ELECTROFORESIS EN GEL DE AGAROSA

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL “Año de la unidad, la paz y el desarrollo” BIOTECNOLOGÍA VII CICLO "SIMULACIÓN DE ELECTROFORESIS EN GEL DE AGAROSA MEDIANTE EL SOFTWARE SNAPGENE: ANÁLISIS DE SECUENCIAS DE ADN PARA ESTUDIOS DE MICROORGANISMOS" DOCENTE: ING. SOTO GONZALES, HEBERT HERNAN ALUMNA: AMESQUITA GONZALES, MELANY DEL CARMEN Ilo, junio de 2023 1

2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL INDICE INTRODUCCIÓN:........................................................................................................................3 1. OBJETIVOS: ................................................................................................................................3 2. OBJETIVO GENERAL: ............................................................................................................3 2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ....................................................................................................3 2.2. MARCO TEÓRICO: .....................................................................................................................4 3. METODOLOGÍA..........................................................................................................................7 4. PASO 1:.....................................................................................................................................7 4.1. PASO 2:.....................................................................................................................................7 4.2. PASO 3:.....................................................................................................................................8 4.3. PASO 4:.....................................................................................................................................8 4.4. PASO 5:.....................................................................................................................................9 4.5. PASO 6:.....................................................................................................................................9 4.6. PASO 7:.....................................................................................................................................9 4.7. PASO 8:................................................................................................................................... 10 4.8. RESULTADOS: .......................................................................................................................... 11 5. CONCLUSIONES:...................................................................................................................... 11 6. 2

3. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 1.INTRODUCCIÓN: La electroforesis en gel de agarosa es una técnica fundamental en biología molecular que permite la separación de fragmentos de ADN, ARN o proteínas en función de su tamaño y carga eléctrica. Esta técnica ha revolucionado el campo de la investigación genética y ha encontrado aplicaciones en áreas como la genética forense, la medicina y la biotecnología. En el contexto de la investigación científica, es esencial contar con herramientas que faciliten el diseño y la simulación de experimentos antes de llevarlos a cabo en el laboratorio. SnapGene, un software de biología molecular ampliamente utilizado, se presenta como una solución valiosa para la visualización y simulación de la electroforesis en gel de agarosa. El presente informe tiene como objetivo explorar y describir la simulación de la electroforesis en gel de agarosa mediante el software SnapGene. Se explicará cómo el software permite diseñar secuencias de ADN, simular la migración de fragmentos en un gel virtual y analizar los resultados obtenidos. A lo largo del informe, se describirá el proceso de simulación en detalle, desde la importación o diseño de las secuencias de ADN hasta la visualización de la migración de los fragmentos en el gel virtual. Además, se discutirán las ventajas y limitaciones de la simulación en SnapGene, así como su utilidad en la planificación y el análisis de experimentos de electroforesis en gel de agarosa. 2.OBJETIVOS: 2.1.OBJETIVO GENERAL: -El objetivo general de la simulación de electroforesis en gel de agarosa mediante el software SnapGene es familiarizarse con el proceso de diseño y visualización de la migración de fragmentos de ADN en un gel virtual, así como comprender cómo utilizar las herramientas de análisis proporcionadas por el software. 2.2.OBJETIVOS ESPECÍFICOS: -Familiarizarse con el software SnapGene y sus características relacionadas con la simulación de electroforesis en gel de agarosa. -Diseñar o importar secuencias de ADN en SnapGene para su posterior simulación en un gel virtual. 3

4. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL -Configurar los parámetros de simulación, como el tamaño del gel, el porcentaje de agarosa, la concentración de tampón y la tensión eléctrica aplicada. -Simular la migración de los fragmentos de ADN en el gel virtual y observar su posición relativa en función de su tamaño. -Utilizar las herramientas de análisis de SnapGene para medir la distancia recorrida por los fragmentos y estimar su tamaño en base a la migración relativa. 3.MARCO TEÓRICO: 3.1.ELECTROFORESIS: La electroforesis es una técnica utilizada en biología molecular y bioquímica para separar moléculas según su tamaño y carga eléctrica. Consiste en aplicar una corriente eléctrica a través de un medio poroso, como un gel, para que las moléculas se muevan en función de su carga eléctrica y tamaño. La electroforesis se utiliza para separar moléculas como el ADN, el ARN y las proteínas, y es ampliamente empleada en diversos campos de investigación y diagnóstico. 3.2.GEL DE AGAROSA: El gel de agarosa es un medio comúnmente utilizado en la electroforesis. Se prepara a partir de la agarosa, un polisacárido extraído de las algas marinas. La agarosa se disuelve en un tampón y se calienta hasta formar una solución líquida. Al enfriarse, la solución se solidifica y se convierte en un gel tridimensional con poros de tamaño definido. Los poros permiten que las moléculas se muevan a través del gel durante la electroforesis. El gel de agarosa se utiliza para separar fragmentos de ADN, ARN y proteínas en función de su tamaño. Se crea una matriz de agarosa en una cámara de electroforesis, se insertan los electrodos en los extremos de la cámara y se cargan las muestras en pozos en el gel. Al aplicar una corriente eléctrica, las moléculas migran a través del gel, separándose según su tamaño y carga. 4

5. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 3.3.GEN 16S: El gen 16S es un gen presente en el ADN de los organismos que codifica una subunidad ribosomal. Es utilizado como una región de referencia en estudios de microbiología y taxonomía molecular. El gen 16S es altamente conservado en diferentes especies, pero también presenta regiones variables que permiten distinguir entre diferentes grupos de microorganismos. El análisis del gen 16S es comúnmente realizado mediante la técnica de secuenciación de ADN. Se amplifica el gen 16S mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y se secuencia para determinar su secuencia de nucleótidos. Esta secuencia se compara con bases de datos para identificar y clasificar taxonómicamente los microorganismos presentes en una muestra. 3.4.ADN y ARN: El ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico) son moléculas esenciales para la vida y contienen información genética. El ADN se encuentra en el núcleo de las células y almacena la información hereditaria, mientras que el ARN se encarga de transmitir y expresar esa información. El ADN está compuesto por una doble cadena de nucleótidos, que consisten en una base nitrogenada (adenina, timina, citosina o guanina), un azúcar desoxirribosa y un grupo fosfato. El ARN, por otro lado, tiene una cadena sencilla y utiliza uracilo en lugar de timina como base nitrogenada. Tanto el ADN como el ARN participan en procesos cruciales como la replicación, la transcripción y la traducción. En la electroforesis, el ADN y el ARN se separan según su tamaño y carga eléctrica. El ADN se utiliza comúnmente en estudios de genética, biología molecular y diagnóstico genético, mientras que el ARN desempeña un papel fundamental en la síntesis de proteínas y la regulación génica. La electroforesis en gel de agarosa es una técnica valiosa para separar y analizar fragmentos de ADN y ARN en función de su tamaño. 3.5. ELECTROFORESIS EN GEL DE AGAROSA: La electroforesis en gel de agarosa es una técnica comúnmente utilizada en biología molecular para separar fragmentos de ADN, ARN o proteínas según su tamaño y carga eléctrica. La agarosa, 5

6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL un polisacárido obtenido de las algas marinas, se utiliza para crear un gel en el cual se insertan las muestras a analizar. Durante la electroforesis, se aplica una corriente eléctrica a través del gel, lo que provoca que las moléculas cargadas se muevan a través de él. Las moléculas más pequeñas y con menor carga se desplazan más rápidamente a través del gel, mientras que las más grandes y con mayor carga se mueven más lentamente. 3.6. SNAPGENE: SnapGene es un software de biología molecular utilizado para el diseño, visualización y análisis de secuencias de ADN. Aunque no es específicamente un software de simulación de electroforesis en gel de agarosa, puede utilizarse para simular la migración de fragmentos de ADN en un gel virtual. El software SnapGene permite diseñar o importar secuencias de ADN y configurar parámetros de simulación, como el tamaño del gel, el porcentaje de agarosa, la concentración de tampón y la tensión eléctrica aplicada. Con esta información, el software muestra la migración simulada de los fragmentos en el gel virtual, lo que permite visualizar su posición relativa en función de su tamaño. 3.7. Utilidad de la simulación en SnapGene: La simulación de electroforesis en gel de agarosa mediante SnapGene ofrece ventajas en la planificación y el análisis de experimentos. Permite a los investigadores diseñar y simular experimentos antes de llevarlos a cabo en el laboratorio, lo que ayuda a optimizar los parámetros y predecir los resultados esperados. Además de la visualización de la migración de fragmentos, SnapGene proporciona herramientas de análisis que permiten medir la distancia recorrida por los fragmentos y estimar su tamaño en base a la migración relativa. Esto facilita la interpretación de los resultados simulados y la comparación con muestras reales obtenidas en el laboratorio. 6

7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 4.METODOLOGÍA 4.1. PASO 1: El primer paso consiste en acceder al sitio web del NCBI (National Center for Biotechnology Information) a través de la siguiente dirección: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/. En este sitio, se procede a descargar las secuencias correspondientes según lo indicado en el artículo titulado "Aislamiento de bacterias con potencial biorremediador y análisis de comunidades bacterianas de zona impactada por derrame de petróleo en Condorcanqui– Amazonas -Perú". 4.2. PASO 2: Posteriormente, se realiza la descarga de todas las secuencias mencionadas en la tabla previa, utilizando el código de acceso correspondiente a cada una de ellas. El código de cada secuencia se introduce en el buscador del NCBI, lo que permite obtener una descripción detallada de la bacteria correspondiente. Imagen 3: Buscador en NBCI 7

8. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 4.3. PASO 3: A continuación, se procede a descargar la composición de la secuencia en formato FASTA, lo cual permite importarla posteriormente al software SnapGene. 4.4. PASO 4: Procedemos a realizar la descarga de las 13 bacterias mencionadas en el artículo de manera similar, con el fin de evitar cualquier confusión o error. Todas las secuencias descargadas se ordenan y recopilan en un archivo exclusivo para asegurar una gestión más organizada y facilitar su posterior análisis. 8

9. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 4.5. PASO 5: Continuamos con el proceso utilizando el software SnapGene. Iniciamos seleccionando la opción "Open" y posteriormente "Open Files". A continuación, seleccionamos las secuencias previamente guardadas de forma ordenada en el archivo exclusivo y las insertamos en el software. 4.6. PASO 6: Para llevar a cabo la simulación en gel de agarosa de las secuencias importadas, realizamos los siguientes pasos: en la barra de herramientas del software, seleccionamos la opción "Tools" y posteriormente elegimos "Simulate Agarose Gel". 4.7. PASO 7: Una vez seleccionada la simulación de agarosa, se abrirá una nueva ventana en la cual se mostrará el rango de PCR y otras características relevantes. A continuación, procedemos a agregar las demás secuencias importadas al gel virtual. 9

10. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 4.8. PASO 8: Seleccionamos la opción de 16 carriles (lanes) y la aplicamos utilizando un gel de agarosa al 1.0%. A continuación, adjuntamos las secuencias restantes seleccionando los carriles ubicados en la parte superior de la ventana y luego elegimos "Choose DNA Sequences" para abrir la siguiente secuencia. Después de haber insertado las 13 secuencias de microorganismos estudiadas en el artículo, gracias a la simulación en gel de agarosa, podemos observar el comportamiento de los 13 nucleótidos, tal como se muestra a continuación. 10

11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 5.RESULTADOS: La práctica se llevó a cabo de manera eficiente, utilizando los comandos básicos aprendidos previamente en clase para operar el software. La interfaz del programa resultó intuitiva, permitiéndonos visualizar las secuencias de ADN, realizar anotaciones, editar las secuencias, clonarlas y visualizar proteínas y nucleótidos. En la simulación de electroforesis en gel, se pudo observar que todas las moléculas de ADN utilizadas presentaban la misma carga por masa. Esto significa que la separación de los fragmentos de ADN se basa únicamente en su tamaño. La técnica de electroforesis nos permitió visualizar y determinar la presencia de diferentes fragmentos de ADN en la muestra, así como comparar su tamaño relativo. Además, al utilizar una escala estándar de fragmentos de tamaño conocido, fue posible determinar el tamaño absoluto de cada fragmento de ADN examinado en la simulación. 6.CONCLUSIONES: En conclusión, pudimos llevar a cabo de manera exitosa una simulación de electroforesis en gel de agarosa utilizando el software SnapGene. Este programa demostró ser una herramienta eficiente y fácil de usar para realizar simulaciones en el campo de la biología molecular. El fácil manejo del software SnapGene nos permitió realizar las simulaciones sin dificultades, lo que fue beneficioso en términos de eficiencia y productividad. Además, la explicación detallada proporcionada por el docente durante las clases nos permitió comprender y aplicar nuestros conocimientos de ingeniería ambiental de manera efectiva en esta práctica. En resumen, esta experiencia nos brindó una oportunidad invaluable para aplicar los conceptos teóricos aprendidos y fortalecer nuestra comprensión de la electroforesis en gel de agarosa. El uso del software SnapGene y la orientación del docente nos permitieron adquirir habilidades prácticas relevantes para nuestra carrera en Ingeniería Ambiental. 11