TEMA 15 BIOTECNOLOGA LA BIOTECNOLOGA La biotecnologa es

TEMA 15 BIOTECNOLOGÍA

LA BIOTECNOLOGÍA La biotecnología es la utilización de los seres vivos, o parte de ellos, con el fin de obtener productos de interés para las personas. La biotecnología se viene utilizando desde hace tiempo, por ejemplo para hacer selección de ganado o al utilizar diversos tipos de microorganismos para la elaboración de productos como el pan, queso, yogurt etc. Actualmente, la biotecnología emplea técnicas avanzadas de manipulación de ADN. Usos de la biotecnología: • Producción de sustancias terapéuticas: hormonas, vacunas… • Producción de alimentos: aumento de la productividad de cosechas, plantas resistentes a plagas, etc. • Eliminación de metales pesados del medio mediante el uso de bacterias. • Biorremediación: consiste en la utilización de ciertos hongos y bacterias para eliminar sustancias contaminantes del medio (pesticidas, hidrocarburos, etc. . ) • Producción de energía: obtención de gas metano o bioetanol.

CULTIVOS CELULARES • Conjunto de técnicas que permiten el crecimiento controlado de células. ANTICUERPOS MONOCLONALES (m. AB) • Conjunto de moléculas de anticuerpos idénticas producidas por un tipo de linfocito B y una célula plasmática tumoral • Técnica de los hibridomas (Köhler y Miltein, 1975): Fusión in vitro de linfocitos B de un ratón sensibilizado con el antígeno con células del mieloma. • Se obtiene una célula denominada hibridoma que hereda del linf B la capacidad de producir anticuerpos y del mieloma la capacidad proliferativa. APLICACIONES • Determinar la presencia de determinadas moléculas en fluidos biológicos • Determinar grupos sanguíneos • Transportar fármacos hasta el antígeno.

ANTICUERPOS MONOCLONALES (m. AB)

LA INGENIERÍA GENÉTICA La ingeniería genética consiste en la manipulación del ADN de un organismo para conseguir un objetivo práctico. Esta tecnología se lleva a cabo mediante la transferencia de uno o más genes de un organismo a otro, ya sea de la misma especie o de otra. Se denomina organismo transgénico a aquel cuyo genoma ha sido modificado con genes procedentes de otros organismos. El ADN sintetizado de manera artificial mediante la unión de ADN de orígenes diferentes se denomina ADN recombinante. Organismos transgénicos: plantas y animales que incorporan en su genoma de forma estable ADN clonado

LA INGENIERÍA GENÉTICA Aplicaciones de la ingeniería genética • • • Obtención de fármacos: vacunas, proteínas, hormonas. Mejora en la producción agrícola o animal. Terapia génica. Implicaciones • Ecológicas: alteración del equilibrio natural del medio. • Sanitarias: aparición de nuevos virus o bacterias patógenas que provoquen nuevas enfermedades. • Sociales: discriminación por presencia o ausencia de determinados alelos. • Éticas. • Legales

ENZIMAS DE RESTRICCIÓN Enzimas que cortan secuencias específicas de ADN

Las enzimas de restricción se utilizan en técnicas como la construcción y amplificación de ADN recombinante, secuenciación de ADN o la transgénesis (transferencia nuclear)

ADN RECOMBINANTE Combinación de segmentos de ADN que no se encuentran juntos de manera habitual • Se precisa de un vector y la secuencia de ADN de interés. • Vectores: son fragmentos de ADN que permiten la transferencia de genes de un organismo a otro. Los más utilizados son plásmidos y virus. • Secuencia génica de interés. Se obtiene mediante fragmentos de restricción, PCR o PCR inversa.

Amplificación (PCR) 5’ 3’ 5’ Desnaturalización 3’ dd. H 2 O Buffer Cl 2 Mg 5’ 3’ d. NTP’s Alineamiento Promotor H 5’ Extensión 3’ 5’ 3’ Promotor L (P. universales) Taq polimerasa

SECUENCIACIÓN DE ADN • GENÓMICA: es la disciplina que estudia el genoma de los seres vivos. • PROTEÓMICA: tiene por objeto estudiar el conjunto de proteínas expresadas por un genoma, una célula o un tejido. Al conjunto de proteínas se le denomina proteoma.

LA CLONACIÓN Clonar un organismo, una célula o una molécula significa hacer una o varias copias idénticas del original. Se distinguen dos tipos de clonación: Clonación terapéutica: • Tiene como objetivo tratar enfermedades y regenerar tejidos. • Se utilizan células madre (células no diferenciadas que pueden dividirse indefinidamente dando lugar a diferentes tipos de tejidos). • Las células madre pueden obtenerse de células somáticas o de embriones tempranos. Clonación reproductiva: • Tiene por objeto conseguir individuos genéticamente idénticos entre sí. • La primera clonación de un mamífero se realizó en 1997 con el nacimiento de la oveja Dolly. • Técnica de transferencia nuclear: utilización de núcleos de células diferenciadas o de células embrionarias en un estado de desarrollo temprano.

Consideraciones éticas a la clonación: • Posibilidad de crear individuos artificialmente: en humanos esta prohibido por la ley. • Clonación terapéutica: utilización de embriones desechados en tratamiento de la fertilidad.

LA CLONACIÓN DE DOLLY

EL PROYECTO GENOMA HUMANO El PGH nace en la década de los 80’ con el objetivo de conocer la secuencia de nucleótidos en los cromosomas humanos. Entre sus objetivos destacaban: • Identificar todos los genes humanos y conocer su localización en los cromosomas. • Secuenciar cada gen. • Determinar la función que realiza cada uno de los genes. El 12 de febrero de 2002 se publicaron los primeros mapas e interpretaciones del genoma humano en las revistas Science y Nature

EL PROYECTO GENOMA HUMANO Conocimientos actuales: • Nuestro genoma tiene unos 25. 000 genes. No existe relación entre la complejidad de un organismo y el número de genes. • El tamaño es de 2. 900 millones de pares de bases. • Muchos de los genes que poseemos parecen proceder de virus y bacterias (ADN fósil). • Los seres humanos somos genéticamente muy similares por lo que no se puede hablar de razas. (99, 99% de similitud interracial). • Cada gen puede estar implicado en la síntesis de varias proteínas • Los genes que codifican son pocos y están alejados entre sí. La mayor parte del ADN son interrupciones en la secuencia y secuencias repetidas o ADN de función desconocida.

EL PROYECTO GENOMA HUMANO Actualmente se sabe que el número de proteínas que sintetiza un individuo es superior al número de genes que posee, por eso los estudios se basan en la Proteómica, que es el estudio de conjuntos completos de proteínas que codifican los genomas.

NUEVAS PERSPECTIVAS: SECUENCIAS CRISPS/CAS

APLICACIÓN DE LAS SECUENCIAS CRISPS/CAS • Inmunización artificial contra fagos por introducción de locus CRISPR en bacterias industrialmente importantes, incluyendo a esas utilizadas en la producción de comida y fermentaciones a gran escala. • La ingeniería genética a nivel celular u organísmico al reprogramar un sistema CRISPR/Cas para lograr ingeniería del genoma guiada por ARN. Los estudios lo han demostrado tanto in vitro como in vivo. • Discriminación de cepas bacterianas por comparación de secuencias espaciadoras

NUEVAS PERSPECTIVAS: ARN DE INTERFERENCIA

NUEVAS PERSPECTIVAS: ARN DE INTERFERENCIA El ARNi es un método para el silenciamiento de genes que puede ser aplicado en la terapia génica, con posibles aplicaciones en patologías como: • Cáncer: el blanco de ARNi son los oncogenes vinculados a la patología, genes que participan en las interacciones tumor-huésped y para genes que están involucrados en la resistencia a quimioterapia y radioterapia. • Infecciones virales: el ARNi inhibe la expresión de genes virales, que interrumpen la replicación viral, causando la interrupción del ciclo de vida viral o bien el cese del mismo. • Desórdenes neurodegenerativos: ARNi serian dirigidos a las secuencias específicas causantes de la enfermedad, algunas de las enfermedades que pueden ser tratadas son: Enfermedad de Huntington, Enfermedad de Parkinson, ataxías y Enfermedad de Alzheimer.

EJEMPLOS DE MICROORGANISMOS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA ORGANISMO PRODUCTO Bacillus thuriginensis Insecticidas Candida utilis Proteína microbiana Clostridium acetobutylicum Acetona y butanol Escherichia coli Insulina, hormona del crecimiento Lactobacillus bulgaricus Yogur Penicillium chrysogenum Penicilina Pseudomonas dentrificans Vitamina 12 Scharomyces cervesidae Pan, cerveza, vino, etanol, invertasa. Streptoccocus termophilus Yogur Streptomyces sp. Antibióticos Trichoderma reesii Celulasa

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA 1. INDUSTRIA ALIMENTARIA • Vino (Saccharomyces) • Queso (Lactococcus Lactobacilluso Streptococcus) • Vinagre (Mycoderma aceti) 2. INDUSTRIA QUÍMICA • Productos básicos (plásticos, disolventes, barnices…) • Detergentes bioactivos 3. INDUSTRIA ENERGÉTICA • Bioalcoholes • Biocombustibles • Biogás o gas natural 4. MINERÍA • Lixiviación microbiana (Thiobacillus ferrooxidans)

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA 6. MEDICINA • Obtención de fármacos • Clonación • Terapia génica • Trasplante de órganos 7. MEDIO AMBIENTE • Biorremediación, fitorremediación y biodegradación • Biodegradación del petróleo: bacterias y hongos oxidadores de hidrocarburos. • Tratamiento de aguas residuales: bioconversión (digestión enzimática y fermentación con bacterias metanogénicas). • Remediación de vertidos tóxicos (Brassicas sp. )

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA 5. AGRICULTURA Y GANADERÍA • Mejora de plantas: Plásmidos de Agrobacterium tumefaciens • Conseguir plantas resistentes a herbicidas. • Resistencia a insectos (Bacillus thuringiensis) • Protección frente a infecciones microbianas y víricas. • Mejora de productos. • Plantas transgénicas • Plantas con ADN recombinante. • Ejemplos: plantas de tabaco y del tomate que producen interferón; anticuerpos animales (planticuerpos), gránulos de un poliéster utilizado para fabricar plásticos. • Animales transgénicos • Producción de proteínas de utilidad farmacológica (activador del plasminógeno).