Unidad 8: La revolución genética
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Unidad 8: La revolución genética. ADN.

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Unidad 8: La revolución genética

ADN

  • La célula es la unidad del organismo vivo capaz de actuar de manera autónoma. Pese a las muchas diferencias de aspecto y función de los distintos seres vivos, todas las células contienen información, que está codificada en moléculas de ADN. Esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia (herencia).

  • La química de un organismo está dominada y coordinada por macromoléculas, originadas por encadenamiento de subunidades más pequeñas. Las propiedades de estos compuestos químicos permiten a células y organismos crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son: polisacáridos (formados por glúcidos), proteínas (formadas por aminoácidos) y ácidos nucléicos(ADN y ARN, formados por nucleótidos).


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  • Un nucleótido de ADN posee los siguientes componentes:

    • Desoxirribosa

    • Ácido fosfórico

    • Base nitrogenada: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T)

  • El ADN posee una estructura primaria que tiene lugar por la unión, sin restricción alguna de ordenación, de nucleótidos, para la formación de largas cadenas polinucleotídicas. Pero existe una estructura secundaria en doble hélice formada por cadenas polinucleotídicas antiparalelas.

  • Antes de la división celular, el material genético de una célula eucarionte está en la cromatina y es en la división celular cuando aparecen los cromosomas como estructuras independientes que contienen ADN y proteínas.


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  • La Genética es la ciencia que estudia los genes individuales y sus efectos.

  • El gen es la unidad de información transmitida que informa a la célula sobre cómo fabricar proteínas.

  • Las moléculas de ADN contiene la información biológica útil que se transmite de forma estable. Su replicación permite el paso sin variación de célula a célula y de generación en generación, con mecanismos sencillos de traducción de los mensajes, aunque puede haber variaciones ocasionales, lo cual, aunque parece un contrasentido con lo indicado en los anteriores requisitos, obedece a la necesidad biológica de la evolución orgánica, con la producción de nuevos genotipos sobre los que puede actuar la selección natural. Es decir, la estructura del ADN permite la mutación y la recombinación.

  • El genotipo es el conjunto de genes de un individuo como reflejo de su secuencia de ADN.

  • El fenotipo son las características o rasgos visibles de un individuo, en donde han influido las condiciones ambientales y su dotación genética determinada.


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  • El ADN es el portador de la información genética y dicta órdenes para que la célula elabore las proteínas, el ARN se ocupa de que esas órdenes se ejecuten, bien canalizando la información desde el ADN, engarzando aminoácidos o sirviendo de soporte a la síntesis proteica en unos orgánulos citoplasmáticos denominados ribosomas.

  • Existe tres tipos de ARN: mensajero, de transferencia y ribosómico.


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INGENIERÍA GENÉTICA

  • La estructura de ADN se descubrió a mediados del siglo XX por Watson y Crik. A partir de 1970 se produjo un gran avance con el desarrollo de dos herramientas biológicas básicas:

    • La identificación de las enzimas de restricción.

    • La reacción en cadena de la polimerasa.

  • Con estas dos herramientas, un conjunto de técnicas y un mayor conocimiento de los genes, empieza la Biotecnología, ciencia que integra las ciencias naturales y la ingeniería, con objeto de aplicar a organismos, las células, parte de ellas y sus moléculas, en el desarrollo de productos y servicios útiles para el ser humano. También nace la Ingeniería genética que es el conjunto de técnicas que permiten manipular los genes de un ser vivo.


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TÉCNICAS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

  • La tecnología del ADN recombinante: Aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en un ADN de un organismo extraño receptor. Se obtiene un ADN recombinante. Se realiza a través de las enzimas de restricción que son capaces de cortar el ADN en puntos concretos. Esta tecnología permite obtener fragmentos de ADN en grandes cantidades que llevan el gen o los genes que se deseen.


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  • Las técnicas de secuenciación del ADN: Permiten averiguar la secuencia de los nucleótidos que forman parte del ADN, sintetizar el mismo en el laboratorio, aislar genes, modificarlos y transferirlos a otras células. El método de secuenciación enzimática parte de un molde que es ADN desnaturalizado y de un cebador, que hace de enganche para el inicio de la síntesis con el ADN molde anterior, en donde se va a iniciar la secuenciación. El cebador permite que la ADN- polimerasa pueda empezar a copiar la cadena complementaria al molde de ADN, dirigiendo la colocación de nucleótidos.


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  • La reacción en cadena de la polimerasa (PCR): Reacción enzimática realizada in vitro, que permite llevar a cabo una amplificación génica como consecuencia de una serie de ciclos repetidos en los que secuencialmente el ADN se desnaturaliza, se renaturaliza o hibrida con cebadores, se sintentiza nuevo ADN como extensiones de los cebadores y nuevamente se desnaturaliza para dar comienzo al siguiente ciclo. Se consigue aumentar el número de copias de un fragmento determinado de ADN, sin necesidad de aislarlo.


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APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

  • Producción de plantas y animales transgénicos, clonación de animales, obtención de microrganismos modificados genéticamente para producir fármacos y otros productos de utilidad, como la insulina humana.

  • El diagnóstico de enfermedades hereditarias o causadas por la alteración de un gen.

  • La mayor aplicación de estas técnicas será la terapia genética encaminada a corregir o sustituir un gen alterado por uno no mutado.

  • Identificación de especies, determinación de la huella genética de los individuos, secuenciación del ADN de fósiles y determinación de la secuencia de nucleótidos del genoma de diferentes especies.


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EL PROYECTO DEL GENOMA HUMANO

  • Genoma es el conjunto de genes de un ser vivo, el genoma humano es el de la especie humana y el proyecto del genoma humano (PGH) consiste en determinar la secuencia de nucleótidos del genoma humano, es decir, de su genotipo.

  • En 1989 se creó en EE. UU. el Centro Nacional para la Investigación del Genoma y al año siguiente se puso en marcha el PGH, con la participación de un consorcio internacional de laboratorios subvencionados con dinero público, bajo la dirección de Watson. El fin era descodificar el genoma humano, es decir, ubicar los aproximadamente 100 000 genes que se creía que existían y determinar la secuencia de todo el ADN humano.


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  • Los objetivos del PGH se concretaron en:

    • Obtener el mapa de los genes, es decir, identificar y localizar el conjunto de todos los genes en la molécula del ADN humano.

    • Hallar la secuenciación de todas las bases químicas de los nucleótidos, es decir, determinar las posiciones relativas de dichas bases químicas del ADN.

    • Almacenar esta información en bancos de datos, propiciando el intercambio de la información obtenida para uso de toda la humanidad.

    • Desarrollar nuevas tecnologías aplicables a la secuenciación con la introducción de nuevos instrumentos para el análisis de los datos obtenidos.

    • Suscitar un debate público en torno a los temas éticos, sociales, comerciales y legales, que se preveía surgirían con el paso del tiempo a propósito del desarrollo del proyecto.


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  • El Proyecto Genoma Humano aporta las siguientes conclusiones:

    • Existe un número de genes humanos muy inferior al previsible inicialmente; en concreto, son menos de 30 000. Entre el ADN humano y el de la mosca de la fruta hay más de un 80% de coincidencia. Si la comparación se hace con un mamífero, las coincidencias son de un 90%. Si se hacen con un chimpancé, las coincidencias suben a un 96%.

    • Un gen no codifica solo la síntesis de una proteína sino muchas, regulando las combinaciones posibles de fragmentos de gen, o empezando y terminando la expresión del gen a ARN o de la traducción de este a proteína en diferentes puntos.

    • Parte de la cadena de ADN no está formada por genes, y se habla de ADN basura y de pseudogenes, además de la presencia de solapamientos o duplicaciones de genes y transposones, por lo que los seres vivos complejos no están determinados solo por los genes, sino que el medio intracelular, el extracelular y el medio ambiente son factores importantes que influyen en el desarrollo.


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LA REPRODUCCIÓN ASISTIDA

  • La reproducción asistida o fecundación artificial consiste en una manipulación de los gametos para producir la reproducción de los seres humanos por un mecanismo diferente a la copulación o acto sexual entre ellos.

  • Las principales técnicas de reproducción asistida son las siguientes:

    • Inseminación artificial: Consiste en la introducción del semen o esperma del varón que contiene los espermatozoides en el útero de la mujer para tratar de lograr el embarazo de esta. Se puede inseminar semen de la pareja o de un donante.

      • Con semen de la pareja. Se practica cuando hay algún impedimento fisiológico en el hombre para lograr el embarazo de la mujer.

      • Con semen de un donante. Se aplica en casos de infertilidad masculina; cuando se pueda transmitir una enfermedad hereditaria del varón a los hijos; y últimamente se utiliza en casos en los que la mujer desee tener un hijo sin relaciones sexuales.


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  • Fecundación in vitro con transferencia de embriones (FIVET): Consiste en la extracción del óvulo femenino para fecundarlo con esperma obtenido previamente del hombre y propiciar el encuentro de ambos en una probeta. Después de un tiempo de incubación en la probeta, el embrión fecundado se transfiere al cuerpo de la mujer para continuar su desarrollo posterior durante el embarazo hasta el parto. Existe la variante de la FIVET llamada ICSI (Inyección Intracitoplasmática de Espermatozoides), que es una técnica de micromanipulación que involucra inyectar esperma masculino directamente dentro del óvulo de la mujer para facilitar la fecundación.


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  • Transferencia intratubárica de gametos (GIF), en la que los espermatozoides y los óvulos son colocados directamente en la trompa de Falopio de la mujer mediante una laparoscopia. Esta técnica es intermedia entre una inseminación y una fecundación in vitro.


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LA CONSERVACIÓN Y LA SELECCIÓN DE EMBRIONES

  • Un número importante de embriones se pierden en el proceso de la FIV. Por ello se planteó como necesario que existiese abundancia de embriones que se pudiesen transferir a una mujer y además un sistema adecuado para la conservación de los mismos.

  • Después de realizada la FIV, el resto de los embriones viables producidos y no implantados son sometidos a un proceso de congelación para poder conservarlos durante un cierto tiempo.

  • El proceso de congelación y descongelación afecta a su normal desarrollo, especialmente si proceden de fecundaciones realizadas con inyección del espermatozoide, que puede alterar la membrana del cigoto. Si no son requeridos por los progenitores, los embriones congelados quedan como sobrantes del proceso y legalmente se pueden donar a otra pareja.

  • El avance de la Biología molecular ha permitido poner en marcha un sistema de selección de los embriones in vitro. Para ello se somete a los embriones a un análisis genérico con el fin de introducir solo aquellos que se adapten a criterios establecidos. Esta selección se realiza con base en los resultados obtenidos por el diagnóstico preimplantacional.


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CLONACIÓN DE ORGANISMOS

  • Clonar organismos es obtener uno o varios individuos a partir de una célula somática o de un núcleo de otro individuo, de modo que los individuos clonados son iguales o casi idénticos al original.

  • La obtención de forma artificial de mamíferos clónicos a partir de células embrionarias tempranas, que poseen la propiedad de la pluripotencia por no haber entrado aún en diferenciación, es una técnica denominada paraclonación. Pero en 1997 se dio otro paso, al conseguir IanWilmut la obtención de una oveja por clonación, Dolly, a partir del núcleo de una célula poco diferenciada pero de un individuo adulto.

  • Esta técnica consiste en un primer paso de transferencia nuclear, en la que participan dos células: las que dona su material genético y el óvulo que lo acepta. Y un segundo paso de reprogramación del núcleo para que el ADN adquiera las características que le permita desarrollarse en el organismo.


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CÉLULAS MADRE

  • Células madre son células que no han completado su diferenciación, bien por formar parte de un embrión de pocos días, o por formar parte de las reservas naturales de células inmaduras en el organismo adulto.

  • Características de las células madre:

    • Autorrenovación: Capacidad de producir más células madre.

    • Originar células hijas de varios tipos, que se convierten por diferenciación en distintos tipos de celulares especializados.


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  • Distintos tipos de células:

    • Células totipotentes: La primera célula de todo ser vivo (cigoto) es totipontente, porque genera el embrión y, por tanto, el organismo completo.

    • Células pluripotentes: Pasados cinco días después de la fertilización se obtiene el blastocisto, donde ya hay una primera especialización, con la aparición de una capa superficial que da origen al trofoblasto, del que deriva la placenta, y una cavidad casi hueca en la que se halla la masa celular interna, cuyas células son pluripotentes, porque dan origen al feto completo con todos los tejidos y tipos celulares del adulto.

    • Células multipotentes: En tejidos adultos diferenciados, existen células madre multipotentes, que pueden originar células de uno o varios tipos de tejidos. Se hallan en la médula ósea roja y en la piel, y se ha descubierto su existencia en todos los tejidos.


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  • Las células madre pueden ser de dos tipos:

    • Célula madre embrionaria: Es una célula indiferenciada procedente de la masa celular interna del blastocisto, que se mantiene como tal en cultivo en el laboratorio, y bajo determinados estímulos puede conducir a poblaciones de células diferenciadas.

    • Célula madre adulta: Es una célula indiferenciada que se encuentra en un tejido diferenciado, y que tiene como función específica permanecer en el organismo como reserva para la reparación de tejidos y órganos. La célula madre adulta puede renovarse a sí misma y, con ciertas limitaciones, diferenciarse para dar lugar a células del mismo u otros tipos de las del tejido del cual proviene.


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BIOÉTICA

  • La Bioética, o ética aplicada a las intervenciones en los seres vivos, es el estudio sistemático de la conducta humana en el área de las ciencias de la vida y de la salud, desde el punto de vista de la licitud o ilicitud moral de ese tipo de acciones.

  • Un principio fundamental de la bioética es que no todo lo que es técnicamente posible puede considerarse moralmente admisible. No todo lo que puede hacerse, debe hacerse.

EL CRITERIO ÉTICO QUE INSPIRA LA BIOÉTICA ES LA DIGNIDAD DEL SER HUMANO

  • La dignidad o valor absoluto es la propiedad específica de un ser vivo que es libre. Ser libre significa que no se está encerrado en el determinismo de los procesos biológicos. Que la vida no le viene resuelta como al resto de los vivientes sino que tiene que hacer su propia biografía.

  • Un ser humano puede poner su vida al servicio de los demás o gastarla solo para su egoísmo; que puede darse hasta entregar su propia vida, no puede ser tratado como un esclavo, ni puede ser usado solo como medio para otros intereses.


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PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA BIOÉTICA

La vida humana es inviolable.

La ciencia, la técnica y el progreso deben estar al servicio de la humanidad y de la vida.

El fin no justifica los medios.

Tratar a los demás como a uno le gustaría que le tratasen.


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RELACIÓN DE LA BIOÉTICA CON OTRAS DISCIPLINAS

  • Entre bioética y antropología: La antropología estudia el carácter personal del ser humano en el marco de la sociedad a la que pertenece. La bioética es con frecuencia materia de discusión política, jurídica y religiosa, con enfrentamientos entre los que defienden el progreso tecnológico sin límites en todos sus aspectos y los que afirman que el avance tecnológico deber estar supeditado al respeto de los valores de la dignidad de la persona humana.

  • Entre la bioética y biología humana, fundamentalmente a través de la llamada selección eugenésica negativa. La eugenesia defiende la mejora de los rasgos hereditarios humanos. Puesto que por ahora no es posible técnicamente la intervención llamada positiva, solo se realiza la negativa, que está encaminada a:

    • Que no se reproduzcan las personas que porten taras.

    • Eliminar los embriones generados in vitro que posean algún defecto o predisposición a tenerlo.

    • Eliminar mediante el aborto los fetos que puedan presentar algún tipo de tara.


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APLICACIÓN DE LAS CÉLULAS MADRE

  • La investigación sobre células madre está ligada a la terapia celular en la medicina regenerativa. Se trata de reemplazar o restituir el correcto funcionamiento de un órgano dañado, utilizando para ello células madre.

  • Existen dos tipos de terapias celulares a partir de células madre:

    • La terapia celular a partir de células madre embrionarias está descartada por ahora debido a que no se ha podido dominar el descontrol de su proliferación. Queda sólo la posibilidad de usarlas en investigación. Desde su inicio la investigación con las células madre obtenidas de embriones se unió al desarrollo de la clonación. El proceso se realiza extrayendo el núcleo de una célula somática para introducirlo en un óvulo al que previamente se le ha retirado su núcleo, así se consigue un cigoto clónico. Se le estimula con pequeñas descargas eléctricas para que comience a dividirse y alcance el estado de blastocisto, que tiene células pluripotentes. Se separan las células madre y se ponen en cultivo para obtener muchas.


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  • La terapia celular a partir de células madre de adulto se basa en su capacidad de madurar y en su plasticidad. Presentan la suficiente flexibilidad como para generar células especializadas de otros linajes o del mismo. El proceso parte de la extracción en el enfermo de una muestra de tejido que las contenga, de la cual aislar la célula deseada. A continuación se manipulan las células para obtener la cantidad suficiente y el estado de maduración adecuado para devolverlas al paciente. Riesgo de rechazo nulo. Para investigar con células madre de un adulto enfermo existía la dificultad de la cantidad de células que se necesitan ya que crecen poco. Se ha solucionado recientemente en una combinación de la ingeniería genética y reprogramación celular.

  • Recientemente se ha conseguido rejuvenecer células madre de la piel de un adulto hasta células en estado embrionario.


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