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JOSÉ ROBERTO ALEGRÍA COTO Depto. de Desarrollo Científico y Tecnológico [email protected] PowerPoint PPT Presentation


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Fac. de CCNN y Matemática (UES) PROGRAMA DE JÓVENES TALENTO. “BIOLOGÍA MOLECULAR: Herramienta de la Biotecnología”. JOSÉ ROBERTO ALEGRÍA COTO Depto. de Desarrollo Científico y Tecnológico [email protected] Centro Escolar Doroteo Vasconcelos Ayutuxtepeque, San Salvador. CONTENIDO:.

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JOSÉ ROBERTO ALEGRÍA COTO Depto. de Desarrollo Científico y Tecnológico [email protected]

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Jos roberto alegr a coto depto de desarrollo cient fico y tecnol gico ralegria conacyt gob sv

Fac. de CCNN y Matemática (UES)

PROGRAMA DE JÓVENES TALENTO

“BIOLOGÍA MOLECULAR: Herramienta de la Biotecnología”

JOSÉ ROBERTO ALEGRÍA COTO

Depto. de Desarrollo Científico y Tecnológico

[email protected]

Centro Escolar Doroteo Vasconcelos

Ayutuxtepeque, San Salvador.

.


Jos roberto alegr a coto depto de desarrollo cient fico y tecnol gico ralegria conacyt gob sv

CONTENIDO:

  • Objetivos

  • Historia de la Biología Molecular

  • La Biología Molecular: herramienta de la

  • Biotecnología

  • Tecnología del ADN

  • Ingeniería Genética

  • Marcadores

  • Reflexión Final


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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.


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AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR

1941Genes codifican las proteínas

1944Prueba que el ADN porta la información genética

1953Determinación de estructura del ADN y de la Insulina

1956Enfermedad monogénica sustitución de un aa cadena β-hemoglobina

1961 Código Genético, ARN mensajero, regulación génica

1967 Wise y Richardson aislaron ADN ligasa

1970Smith y colegas aislaron y caracterizaron la Hind III

1972Janet 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

1975Southern Blotting

1976Proto-oncogenes

1977Fred Sanger secuenció el virus de ADN ФX174

1978Biblioteca génica humana

1979RFPL para diagnóstico prenatal, oncogenes celulares


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AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR

1979-81genes humanos clonados y secuenciados

1982Tabaco, la primera planta modificada genéticamente

1983Kary Mullis concibe el PCR / Fred Sanger y colegas

publican la secuencia del λlambda

1985Un“gen de enfermedad” aisladoporclonación posicional

1986La secuenciación del ADN es automatizada

1987Inicia el Proyecto del Genoma Humano

1995Es secuenciado la bacteria Haemophillus influenzae

1996Es secuenciada la levadura Saccharomyces cerevisiae

1998Es secuenciado el nemátodo Caenorhabditis elegans

1999Es secuenciado el cromosoma 22 humano

2000Es secuenciada la mosca de la fruta D. melanogaster /

26 de junio se presenta 90%borrador genoma humano

2001 Feb 2001 se completa el genoma humano.


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BASES MOLECULARES

DE LA VIDA

ADN ADN

ARN

PROTEÍNAS

genoma

Célula

cromosomas

genes

los genes

contienen

instrucciones

para hacer

proteínas

ADN

proteínas

las proteínas actúan

solas o en complejos

para realizar las

funciones celulares


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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.


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BIOTECNOLOGÍA

Transferencia de genes en animales

Fármacos

Anti-cáncer

Cultivo de Células Vegetales

Diagnósticos

Anticuerpos Monoclonales

Cultivos Celulares

Solución de crimenes

Biología

Molecular

.

Marcadores

Tecnología del ADN

Ingeniería Genética

Síntesis de Sondas de ADN

Bancos de ADN, ARN Proteínas

Síntesis de Nuevas Proteínas

Clonación

Producción de Proteínas humanas

Localización

desórdenes genéticos

Nuevas

Plantas y

Animales

Mapas de Genomas completos

Recursos humanos químicos raros

Nuevos

Alimentos

Nuevos

Antibióticos

Terapia

Génica

BIOTECNOLOGÍA


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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.


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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.


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MADRE PADRE NIÑO 1 NIÑO 2 NIÑO 3 NIÑO 4

Tecnología del ADN (identificación de paternidad)


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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).


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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.


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Tecnología del ADN

GENOMAS

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%

60%

IDENTIDAD GENÉTICA

De 289 genes

humanos

implicados en

enfermedades,

hay 177

cercanamente

similares a los genes de

Drosophila.

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


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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).


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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).


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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).


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INGENIERÍA GENÉTICA O ADNr

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.


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ESTRUCTURA DE UN GEN

Los promotores pueden ser genéricos o tejido específico

Promotores

Realzadores

Exones

Intrones

Sitio de inicio de

la Transcripción

Sitio de terminación

de la Transcripción

< 100 Kb

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.


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Ingeniería GenéticaSISTEMAS

DE TRANSFERENCIA GENÉTICA

1. Agrobacterium. Uso de la bacteria

Como "Ingeniero Genético". La bacteria

conteniendo el inserto, infecta las células

de laplanta 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.


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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; proteasasyfitasas(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.

(Avila G., E. Huatulco 2001).


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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 estrés (PNAS Online, 27 nov. 2002).


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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

  • BioSteelfibra hecha por el hombre

  • con propiedades de tela de araña.


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    Ingeniería Genética

    NUEVOS ALIMENTOS

    ARROZDORADO 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).

    ARROZfortificado con un gen de la ferritina del frijol de soya.ARROZconaa esenciales.


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    Ingeniería Genética

    NUEVOS ALIMENTOS

    Salmón transgénicopor

    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).

    (ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).


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    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 Vibriocholerae causante del cólera). FRIJOLde SOYA con anticuerpos que protegen contra el virus 2 de Herpessimplex (HSV). TABACO con anticuerposque previenen la caries dental producida por Streptococcusmutans.


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    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.


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    Ingeniería Genética

    TERAPIA DE CÉLULAS MADRE


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    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).


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    MarcadoresSONDAS DE ADN

    El microarreglo de ADN pone secuencias de genes en una lámina. Los ARNm de una célula particular con “tags” fluorescentes, se hibridizan, a las secuencias cuando son complementarias. Un escáner mide la fluorescencia de cada muestra sobre la lámina, para determinar la presencia o actividad de los genes.


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    Marcadores

    LOCALIZACIÓN DESORDENES GENÉTICOS


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    Marcadores

    FUTURO NANOTECNOLÓGICO

    Shumin Nie y sus colegas desarrollaron un

    cristal superconductor a escala nanométrica llamado punto cuántico(diez nanómetros es un diámetro 1000 veces menor que el grosor de un cabello humano). Las nanopartículas que usa pueden brillar en un espectro de seis colores visibles y cuatro infrarrojos. Variando su tamaño ligeramente, se puede hacer que brillen en uno de los 10 colores disponibles. En un futuro próximo, podrán ser enlazadas a fármacos médicos o agentes terapéuticos para identificar y tratar células cancerosas. Una vez detectadas estas últimas, podrían actuar como "bombas inteligentes", liberando una cantidad controlada de medicamento que sea apropiado para cada tipo particular de célula(Bowie, L. Georgia Institute Technology, oct. 23 2002).


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    REFLEXIONES

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


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    REFLEXIONES

    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.


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    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 vida de los salvadoreños.


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    www.conacyt.gob.sv

    ¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION¡

    llamado punto cuántico

    BIENVENIDAS SUS

    PARTICIPACIONES

    Atentamente:

    ROBERTO ALEGRIA

    [email protected]


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