Este documento resume los avances históricos y aplicaciones actuales de la biología molecular y la biotecnología. Explica que la biología molecular provee herramientas para la biotecnología, incluyendo técnicas como la PCR, el ADN recombinante y la ingeniería genética. Estas técnicas se usan en aplicaciones como nuevos cultivos, medicamentos, diagnósticos y la modificación de plantas y animales. El documento también discute el desarrollo de disciplinas relacionadas como la genómica, proteó

1. “BIOLOGÍA
MOLECULAR:
Herramienta de la
Biotecnología”
INSTITUCIÓN EDUCATIVA “JULIO CÉSAR GARCIA”
ÁREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN
AMBIENTAL
PROFESOR: EDUARDO JAIME VANEGAS LONDOÑO

2. CONTENIDO:
• Objetivos
• Historia de la Biología
Molecular
• La Biología Molecular:
herramienta de la
• Biotecnología
• Tecnología del ADN
• Ingeniería Genética
• Marcadores
• Reflexión Final

3. OBJETIVOS:
• Estimular el interés de los jóvenes hacia la
• Biología Molecular y sus aplicaciones en la
• Biotecnología.
• .
• Promover en los educandos el espíritu
• crítico hacia el potencial de la investigación
• biotecnológica para el desarrollo de la
• humanidad.
• .
• Presentar elementos de juicio que permitan
• comprender la importancia de la
• investigación en biología molecular.

4. AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA
MOLECULAR
• 1941 Genes codifican las proteínas
• 1944 Prueba que el ADN porta la información genética
• 1953 Determinación de estructura del ADN y de la Insulina
• 1956 Enfermedad monogénica sustitución de un aa cadena β-hemoglobina
• 1961 Código Genético, ARN mensajero, regulación génica
• 1967 Wise y Richardson aislaron ADN ligasa
• 1970 Smith y colegas aislaron y caracterizaron la Hind III
• 1972 Janet Mertz y Ron Davis cortaron y pegaron mol de ADN
• 1973 Stanley Cohen y H. Boyer pusieron ADNr en bacterias
• 1974 Demostración directa de delección génica humana
• 1975 Southern Blotting
• 1976 Proto-oncogenes
• 1977 Fred Sanger secuenció el virus de ADN Ф X174
• 1978 Biblioteca génica humana
• 1979 RFPL para diagnóstico prenatal, oncogenes celulares

5. AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA
MOLECULAR
• 1979-81 genes humanos clonados y secuenciados
• 1982 Tabaco, laprimeraplantamodificadagenéticamente
• 1983 Kary Mullisconcibeel PCR / Fred Sanger y colegas
• publican lasecuenciadel λ lambda
• 1985 Un “gen de enfermedad” aislado por clonación
posicional
• 1986 Lasecuenciación del ADN esautomatizada
• 1987 Inicia el Proyecto del GenomaHumano
• 1995 Essecuenciado labacteria Haemophillus influenzae
• 1996 EssecuenciadalalevaduraSaccharomyces cerevisiae
• 1998 Essecuenciado el nemátodo Caenorhabditis elegans
• 1999 Essecuenciado el cromosoma22 humano
• 2000 Essecuenciadalamoscadelafruta D. melanogaster /
• 26 dejunio sepresenta90% borrador genoma humano
• 2001 Feb 2001 se completa el genoma humano.

6. BASES MOLECULARES
DE LA VIDA

7. BIOTECNOLOGÍA
• Es el medio o vía de manipulación de
las formas de vida (organismos) para
proveer un producto deseable para el
uso del hombre.
• Areas cubiertas por el término
Biotecnología incluyen: i) Biología
Molecular: ADN recombinante, cultivo
de células animales, cultivo de tejidos
vegetales, inmunología, mejoramiento
animal y vegetal, ii) Fermentación, iii)
Sistema de Enzimas y iv) Otras.

8. .
Marcadores
Ingeniería Genética
Tecnología
del ADN
Fármacos
Anti-cáncer
Diagnósticos
Cultivo de
Células
Vegetales
Transferencia
de genes en
animales
Síntesis de
Sondas de
ADN
Localización
desórdenes
genéticos
Clonación
Solución de
crimenes
Producción de
Proteínas humanas
Terapia
Génica
Bancos de
ADN, ARN
Proteínas
Mapas de
Genomas
completos
Biología
Molecular
Biología
Molecular
Cultivos
CelularesCultivos
Celulares
AnticuerposMonoclonales
AnticuerposMonoclonales
Síntesis de Nuevas
Proteínas
Nuevos
Antibióticos
Nuevas
Plantas y
Animales
Nuevos
Alimentos
Recursos humanos
químicos raros
BIOTECNOLOGÍABIOTECNOLOGÍA

9. TECNOLOGÍA DEL ADN (DIAGNÓSTICO
MOLECULAR) PCR - REACCIÓN EN
CADENA DE LA POLIMERASA
• El PCR utiliza la capacidad de las
• Enzimas polimerasas que catalizan la
• formación y reparación de ADN (y ARN),
• mediante un mecanismo que permite
• iniciar y parar su actividad en un punto
• específico de una hebra de ADN, para lo cual
se emplean polimerasas obtenidas de
arqueobacterias como Termophillus
aquaticus que resisten temperaturas arriba
de los 100°C.
• Kary B. Mullis, de Cetus Corporation que
concibió el mecanismo del PCR, en la década
de los 80,s recibió el Premio Nobel en 1993.

10. Tecnología del ADN
FINGERPRINTING
• El ADN tiene muchas
regiones que son muy
variables en su estructura
(RFLPs) y pueden ser
usadas para ADN
fingerprintings. El ADN
puede ser obtenido de
sangre, fluidos corporales
y otros tejidos incluyendo
hueso, y es relativamente
estable, frecuentemente
sobre muchos años. Se
requieren cantidades muy
pequeñas y las muestras
pueden ser obtenidas de
manera no invasiva.

11. Tecnología del ADN (identificación de
paternidad)
DRE PADRE NIÑO 1 NIÑO 2 NIÑO 3 NIÑO

12. TECNOLOGÍA DEL ADN
BIOINFORMÁTICA
• Campo convergente de la
biología, computación e
información tecnológica en
una misma disciplina.
• La meta última de este campo es
posibilitar el descubrimiento de
nuevas ideas biológicas, así como
crear una perspectiva global de la que
puedan ser discernidos principios
unificadores de la biología
(www.ncbi.nlm.nih.gov/Education/index.html).

13. TECNOLOGÍA DEL ADN
GENÓMICA
• Es el estudio del
• genoma y su acción.
• El genoma es la suma total del material genético
presente en un organismo particular e incluye el
ADN presente en los cromosomas y en los
organelos subcelulares (ej., mitocondrias) e
incluye el genoma de ARN de algunos virus.
• El anuncio el 26 de junio de 2000, del borrador
del genoma humano en un 90%, marcó un hito
histórico para la humanidad.

14. GENOMAS TECNOLOGÍA DEL ADN
El genoma de un organismo es el juego completo de ADN. La planificación del Proyecto
Genoma Humano se inició en 1986, previsto para el 2007. En Junio de 2000 se presentó
el 90% del borrador con la secuenciación de unos 30,000 genes y 3 mil millones de pares
de bases (pb). Los genes son secuencias específicas de bases que codifican instrucciones
para hacer proteínas. Los genes son un 2% del genoma humano.
• Entre una persona y otra el ADN solo difiere en 0.2%
DENTIDAD GENÉTICA
De 289 genes
humanos
implicados en
enfermedades,
hay 177
cercanamente
similares a los
genes de
Drosophila.
60%
20%
70%
95% idéntico
Humanos
30,000
genes
Chimpancé
30,000
genes
Ratón
30,000
genes
A. thaliana
25,000
genes
C. elegans
19,000
genes
D. melanogaster
13,000
genes

15. • 1. Agrobacterium. Uso de la bacteria
• Como "Ingeniero Genético". La bacteria
• conteniendo el inserto, infecta las células
• de la planta produciendo la recombinación
genética.
2. Acelerador de Partículas (Gene Gun). Un
cañón artificial bombardea micropartículas con el
inserto, sobre la célula.
3. Electroporación. Uso de carga eléctrica para
que el ADN atraviese la membrana nuclear.
• 4. Polietilenglicol. Exposición de las
membranas al PEG, facilita el movimiento de las
moléculas de ADN.
5. Silicon Wiskers. Inyección con fibras
microscópi-cas, que atraviesan las membranas
con los insertos.
Ingeniería Genética SISTEMAS
DE TRANSFERENCIA GENÉTICA

16. GENÓMICA FUTURA
14th International Genome
Secuencing and Analysis
Conference (oct. 2002), la
US Genomics Inc., presentó
un aparato que lee la doble hélice de ADN sin
cortarlo. Abre la doble hélice espiral de ADN, la
lineariza y la pasa por un escaner para leerla en
un lector fijo (como una pélicula de carrete pasa
por un proyector), las moléculas se mueven a 30 M
de bases por minuto. En 40 minutos se pueden
Leer 3 mil M de bases. Si el sistema se logra
pasar a un biochip el tiempo bajará a menos de
cinco minutos por la habilidad de capturar un
Terabyte (1024 o 1000 gigabites, un gigabite =
1024 o 1000 Megabites) de información cada pocos
segundos.(Uehling, M. D, Bio-It World Nov. 12 2002).

17. TECNOLOGÍA DEL ADN
PROTEÓMICA
• La Proteómica es la “caracterización
sistemática a gran escala de las proteínas
presentes en una célula, tejido u organismo”. Es
una disciplina en su infancia limitada por la
tecnología disponible para quienes la practican.
Este es un diferente paradigma del
reduccionismo convencional de la investigación
científica que típicamente se enfoca en un
simple gen o una proteína; en tanto, que la
investigación del Proteoma (conjunto de todas
las proteínas que intervienen en los procesos
biológicos de una especie) aborda problemas
tales como el nivel de proteínas o actividades
que cambian entre dos condiciones
experimentales (Spelcher, 2002. The Scientist
16(8): 12, Apr. 15).

18. TECNOLOGÍA DEL ADN
DISCIPLINAS “ÓMICAS”
• Está ocurriendo la transición de décadas de
biología reduccionista, enfocadas a un gen o a
una proteína, por utilización de las nuevas
disciplinas “omicas” que incluyen:
Transcriptómica (espectro de moléculas de
ARN en cada célula tipo), Metabolómica
(todos los químicos en la célula), Fisiómica
(función de órganos, tejidos y ultimadamente el
organismo completo).
• Crítico para el éxito de esta revolución es la
bioinformática y nuevas estrategias de
computación, para modelar las propiedades de
células, órganos y estados de enfermedad,
produciendo órganos y pacientes virtuales
(Goldman, M., Bio-It World Nov.24 2002).

19. • La Ingeniería Genética o tecnología del
ADNr se inició en la década de los 70s.
Se refiere a un grupo de tecnologías
usadas para cambiar la composición
genética de las células y mover genes a
través de las fronteras de las especies
para producir nuevos organismos.
• Se pueden aislar genes, modificarlos,
introducirlos a nuevos hospederos, y
clonarlos para obtener una ventaja
novedosa sobre el organismo natural.
INGENIERÍA GENÉTICA O ADNr

20. ESTRUCTURA DE UN GEN
Promotores
Exones
Sitio de inicio de
la Transcripción
Sitio de terminación
de la Transcripción
Realzadores
< 100 Kb
Los promotores pueden ser genéricos o tejido específico
La función del gen depende de los FACTORES de TRANSCRIPCIÓN (FT) que activan a las
ARN pol. Los FT son: los Factores de Transcripción General (se unen a secuencias promotoras
genéricas) y los Activadores de Transcripción (se unen a secuencias promotoras específicas).
Los FT pueden encenderse o apagarse en respuesta a estímulos del entorno del individuo.
Entre los promotores de los genes que desarrollan la capacidad cerebral o talento de los
individuos están la alimentación, la salud, el estímulo temprano con experiencias motivadoras
(el juego), el amor.
Intrones

21. INGENIERÍA GENÉTICA
NUEVAS PROTEÍNAS
Enzimas producidas por Biotecnología
mediante el ADN recombinante se usan
como aditivos en dietas de aves,
para digerir carbohidratos complejos como las
beta-glucanasas, alfa-amilasas, maltasas, oligo
1-6 glucosidasas, xilanasas, sacarasas;
lipasas; proteasas y fitasas (para la utilización
del fósforo).
En México, tienen un gran impacto en la producción
avícola proporcionando 3/5 de carne de aves para el
consumo de proteína animal. Se considera que el
mercado mundial de enzimas como aditivos en los
alimentos crecerá del valor actual de US $ 60
millones al doble para el 2005.

22. INGENIERÍA GENÉTICA
NUEVAS PLANTAS
• ARROZ con altos niveles de tolerancia a
diferentes condiciones ambientales de estrés.
• Se insertaron dos genes fusionados de
trehalosa de E. Coli y un promotor tejido
específico dependiente del estrés. Los genes
de trehalosa permiten la producción de arroz
aún si está estresado por frio, sequía o altos
niveles de salinidad e incrementa la producción
en 20%. La composición química de los granos
no cambia.
• El azúcar trehalosa ayuda a estabilizar
moléculas biológicas: lípidos, enzimas y otras
proteínas, en organismos en condiciones de

23. Ingeniería Genética
NUEVOS ANIMALES
• 1987 secreción de Beta-lactoglobulina
en leche de ratón.
• Producción de proteína C humana en
leche de cerdos, para desórdenes como hemofilia.
• Hormonas de crecimiento humano en tejido
seminal de cerdo.
• Antitrombina humana III, anti-
coagulante sanguíneo secretada en
leche de cabras transgénicas.
• Cabras transgénicas para producir
BioSteel fibra hecha por el hombre
con propiedades de tela de araña.

24. INGENIERÍA GENÉTICA
NUEVOS ALIMENTOS
ARROZ DORADO con beta
caroteno de genes de narciso
y de Erwinia uredovora,
pigmentos que se transforman
en pro-vitamina A al ser ingeridos. Hay 70
patentes implicadas en la consecución del arroz
dorado; acuerdo con la industria reducen a 12 las
patentes esenciales y se limita su cultivo gratuito a las
explotaciones agrícolas que no superen los 10.000
dólares de beneficios anuales (Gebelli, 2001).
ARROZ fortificado con un gen de la ferritina del
frijol de soya. ARROZ con aa esenciales.

25. INGENIERÍA GENÉTICA
NUEVOS ALIMENTOS
Salmón transgénico por
hormona de crecimiento. Producido por
AF Protein Inc. Cuenta con el promotor de
la proteína de anticongelamiento de otra
especie de pez. Crece de 4 a 6 veces más
rápido que un salmón no transgénico.
Tiene un 20% en mejoramiento de la
eficiencia de conversión del alimento.
Cerdo transgénico para el precursor
de la hormona de crecimiento proteasa
resistente (GHRH). Por técnicas de
mutagénesis sitio dirigida y terapia
electrogénica, se introdujo en músculo de
cerdo. Los efectos de una inyección de 10
mg de dosis del plásmido, en cerdos de
tres semanas de edad, se mantuvo sobre
60 días con un 42% mayor que los
controles a los 62 días (42 kg contra 29
kg). (ISB, 2000 mar).

26. INGENIERÍA GENÉTICA
NUEVOS ANTIBIÓTICOS
• PAPA con la vacuna que previene la
insulina dependencia de la diabetes
mellitus 100 veces más poderosa que la
actual vacuna. PAPA con la sub-unidad
B antigénica de la enterotoxina del
Vibrio cholerae causante del cólera).
FRIJOL de SOYA con anticuerpos que
protegen contra el virus 2 de Herpes
simplex (HSV). TABACO con
anticuerpos que previenen la caries
dental producida por Streptococcus
mutans.

27. INGENIERÍA GENÉTICA
CLONACION
Término genérico para la
replicación en un laboratorio
de genes, células u organismos
de una entidad original, con
copias genéticas exactas del
gen, célula u organismo
original. Esta técnica ha
producido avances
sensacionales en medicinas y
vacunas. También hay
investigación en clonación de
células humanas, órganos y
otros tejidos. Esto puede
producir el reemplazo de piel,
cartilagos y hueso para
victimas de quemaduras y
accidentes, o de órganos.

28. Ingeniería Genética
TERAPIA DE CÉLULAS MADRE
CELULASMADRE
BLASTOCISTO
Células NERVIOSAS
Células PANCREATICAS Células CARDIACAS
Células
Formadoras de
SANGRE
MASADECELULAS INTERNAS
Células MADRE para transplantes de Organos
DÍA 4
Cavidad
Masa de células
internas
(células Madre
Embrionarias)Masa de células
internas
células
de
cubierta
interna
Modificado de: Scientific American, 2001

29. Ingeniería Genética TERAPIA GÉNICA
Rafael Valdes del Hospital de Niños de México
Implantó células de cerdo en 12 adolescentes
en procura de curar su diabetes.
En su método, usó células especializadas para proteger el transplante de
los sistemas inmunológicos de los pacientes hospederos, que nunca había
sido ensayado en humanos. Los implantes en los pacientes constan de
células pancreáticas de cerdo, las cuales producen insulina (hay
150 millones de diabéticos en el mundo) . Para prevenir el rechazo del
transplante implantó células de Sertoli (de testículo de cerdo) que han
mostrado que protegen a los tejidos transplantados del sistema inmune
recipiente en algunos modelos animales. Uno de los pacientes ha dejado
de inyectarse insulina y cinco otros están tomando menos insulina que
antes. Los resultados han llegado sin usar medicamentos Inmuno-
supresores, los cuales tienen que ser dados por el resto de sus vidas a
recipientes de transplantes (Nature/Vol. 419/5 sept. 2002).

30. • El que investiga genera nuevos
CONOCIMIENTOS, que pone a
disposición de otros como DATOS,
que al ordenarse son INFORMACIÓN,
que puede llegar a ser
CONOCIMIENTO útil, apropiado o
adaptado, por la infraestructura de
investigación de C&T que posea un
país.
REFLEXIONES

31. • La incidencia positiva que las actividades de I+D tienen sobre el
desarrollo de los países ha conducido a los gobiernos de los
diferentes estados a destinar una parte de sus recursos
financieros a potenciar ambas actividades. De esta manera ha
sido posible diversificar las líneas de investigación con la
finalidad de abarcar cada vez más campos y, al mismo tiempo,
asegurar la formación de personal cualificado.
• CHINA, actualmente a la vanguardia en el desarrollo
científico y tecnológico mundial, fundamentó en
1980 su productividad y competitividad, mediante Políticas de
Ciencia y Tecnología, que formó miles de Ph.D. en todas las
disciplinas de la C&T, en las más prestigiosas Universidades
del mundo.
• CHILE, país al que imitamos constantemente, ejecuta la
estrategia de las tres (C) COPIAR,
COMPRAR, CREAR, para lo cual cuenta con recurso
humano calificado.
REFLEXIONES

32. REFLEXIONES
Es de urgencia para el país
apostarle a una Política de
Nación de Ciencia y de
Tecnología, que identifique
los nichos de conocimiento
a ocupar, y promueva la
adquisición de infraestructura
necesaria y la formación de
recursos humanos con
capacidad de investigar,
desarrollar y aprovechar
tecnologías que ayuden a
mejorar la calidad de v

33. ¡MUCHAS GRACIAS
POR SU ATENCION¡
BIENVENIDAS SUS
PARTICIPACIONES