BIOTECNOLOGIA

Conceptos

Biotecnología
Ingeniería genética
Tecnología del ADN recombinante
Enzimas de restricción
ADN recombinante
Vector de clonación
Genes marcadores
Célula hospedadora
Organismos transgénicos
Clonación
Reacción en cadena de la polimerasa
Genoma humano

Repercusiones sociales y valoraciones éticas de la biotecnología

Ver apuntes.

El genoma humano

Genoma humano. El proyecto Genoma Humano (iniciado en 1990) trata de localizar cada gen en los cromosomas (mapa genético humano) y determinar su secuencia de nucleótidos y su función. Se ha comprobado que:

El genoma humano contiene en los 23 pares de cromosomas humanos, menos de 30.000 genes (1) y 3.000 millones de pares de bases. La mayor parte es “ADN basura”(2) que no se expresa en proteínas.

El genoma humano es prácticamente idéntico en todas las razas.

No existen muchas diferencias entre los genomas de organismos diferentes.

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Aplicaciones
Determinar si la descendencia de una pareja puede sufrir alguna enfermedad genética. Se conocen unas 5000 enfermedades hereditarias.
Terapia génica (introducir un gen normal en células en las que dicho gen es defectuoso).
Mejorar el conocimiento del cáncer y de la evolución de nuestra especie.

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(1) Contamos sólo con el doble de genes que la mosca de la fruta, el mismo número de genes que un chimpancé y pocos más que un ratón.
(2) Secuencias repetitivas que se han ido incorporando a lo largo de la evolución.

Clonación es la formación de copias idénticas de un gen, una célula o un organismo.

CLONACIÓN DE GENES

Es la obtención de un gran número de copias de un gen(1). Para ello, se introduce el gen que se desea clonar, mediante un vector de clonación –plásmido-, en una célula hospedadora (una bacteria, por ejemplo) que, al reproducirse, aumenta el número de copias de ese gen. ETAPAS:

1. Obtención, mediante enzimas de restricción, de fragmentos de ADN con el gen que se quiere clonar.
2. Unión a un vector de clonación: formación de ADN recombinante. Se corta el vector de clonación con la misma enzima de restricción que se utilizó para cortar el ADN que se quiere clonar, así se forman extremos cohesivos por los que se unen.
El vector de clonación, un plásmido o el genoma de un virus bacteriófago, es una pequeña molécula de ADN que transporta los genes que se quieren clonar, los introduce en la célula hospedadora (bacteria) y replica de forma autónoma para obtener múltiples copias. Características: se replica de forma independiente y posee genes marcadores (de resistencia a un antibiótico o de luminiscencia, por ejemplo) para identificar las bacterias que contienen el vector de clonaciónllevan el gen útil.

3. Introducción del ADN recombinante (vector de clonación) en la célula hospedadora(2) El ADN recombinante entra en las bacterias mediante transformación (si es un plásmido) o transducción (si se trata del genoma de un virus).
4. Multiplicación: En un medio de cultivo adecuado las bacterias se reproducen y heredan el plásmido con ADN recombinante, así se obtiene un clon de células con el gen de interés. Así se puede formar diferentes clones con genes de interés para el ser humano, cuyo conjunto se denomina biblioteca genómica.
5. Detección y selección de células hospedadoras recombinantes
Se añade al medio de cultivo el antibiótico para el que el vector confiere resistencia y sobreviven las bacterias transformadas con el plásmido recombinante.

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(1) El gen que se desea clonar suele producir alguna proteína de interés -hormonas, vacunas, …-.
(2) Como células hospedadoras se suelen utilizar microorganismos de crecimiento rápido y muy estudiados genéticamente como alguna bacteria (E. Coli y Bacillus subtilis) y levadura (S. Cerevisiae). Las células hospedadoras se multiplican y originan el clon celular que lleva el gen concreto.

CLONACIÓN EN HUMANOS

La clonación natural ocurre en el caso de los gemelos monocigóticos.

La clonación artificial puede ser:

Clonación reproductiva: se utiliza para obtener individuos clónicos.

§ Partición de embriones tempranos o gemelación artificial.

§ Paraclonación: por transferencia de núcleos de células embrionarias o fetales a óvulos o cigotos enucleados. El “progenitor” de los clones es el embrión o feto.

§ Clonación verdadera (en sentido estricto): por transferencia de núcleos de células de individuos ya nacidos a óvulos o cigotos enucleados.

Clonación no reproductiva (terapéutica): Se realiza con fines de investigación o terapéuticos (reparación de tejidos u órganos dañados). A partir de células madres embrionarias[1] de un paciente se obtienen cultivos de tejidos u órganos, que se pueden trasplantar al paciente sin rechazo inmunológico ya que son genéticamente idénticos a él.

[1] Estas células madres embrionarias se obtienen de un embrión clonado que se ha creado mediante la transferencia del núcleo de una célula del paciente a un óvulo enucleado.

Clonación de genes

Organismos transgénicos

La transgénesis es la introducción de un gen extraño (transgén) en el genoma de un organismo, mediante las técnicas de ingeniería genética, que pasa a ser un organismo transgénico o modificado genéticamente (OMG).

ADN recombinante

El ADN recombinante es una molécula formada por la unión de fragmentos de ADN de origen diferente. Se obtiene cortando ambos ADN con la misma enzima de restricción, así se originan extremos cohesivos o pegajosos que se pueden unir entre sí aunque sean de especies diferentes.

Enzimas de restricción

Las enzimas de restricción son enzimas (endonucleasas bacterianas[1]) que cortan el ADN, en sitios determinados y en forma de escalón, originando fragmentos de ADN con extremos cohesivos o pegajosos[2].
Actúan como “tijeras moleculares” que se utilizan para obtener ADN recombinante, ya que permiten obtener fragmentos de ADN de especies distintas que se pueden unir entre sí.

[1] Las enzimas de restricción son enzimas producidas por bacterias como método de defensa contra virus ya que degradan el ADN extraño. Cortan el genoma de cualquier organismo en pequeños fragmentos llamados fragmentos de restricción. La colección de miles o millones de estos fragmentos se llama biblioteca génica.

[2] Los extremos cohesivos o pegajosos tienen una sola cadena y son complementarios.

Profesora Lourdes Luengo

12/05/07

Ingeniería genética

Es el conjunto de técnicas[1] que permiten manipular el material genético de un ser vivo: introducir, eliminar, modificar, secuenciar y clonar genes.
[1] Destacan la tecnología del ADN recombinante (permite aislar un gen de un organismo, unirlo a un vector para introducirlo en otro organismo diferente, una bacteria por ejemplo, para que sintetice las proteínas necesarias) y la reacción en cadena de la polimerasa PCR (aumenta el número de copias de un fragmento determinado de ADN).

B I O T E C N O L O G Í A

Es el conjunto de técnicas que utilizan organismos (o sus componentes) y procesos biológicos para crear o modificar productos, para “mejorar” plantas o animales, o para desarrollar microorganismos con un fin determinado.

Aplicaciones de la biotecnología:
Industria: desarrollo de microorganismos transgénicos para la producción de fármacos, nuevas vacunas, antibióticos y sustancias químicas útiles (insulina, hormona del crecimiento, ...).
Agricultura y ganadería: lucha contra plagas, desarrollo de plantas y animales transgénicos, …
Medicina: mejora de las técnicas de diagnóstico, terapia génica, reparación de tejidos y órganos dañados a partir de cultivos de células madre.
Medio ambiente: biorremediación o desarrollo de microorganismos para la eliminación de contaminantes (mareas negras, metales pesados) y el tratamiento de residuos.