Departamento de Biología-Geología I.E.S. Universidad Laboral de Málaga

1. BIOLOGÍA MOLECULAR Departamento de Biología-Geología I.E.S. Universidad Laboral de Málaga

2. MOLÉCULA DE ADN

3. 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 < 100Kb

4. Duplicación del ADN

5. 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

6. 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.

7. 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

8. BIOTECNOLOGÍA • Cualquier proceso que sirva para obtener bienes y servicios a partir de organismos vivos: • Fermentación del pan • Producción de yogur, queso, cerveza, vino • Hibridación de especies para mejora de plantas y ganado • El descubrimiento de la estructura del ADN y el desarrollo de los procesos técnicos para estudiarlo, se ha transformado en una tecnología en si misma, con la que obtener también bienes y servicios: Ingeniería genética

9. Tecnología del ADN REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA (PCR) • Amplifica una determinada secuencia o fragmento de ADN. Separadas las hebras de la cadena, la enzima polimerasa replica el ADN • Identificación paternidad • Policía científica: huella genética

10. En 1983 Kary Mullis da a conocer esta técnica y en 1993 recibió el Premio Nobel de Química por este descubrimiento Es un proceso cíclico (cada ciclo consta de 3 pasos) 94ºC desnaturalización (separación de las dos hebras de ADN) 50ºC Anillamiento de "cebadores" 72ºC copia de cada una de las hebras de ADN por la ADN polimerasa 35 ciclos 236= 68 billones de copias

11. MADRE PADRE NIÑO 1 NIÑO 2 NIÑO 3 NIÑO 4 Tecnología del ADN (identificación de paternidad)

12. 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 1987 Inicia el Proyecto del Genoma Humano El anuncio el 26 de junio de 2000, del borrador del genoma humano en un 90%, marcó un hito histórico para la humanidad. 2001 Feb 2001 se completa el genoma humano.

13. GENOMAS Tecnología del ADN El genoma de un organismo es el juego completo de ADN. Borrador del 90% del genoma: con la secuenciación de unos 30,000 genes y 3 mil millones de pares de bases. 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

14. INGENIERÍA GENÉTICA O ADNr Conjunto de técnicas capaces de intervenir directamente sobre el material genético y estructuras moleculares responsables de transmitir los caracteres hereditarios Se pueden aislar genes, modificarlos, introducirlos a nuevos hospedadores y clonarlos para obtener una ventaja novedosa sobre el organismo natural.

15. ORGANISMOS TRANSGÉNICOS: los que se desarrollan a partir de una célula en la que se ha introducido un fragmento de ADN, procedente de otro ser vivo, que se integra en su genoma. (Para organismos pluricelulares) • ORGANISMOS RECOMBINANTES: virus o bacterias manipulados genéticamente. • ADN RECOMBINANTE: fragmento de ADN constituido de forma artificial con segmentos de ADN que pueden proceder de cualquier célula • ENZIMAS DE RESTRICCIÓN: enzimas que cortan el ADN por lugares específicos y conocidos

16. APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA • AGRICULTURA • Plantas transgénicas: más resistentes a enfermedades, más productivas, mayor riqueza en elementos nutritivos, retraso en maduración, que producen su propio insecticida,… • GANADERÍA y ACUICULTURA • Animales transgénicos: aumentar la producción de carne o leche, obtención de proteínas humanas, con crecimiento más rápido, .. • APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES • Biorremediación: recuperación de suelos y aguas con bacterias recombinantes que degradan hidrocarburos • Bioadsorción. Bacterias capaces de fijar en su superficie metales que interesa retirar del medio • BIOMEDICINA • Diagnóstico de enfermedades genéticas • Fabricación de productos farmacéuticos • Fabricación de vacunas • Terapia génica • Animales transgénicos en investigación

17. 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.

18. Aplicaciones de la ingeniería genética en animales Clonación de animales (TRANSFERENCIA NUCLEAR DE CÉLULAS EMBRIONARIAS)

19. Ingeniería Genética NUEVOS ALIMENTOS ARROZDORADO con beta Caroteno, pigmentos que se transforman en pro-vitamina A al ser ingeridos. ARROZfortificado con un gen de la ferritina del frijol de soya. ARROZconaminoácidos esenciales.

20. Ingeniería Genética NUEVOS ALIMENTOS Salmón transgénicopor hormona de crecimiento. Crece de 4 a 6 veces más rápido que un salmón no transgénico. Cerdo transgénico para el precursor de la hormona de crecimiento (ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).

21. Aplicaciones de la ingeniería genética en agricultura • Resistencia a herbicidas, insectos y enfermedades microbianas • El maíz transgénico de Novartises resistente al herbicida Basta y también es • resistente al gusano barrenador europeo (contiene el Gen de resistencia a la • toxina Bt de Bacillus thuringiensis)produce su propio insecticida • Problemas:La toxina Bt en las plantas transgénicas tienepropiedades • sustancialmentediferentes a la toxina Bt en su forma natural. • La toxina puede ser transmitida a través de la cadena alimenticia, un • efecto que nunca ha sido observado en la toxina Bt en su forma natural. • Larvas de especies de insectos predadores benéficos (larvas verdes de • crisopa) murieron cuando fueron alimentadas con el gusano barrenador • europeo • Gold rice de Monsanto con color amarillo por los altos niveles de vitamina A • Mejora de la calidad de los productos agrícolas • Producción de aceites modificados • Síntesis de productos de interés comercial • Anticuerpos animales, interferón, e incluso elementos de un poliéster destinado a la fabricación de plásticos biodegradables

22. Aplicaciones de la secuenciación de ADN • Detección de mutaciones • Método de diagnóstico rutinario (relación entre enfermedad y mutación puntual) • Secuenciación de ADNs fósiles • Posibilidad de aislar secuencias de ADN a partir de unas pocas copias (la mayoría • están dañadas o degradadas) • Diagnóstico de enfermedades genéticas • Diagnóstico prenatal / Diagnóstico preimplantación de enfermedades hereditarias o determinación del sexo del feto previamente a su implantación en procesos de • fecundación in vitro • Identificación de especies y control de cruces entre animales • Para descubrir fraudes comerciales, tales como vender carne de una especie más • barata a los precios de otra más cara, o el comercio ilegal de especies en peligro • Secuenciación de genomas • Conocimiento básico y aplicado de diferentes organismos (incluido el genoma humano)

23. Inserción de los fragmentos de ADN (vectores de clonación) Inserción de los fragmentos de ADN (vectores de clonación) • Plásmidos • Plásmidos Plásmido 2 3 Extremos cohesivos Molécula de ADN recombinante 1 gen de resistencia a la ampicilina

24. Aplicaciones de la ingeniería genética aplicaciones médicas Obtención de proteínas de interés médico, comercial, etc... (insulina, hormona del crecimiento, factores de coagulación antes se obtenían a partir de los tejidos que las producen o fluidos corporales)

25. Clonación del gen de la insulina en bacterias

26. Hormona de crecimiento en vacas transgénicas

27. Extracción del ADN del virus Integración del plásmido híbrido en el núcleo de una célula de levadura ADN plásmido bacteriano La levadura fabrica las proteínas víricas con poder inmunológico Inyección de proteínas víricas en un chimpancé Aplicaciones de la ingeniería genética aplicaciones médicas Obtención de vacunas recombinantes (aternativa al uso de organismos patógenos inactivos)

28. Biochip Microarray DNAchip Aplicaciones de la ingeniería genética aplicaciones médicas Mediante ingeniería genética se construye una sonda de ADN, marcada (marcaje fluorescente), con la secuencia complementaria del ADN enfermo Diagnóstico de enfermedades de origen genético ADN sano ADN enfermo ADN complementario del ADN enfermo Conocimiento previo de la secuencia de ADN enfermo DIAGNÓSTICO Si aparecen bandas fluorescentes demuestra que la persona presenta la anomalía ¿Hibridación? ¿No hibridación? Renaturalización del ADN con la sonda fluorescente Desnaturalización del ADN ADN de la persona que se quiere diagnosticar

29. 16 de Febrero de 2001 Celera Genomics Proyecto genoma humano La secuencia del genoma es un atajo valioso: ayuda a los científicos a encontrar los genes más fácil y rápidamente y sienta las bases para averiguar la función de los genes identificados • Beneficios médicos tras el conocimiento de la estructura de cada gen humano • Diagnóstico en individuos con riesgo de ser portadores del gen de alguna enfermedad • Marco de trabajo para el desarrollo de nuevas terapias, además de nuevas estrategias para la terapia génica 15 de Febrero de 2001 Consorcio público internacional

30. cLONACIÓN REPRODUCTIVA Clonación de animales (TRANSFERENCIA DEL NÚCLEO DE UNA CELULA SOMATICA: CÉLULA DIFERENCIADA)

31. Clonan terneros en EE UU para producir anticuerpos humanos efe- Washington - agosto 2002  Terneros clonados y manipulados genéticamente (fábrica de anticuerpos humanos) genes para anticuerpos células dérmicas clonación humanos recombinantes Objetivo: Tratamiento de enfermedades inmunológicas Futuro: Tratamiento de una amplia gama de enfermedades ocasionadas por bacterias y virus, como hepatitis, ántrax (utilizada como arma biológica)

32. Clonan cerdos destinados a trasplantar sus órganos a humanos La empresa escocesa PPL Therapeutics logra retirar de los cerditos el gen que provoca el rechazo en transplantes a humanos"alfa 1,3 galactosil transferasa" Enero 2002. AP Photo/Roanoke Times, Gene Dalton (IDEAL-EFE) Paso importante en favor del xenotrasplante (transferencia de células u órganos de una especie a otra) Ayudará a superar la escasez de órganos humanos para hacer trasplantes de todo tipo

33. El sexto día El ataque de los clones Un laboratorio de Texas clona al primer animal doméstico "Copycat" es el primer gatito nacido mediante clonación" El experimento abre las puertas de la clonación masiva de animales domésticos, un fin sin explorar cuya sola posibilidad había desencadenado ya el almacenamiento de células de mascotas por parte de sus ricos propietarios febrero 2002 Universidad College Station (Texas)