Departamento de BiologaGeologa I E S Universidad Laboral

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

MOLÉCULA DE ADN

ESTRUCTURA DE UN GEN Los promotores pueden ser genéricos o tejido específico Promotores Realzadores Exones Sitio de inicio de la Transcripción < 100 Kb Intrones Sitio de terminación de la Transcripción

Duplicación del ADN

AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR 1941 Genes codifican las proteínas 1944 Prueba que el ADN porta la información genética 1953 Determinación de estructura del ADN y de la Insulina 1956 Enfermedad monogénica sustitución de un aa cadena β-hemog 1961 Código Genético, ARN mensajero, regulación génica 1967 Wise y Richardson aislaron ADN ligasa 1970 Smith y colegas aislaron y caracterizaron la Hind III 1972 Janet 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 1975 Southern Blotting 1976 Proto-oncogenes 1977 Fred Sanger secuenció el virus de ADN Ф X 174 1978 Biblioteca génica humana 1979 RFPL para diagnóstico prenatal, oncogenes celulares

AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR 1979 -81 genes humanos clonados y secuenciados 1982 Tabaco, la primera planta modificada genéticamente 1983 Kary Mullis concibe el PCR / Fred Sanger y colegas 1985 1986 1987 1995 1996 1998 1999 2000 publican la secuencia del λ lambda Un “gen de enfermedad” aislado por clonación posicional La secuenciación del ADN es automatizada Inicia el Proyecto del Genoma Humano Es secuenciado la bacteria Haemophillus influenzae Es secuenciada la levadura Saccharomyces cerevisiae Es secuenciado el nemátodo Caenorhabditis elegans Es secuenciado el cromosoma 22 humano Es 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.

Transferenc ia de genes en animales Solución de crimenes Tecnología del ADN Bancos de ADN, ARN Proteínas Mapas de Genoma s complet os BIOTECNOLOGÍA Cultivo de Células Vegetale s Diagnóstico s Anticu s erpos o v i t l M u onoclo C s e r nales a l Celu Biología Molecular Ingeniería Genética Síntesis de Nuevas Proteínas Nuevas Plantas y Animale Nuevos s Alimento Nuevos Antibiótic s os Clonación Producción de Proteínas humanas Recursos humanos químicos raros Terapia Génica Fármacos Anticáncer . Marcadores Síntesis de Sondas de ADN Localizació n desórdenes genéticos

• 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

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

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

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

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.

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 millones de pares de bases. Entre una persona y otra el ADN solo difiere en 0. 2% IDENTIDAD GENÉTICA 60% 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

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.

• 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

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

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, anticoagulante sanguíneo secretada en leche de cabras transgénicas. • Cabras transgénicas para producir Bio. Steel fibra hecha por el hombre con propiedades de tela de araña.

Clonación de animales (TRANSFERENCIA NUCLEAR DE CÉLULAS EMBRIONARIAS)

Ingeniería Genética NUEVOS ALIMENTOS ARROZ DORADO con beta Caroteno, pigmentos que se transforman en pro-vitamina A al ser ingeridos. ARROZ fortificado con un gen de la ferritina del frijol de soya. ARROZ con aminoácidos esenciales.

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

• Resistencia a herbicidas, insectos y enfermedades microbianas El maíz transgénico de Novartis es 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 tiene propiedades sustancialmente diferentes 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

• 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)

1 Plásmidos gen de resistencia a la ampicilina 2 3 Extremos cohesivos Molécula de ADN recombinante

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)

Clonación del gen de la insulina en bacterias

Hormona de crecimiento en vacas transgénicas

Obtención de vacunas recombinantes (aternativa al uso de organismos patógenos inactivos) 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

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

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 1. Diagnóstico en individuos con riesgo de ser portadores del gen de alguna enfermedad 2. 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

Clonación de animales (TRANSFERENCIA DEL NÚCLEO DE UNA CELULA SOMATICA: CÉLULA DIFERENCIADA)

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 humanos recombinantes células dérmicas clonación 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)

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

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) El sexto día El ataque de los clones