el genoma humano. Las células humanas tienen 46 cromosomas (44 autosomas y2 cromosomas sexuales), distribuidos en dos series (una de procedencia paterna y otra materna). Cada serie tiene unos 3200 millones de bases y menos de 25000 genes. El resto es el “ADN basura” (cerca del 95%) El trabajo de interpretación del genoma no ha hecho nada más que empezar. Los beneficios de conocer e interpretar el genoma se esperan fructíferos en los campos de la medicina y de la biotecnología.

37. Las dos aplicaciones principales son: 1.- obtención de fármacos Se obtienen a partir de microorganismos que contienen el gen que produce la proteína de interés farmacológico (insulina, hormona del crecimiento…) Las principales ventajas son: Se controla mejor la producción, disminuye el riesgo de contaminación, se abaratan los costes… Por el mismo procedimiento se pueden fabricar vacunas, evitando el riesgo de utilizar virus atenuados

38. 2.- DETECCIÓN DE ENFERMEDADES Consiste en poner en contacto ADN de un individuo con secuencias de genes responsables de una determinada enfermedad. Las hebras del ADN del paciente se separan y si hibridan con el ADN de la enfermedad, es que el paciente tiene ese gen. L a terapia génica consiste en modificar los genes anómalos para impedir que se manifieste la enfermedad o curarla una vez manifestada. En las células afectadas se puede introducir una copia correcta del gen defectuoso mediante vectores (infección vírica), corrigiendo el problema.

39. El proceso se podría hacer incluso en las células germinales, pero esto plantea problemas éticos. Es una técnica prometedora pero aún en una fase muy temprana, con todavía muy pocos logros significativos.

41. 5.3 BIOTECNOLOGÍA GANADERA Consiste en la alteración genética de animales para mejorar el rendimiento que de ellos se obtiene. La investigación se centra en la obtención de animales que produzcan proteínas y compuestos de interés farmacológico y a obtener órganos destinados a trasplantes humanos (fundamentalmente a partir de cerdos)

42. 5.4 BIORREMEDIACIÓN Microorganismos y plantas son utilizados para eliminar contaminantes del medio, fundamentalmente de suelos y agua. Los genes de los organismos que intervienen en estos procesos pueden ser aislados y posteriormente clonados en otros organismos Podría servir para la eliminación de vertidos tóxicos, mareas negras , tratamiento de aguas residuales

43. 6 REPRODUCCIÓN ASISTIDA La reproducción asistida tiene como finalidad solucionar problemas de esterilidad Una pareja es estéril cuando no consigue tener descendencia después de doce meses de relaciones sexuales sin usar anticonceptivos Actualmente también se utilizan para evitar la aparición de enfermedades genéticas (diagnostico genético preimplantacional) y obtener bebes sanos cuyas células del cordón umbilical sirvan para salvar vidas de familiares enfermos

46. 6.2 FECUNDACION IN VITRO Es una técnica de reproducción asistida en la que la unión espermatozoide y del óvulo se realiza en el laboratorio La FIV es el principal tratamiento para la infertilidad cuando otros métodos de reproducción asistida no han tenido éxito. El ovulo fecundado (preembrión) se implanta en la madre

49. 6.3 TRANSFERENCIA DE EMBRIONES DONADOS Se usa cuando los dos miembros de la pareja son estériles. Los preembriones llevan una información genética diferente a la de los padres (preembriones sin utilizar de otras parejas, congelados o no)

50. 7.- CLONACIÓN Es la obtención de copias (ADN, células u organismos) genéticamente iguales. Las primeras clonaciones de organismos se hicieron por fisión de embriones tempranos. Un embrión, obtenido por procedimientos normales, se dividía, y los embriones resultantes eran genéticamente idénticos, pero no se sabía las características que iban a tener. Esto ya se puede saber a partir de la primera clonación por transferencia de núcleos de células de individuos adultos. Los embriones resultantes eran genéticamente idénticos al donante del núcleo.

51. La primera clonación de mamíferos fue realizada por Ian Wilmut en 1996 utilizando tres ovejas, la donadora de la información (núcleo) la donadora del ovulo y la “madre de alquiler” (oveja nodriza). El resultado fue la oveja Dolly

53. CÉLULAS MADRE La clonación humana con fines reproductivos está prohibida, pero la clonación terapéutica si es legal en muchos países. Consiste en implantar, en un óvulo, material genético de un individuo, y del embrión obtenido sacar células madre embrionarias, que podrían dar lugar a los diferentes tejidos, y por lo tanto evitar los problemas de rechazo en los trasplantes. Además se podrían ensayar tratamientos médicos sobre estas células antes de dar los medicamentos al paciente, para conocer la respuesta. Células Madre son aquellas que tienen capacidad de multiplicarse y la posibilidad de desarrollarse y diferenciarse dando lugar a células especializadas

55. Hay un importante debate (político, ético y científico) sobre el uso de las células madre Hay un importante debate (político, ético y científico) sobre el uso de las células madre ¿Qué tipo de célula madre es más conveniente usar (embrionaria o adulta)? La solución puede venir de los últimos avances científicos. Se ha logrado obtener células madre pluripotenciales a partir de células adultas (se comportan como células madre embrionarias)

56. En 1979, se definieron como cuatro los principios de la Bioética: autonomía , no maleficencia , beneficencia y justicia Principio de autonomía . Es un principio de respeto a las personas que impone la obligación de asegurar las condiciones necesarias para que actúen de forma autónoma. Principio de beneficencia : Obligación de actuar en beneficio de otros, promoviendo sus legítimos intereses y suprimiendo perjuicios.

57. Principio de no maleficencia (Primum non nocere): Abstenerse intencionadamente de realizar acciones que puedan causar daño o perjudicar a otros. Es un imperativo ético válido para todos, no sólo en el ámbito biomédico sino en todos los sectores de la vida humana. Principio de justicia : Tratar a cada uno como corresponda con la finalidad de disminuir las situaciones de desigualdad (biológica, social, cultural, económica, etc.)