Biotecnología

1. Biotecnología La biotecnología es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, ciencias forestales y medicina. Se desarrolla en un enfoque multidisciplinario.

2. La biotecnología podría definirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos".

4. Los inicios de la transformación de alimentos Hace 8 mil años, los sumerios y babilonios comenzaron a producir cerveza mientras que los egipcios descubrieron la técnica para elaborar pan de levadura hace 6 mil años.

5. Alrededor de la misma época se desarrollaron otros procesos para la conservación de alimentos (particularmenteenen China) como la fabricación de yogurt, queso, vinagre y vino. El biólogo Louis Pasteur gracias a cuyos trabajos se comprendió el mecanismo de la fermentación.

6. En 1798 Edward Jenner, infectaba a la gente con viruela bovina para inducir resistencia a la viruela humana, (vacuna viene de la palabra latina vaccinus que quiere decir "a partir de vacas").

7. En 1928, Alexander Fleming, descubre la penicilina.

8. -La Ingeniería Genética es una nueva ciencia que trata de la manipulación de los genes y de sus productos. Sus métodos de trabajo son también conocidos como técnicas del ADN recombinante.

9. Las aplicaciones de esta tecnología y, por tanto, sus finalidades entre otras muchas, son: a)facilitar la prevención de algunas enfermedades. b)identificación de personas con fines legales. c)posibilidad de aislar un gen y expresar-sintetizar la proteína que codifica a gran escala.

10. La Ingeniería Genética nació como consecuencia del descubrimiento de que algunas bacterias resistentes a los fagos tienen unas enzimas que cortan en trozos pequeños las moléculas de ADN extrañas.. Estas enzimas se conocen como enzimas de restricción o restrictasas(son del tipo de las endonucleasas y se conocen más de 200).

11. -Las técnicas del ADN recombinante, básicamente, consisten en lo siguiente: a)se toman fragmentos de ADN de distintos organismos y se unen 'in vitro' ('recombinación in vitro'); el ADN que resulta se conoce como ADN recombinante.

12. b)el ADN recombinante se introduce en otras células (generalmente bacterias), en las cuales se logra la expresión de sus genes

13. -La Ingeniería Genética utiliza, entre otras técnicas de trabajo: 1) Obtención de fragmentos de ADNque pueden ser estudiados y manipulados. Para ello se utilizan enzimas de restricción y retrotranscriptasas. 2) Clonación génicapara la obtención de gran cantidad de fragmentos de ADN. Entre otras se utiliza la técnica PCR (reacción en cadena de la polimerasa).

14. PAPEL DE LAS ENZIMAS DE RESTRICCIÓN -Las restrictasas ... a)se utilizan para obtener ‘fragmentos de restricción’(pequeños segmentos de ADN), fáciles de analizar y manipular. b)cortan el ADN por sitios específicos, llamados secuencias de reconocimiento(formadas por cuatro u ocho pares de bases, que, en la bacteria original, están protegidas para evitar que se destruya su propio ADN)

16. c)estas enzimas ‘tijeras biológicas’, al cortar el ADN, originan segmentos cohesivos(o adhesivos) d) estos extremos cohesivos pueden unirse a otros fragmentos de ADN para constituir segmentos de ADN objeto de análisis y estudio.

17. Preparando ADN Recombinante 5’ G A A T T C 3’ C T T A A G one DNA fragment another DNA fragment 5’ G A A T T C 3’ 5’ C T T A A G 3’

18. nick 5’ G A A T T C 3’ 3’ C T T A A G 5’ nick DNA ligase action G A A T T C C T T A A G

19. Cromatografía y electroforesis - Separación de fragmentos de ácidos nucleicos por migración en geles- En electroforesis se aplica una diferencia de potencial eléctrico- Pueden separar fragmentos de mezclas de hasta 20 KbPueden diferenciarse fragmentos de 1000 pb http://biomodel.uah.es/biomodel-misc/anim/elfo/electrof2.html

21. Tinción con bromuro de etidio que presenta fluorescencia al ser iluminado con luz ultravioleta

22. PAPEL DE LAS RETROTRANSCRIPTASAS -Esta técnica se utiliza para obtener fragmentos de ADN, cada uno de los cuales corresponde a un gen estructural, cuando se dispone del ARNm. -Consiste en sintetizar en 'in vitro' el ARNm correspondiente, o bien aislar de la célula el ARNm deseado (hay técnicas para conseguirlo). Entonces, utilizando el ARNm adecuado, mediante transcriptasa inversa, se sintetiza el ADN correspondiente. http://ametsaskeak.wordpress.com/2008/12/19/describe-brevemente-como-actua-el-virus-en-las-celulas-humanas-adjunta-una-animacion-flash-que-ilustre-la-reproduccion-del-vih/

23. REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA (Técnica PCR) -Caracterísitcas: a)es una técnica de clonación génica b)produce muchísimos fragmentos de ADN (‘in vitro’) a velocidad extraordinaria. c)requiere conocer las secuencias de bases del fragmento de ADN que se pretende replicar (clonar).

25. d)con estas secuencias se deben sintetizar cortas cadenas complementarias de ADN (de unos 20 nucleótidos). e)estas cortas cadenas funcionarán como cebadores o ‘primers’ de ADN para que actúe la ADN-polimerasa. Se emplean ADN polimerasas termoestables, extraídas de microorganismos adaptados a vivir a esas temperaturas, restrictivas para la mayoría de los seres vivos. Dichos microorganismos, generalmente arqueas, son: Thermus aquaticus (polimerasa Taq), Pyrococcus furiosus (Pfu), Thermococcus litoralis (Vent) y Thermus termophilus (Tth). Generalmente se emplean mezclas de polimerasas muy procesivas (Taq) con otras con corrección de errores (Pfu, Vent).

26. -La técnica PCR se desarrolla así: a)el fragmento de ADN a replicar se introduce en una disolución que contiene ADNpol. b)se añaden desoxirribonucleótidos en cantidad y las moléculas de cebador ya sintetizadas. c)al calentar, se separan las hebras complementarias del fragmento de ADN. d)al enfriar, se unen los cebadores a las hebras simples de nucleótidos, lo cual es reconocido por la ADN-pol que comienza a añadir nucleótidos formando la hebra complementaria. e)calentando y enfriando alternativamente la solución, se pueden obtener millones de copias de ADN en períodos de tiempo cortos.

27. 90-95º C PRIMER DE UNOS 18 NUCLEOTIDOS

28. VECTORES DE CLONACIÓN Los vectores de clonado, son los agentes transportadores capaces de introducir el ADN en las células hospedadoras. Los vectores de clonación son pequeñas moléculas de ADN, que tienen capacidad para autorreplicarse dentro de las células hospedadoras. Se utilizan con frecuencia dos tipos de vectores de clonación: plásmidos y virus. de introducirlos en las células hospedadoras.

29. Plásmidos. Son moléculas de ADN circular, con un tamaño menor que el del cromosoma. Se replican con independencia del cromosoma bacteriano ya que tienen su propio origen de replicación. Tenemos un gen(color rojo) que interesa insertar en un plásmido (color turquesa)

30. Una enzima de restricción ha cortado el gen y el plásmido, quedando unos bordes cohesivos o pegajosos.

31. La unión del ADN que contiene el gen que se desea clonar con el vector de clonación, se realiza por medio de otras enzimas, denominadas ADN-ligasas, que unen ambos trozos de ADN. El resultado es una molécula de ADN recombinante, ya que contiene fragmentos de ADN de distinta procedencia.

33. Bacteriófagos.El proceso es similar, se trata de insertar el gen deseado en un fragmento de ADN vírico (figura d) • Posteriormente se ensamblarán las distintas partes del virus (figura e). Así quedará el virus completo(figura f). En el siguiente paso se insertará este ADN por el proceso de la TRANSDUCCIÓN. figura d figura e figura f

34. Cósmidos . Son plasmidos que contienen el fragmento de ADN deseado que posee un borde cohesivo procedente del genoma del fago lambda (extremo cos)y se empaqueta en el interior de un fago. Se construye el cosmido uniendo los tres elementos génicos, y el resultado final es poder introducir en la célula receptora fragmentos largos de ADN.

36. Además del origen de replicación, los vectores de clonación deben llevar otros genes denominadosmarcadores, que sirven para identificar las células que contienen el vector de clonación. Se suelen utilizar como marcadores, genes de resistencia a antibióticos y genes de bioluminiscencia.

37. Genes de resistencia a antibióticos. Sirven para identificar bacterias que contienen el vector de clonación, porque estas bacterias serán resistentes al antibiótico del gen marcador. Genes de luminiscencia.. En este caso, la célula que contenga el gen que se quiere clonar, tendrá la propiedad de emitir luz, ya que el marcador que se le incorpora determina que se exprese esa característica. Este sistema se emplea cuando la célula hospedadora es una célula eucariota.

38. Métodos de introducción del vector. El siguiente paso será introducir el vector de clonación que contiene el gen que se quiere clonar en la célula hospedadora, para que ésta, al multiplicarse, origine un clon celular que lleve el gen concreto. Existen varios métodos que dependerán del tipo de célula fundamentalmente. En bacterias (células procariotas), mediante estos procesos: - TRANSFORMACIÓN - TRANSDUCCIÓN

39. Transformación. Ocurre espontáneamente en ciertos tipos de bacterias y se consigue artificialmente sometiendo a la célula bacteriana a tratamientos físicos y químicos. La célula capta moléculas de ADN que se encuentran en el medio externo, las introduce en su interior y las incorpora a su genoma.

42. Transducción. • Este método consiste en introducir el ADN en la célula hospedadora mediante un virus, utilizando como vector de clonación el genoma del virus. • En la siguiente figura puede verse el proceso en tres etapas. • El número 1 corresponde al virus aproximándose a una bacteria. Se puede observar como lleva un genoma ya con el gen que interesa clonar. • El siguiente momento 2, corresponde al contacto entre el virus y la pared bacteriana, en cuya zona de contacto se produce un poro por donde como vemos en la etapa 3. • El virus inyecta su ADN al interior de la célula bacteriana.

44. IDENTIFICACIÓN DE UN CLON CON EL FRAGMENTO DE ADN DESEADO 1 ! &- 1# '! #&# - &<

45. APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA. EN MEDICINA -Actualmente se sabe que las enfermedades genéticas debidas a un solo gen defectuoso ascienden a más de 4000, de las cuales 345 afectan al cromosoma X. A título de ejemplo, en el siguiente gráfico anotamos algunas de las enfermedades genéticas y su localización cromosómica: -

47. -Las aplicaciones se pueden concretar en cuatro aspectos: 1) La producción de sustancias con efectos terapéuticos. Entre estas sustancias podemos citar a título de ejemplos más relevantes: -Somatostanina(SS) que, segregada por el hipotálamo, inhibe la síntesis de somatotropina (GH) u hormona del crecimiento. -Insulinaque, segregada por el páncreas, regula la concentración de glucosa en sangre. La producción de insulina que se obtiene a partir de la levadura Sacharomyces cerevisae, en la cual se clona el gen de la insulina humana

48. -Somatotropina(GH) que, segregada por la adenohipófisis controla y regula el normal crecimiento (evitando enanismo). • Interferones, que son proteínas elaboradas por células animales en respuesta a una infección vírica. -Factor VIII antihemofílico(AHF), es una globulina que estimula a las plaquetas (para la coagulación sanguínea). -Renina, es una enzima que cuaja la leche, necesaria para la elaboración de quesos (o para algunos fármacos). -Celulasa, enzima hidrolítica de la celulosa, es utilizada en algunos preparados digestivos. -Vacunas recombinantes, como la de la hepatitis B.

49. El sistema tradicional de obtención de vacunas a partir de microorganismos patógenos inactivos, puede comportar un riesgo potencial. Muchas vacunas, como la de la hepatitis B, se obtienen actualmente por ingeniería genética. Como la mayoría de los factores antigénicos son proteinas lo que se hace es clonar el gen de la proteina correspondiente.