1. * Punto de partida: La revolución del ADN * La ingeniería genética y los nuevos organismos * Los alimentos transgénicos * Aplicaciones y riesgos de los OMG * El Proyecto Genoma Humano * La biotecnología y las enfermedades genéticas UNIDAD 6: LA REVOLUCIÓN GENÉTICA

2. Ingeniería genética PUNTO DE PARTIDA: LA REVOLUCIÓN DEL ADN Cómo contiene el ADN información 1953 James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura de la molécula de ADN En los siguientes años se estudio Cómo se trasmite entre generaciones Cómo se manifiesta en las características de los individuos En 25 años Reproducción en el laboratorio de los procesos relacionados con el ADN Manipulación, identificación y localización de genes Proyecto Genoma Humano En 50 años Diagnóstico de enfermedades genéticas Producción de alimentos transgénicos Investigación judicial

3. PUNTO DE PARTIDA: LA REVOLUCIÓN DEL ADN Doble hélice del ADN Dos cadenas unidas de forma helicoidal Cada cadena se forma por la unión de nucleótidos Cada nucleótido tiene una parte fija: Ión fosfato y desoxirribosa Ión fosfato Desoxirribosa Cada nucleótido tiene una parte variable: Base nitrogenada Base nitrogenada Pueden ser Adenina ( A ) Timina ( T ) Citosina ( C ) Guanina ( T )

4. PUNTO DE PARTIDA: LA REVOLUCIÓN DEL ADN Doble hélice del ADN Cada cadena tiene un parte invariable formada por un “armazón” de fostatos y desoxirribosa En el interior está la parte variable, las bases nitrogenadas de cada cadena unidas por parejas Cada par de bases solo se une de una forma: A con T G con C Las dos cadenas del ADN son complementarias … A C C T A C C T G… … T G G A T G G A C… Par de bases nitrogenadas Armazón fosfoglucídico

5. PUNTO DE PARTIDA: LA REVOLUCIÓN DEL ADN Las reglas de apareamiento de bases A con T G con C Son la base de procesos celulares fundamentales Duplicación del ADN (ver)

6. PUNTO DE PARTIDA: LA REVOLUCIÓN DEL ADN El ADN porta la información genética de cada individuo ¿Qué diferencia hay entre el ADN de un individuo y el del otro? Ión fosfato Desoxirribosa Base nitrogenada El ADN cada individuo se diferencia por el orden en que se disponen las bases en el ADN: Secuencia

7. LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Ingeniería genética Técnicas que permiten modificar el material genético, para dotar a las células vivas de nuevas propiedades Permiten Cortar el ADN Hacer copias de fragmentos de ADN Pegar fragmentos de ADN Transportar fragmentos de ADN de una célula a otra “ Tecnología del ADN recombinante”

8. LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Ingeniería genética Sus técnicas se basan en la utilización de enzimas Cortar el ADN Son biocatalizadores, moléculas que aceleran las transformaciones químicas Se realiza usando enzimas de restricción Cortan en secuencias determinadas que varían en cada enzima de restricción En algunos casos generan extremos “adhesivos” o “pegajosos”

9. LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Cortar el ADN Enzimas de restricción Dada la secuencia de ADN siguiente: ...ATGCGAATTCCCGCCAGGTTATGCAATTCATG... ...TACGCTTAAGGGCGGTCCAATACGTTAAGTAC... ¿Cuántos y cuáles serían los fragmentos que originaría si se corta con la enzima de restricción EcoRI? ¿Cuántos y cuáles serían los fragmentos que originaría si se corta con la enzima de restricción EcoRII?

10. LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Cortar el ADN Enzimas de restricción ...ATGCGAATTCCCGCCAGGTTATGCAATTCATG... ...TACGCTTAAGGGCGGTCCAATACGTTAAGTAC... ...ATGCGAATTCCCGCCAGGTTATGCAATTCATG... ...TACGCTTAAGGGCGGTCCAATACGTTAAGTAC... EcoRI ...ATGCG AATTCCCGCCAGGTTATGCAATTCATG... ...TACGCTTAA GGGCGGTCCAATACGTTAAGTAC... EcoRII ...ATGCGAATTCCCG CCAGGTTATGCAATTCATG... ...TACGCTTAAGGGC GCTCCAATACGTTAAGTAC...

11. LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Cortar el ADN Enzimas de restricción Las enzimas de restricción EcoRI y HhaI producidas por dos especies bacterianas, E.coli y Haemophilus haemolyticus respectivamente, reconocen las siguientes secuencias y cortan por los puntos indicados con las flechas. ¿Cuántas bases tendrán en cada caso los extremos cohesivos (“pegajosos”) generados? AATTC G G CTTAA 4 bases CGC G G CGC 2 bases

12. LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Hacer copias de fragmentos de ADN Se realiza usando ADN polimerasas Forman moléculas de ADN a partir de nucleótidos Toman como molde una de las cadenas y van añadiendo las bases complementarias

13. LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Hacer copias de fragmentos de ADN Introducir el gen en la bacteria y dejar que se reproduzca Es lo mismo que clonar un fragmento de ADN Se puede hacer de diferentes formas Mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

14. LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Hacer copias de fragmentos de ADN Mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) Permite obtener muchas copias de un gen o fragmento de ADN a partir de cantidades “ muy, muy ” pequeñas (momias, muestras forenses,..) Se basa en que la molécula de ADN se puede desnaturalizar y renaturalizar Renaturalización Hibridación El ADN que se quiere clonar se desnaturaliza calentando a 90 - 95ºC Se baja la temperatura a 50 - 60ºC para que se hibriden pequeñas secuencias complementarias de ADN llamadas cebadores Se sube la temperatura a 60 - 70ºC y actúa una ADN polimerasa resistente al calor que produce una extensión de la cadena a partir del cebador A partir de cada cadena se forma una molécula de ADN y tras unos 30 ciclos (3 h) la cantidad de ADN aumenta un millón de veces 1 1 2 2 3 3 4 4

15. LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Hacer copias de fragmentos de ADN Mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) PCR (ver)

16. 2.- Regeneración INGENIERIA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS 1.- Etapa de transformación ¿Cómo se obtiene un organismo transgénico Hay dos etapas Se introduce el gen que se quiera en una célula del organismo que se pretende modificar Obtener una planta o animal a partir de la célula que se ha modificado

17. INGENIERIA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS 1.- Etapa de transformación Se extrae el todo el ADN de la célula donde está el gen que interesa Se localiza el gen y se extrae cortando el fragmento de ADN que contiene el gen Se clona el gen Se modifica el gen añadiendo fragmentos para su posterior lectura. Se forma un transgén . Se introduce el gen en la célula a modificar. Usando pequeñas moléculas de ADN que pasan de una célula a otra (plásmidos o virus) o inyectándolo directamente Se comprueba la incorporación del gen. Se suele incorporar un gen marcador. 1 2 3 4 5 6

18. 2.- Regeneración INGENIERIA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Obtener una planta o animal a partir de la célula que se ha modificado Se usan las técnicas de clonación de organismos

19. Animales, plantas (OMG) o microorganismos (MGM) modificados por ingeniería genética INGENIERIA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Organismos transgénicos Plantas transgénicas Maíz Bt : Tiene incorporado un gen de una bacteria Bacillus thuringiensis que fabrica una sustancia venenosa para los taladros (larvas de mariposa)

20. Un gen de un pez plano del Ártico que no interrumpe su crecimiento en invierno Otro gen del propio salmón modificado que no interrumpe la producción del hormona del crecimiento cuando el pez llega a la madurez INGENIERIA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Animales transgénicos Salmón : Crece entre 6 y 8 veces más que un salmón normal. Se le han incorporado dos genes.

21. INGENIERIA GENÉTICA Y LOS NUEVOS ORGANISMOS Microorganismos genéticamente modificados Bacteria productora de insulina : Tiene el gen de la insulina humana y fabrica insulina

22. LOS ALIMENTOS TRANSGÉNICOS Proceden de cultivos vegetales: Soja Maíz Algodón Colza En España: se cultiva maíz Bt para alimentación ganadera Incrementos de cultivos en 2007: 77% en la Unión Europea 40 % en España Alimentos transgénicos : contienen organismos transgénicos o sus derivados

23. LOS ALIMENTOS TRANSGÉNICOS El etiquetado de los alimentos Normativa europea: Obliga a que en envase se indique si contiene OMG En los siguientes casos El alimento es transgénico Un producto que contenga OMG Alimento producido a partir de transgénicos Con las siguientes excepciones: Si solo contienen un 0,9% de transgénicos Productos de 2ª o 3ª generación Alimentos fermentados por microorganismos transgénicos

24. LOS ALIMENTOS TRANSGÉNICOS Aplicaciones de los OMG Uso de seres vivos o de sus productos con fines comerciales y/o industriales Biotecnología Alimentos con características especiales Industria alimentaria Cereales sin gluten Carnes pobres en colesterol Mejora de la fabricación del pan o de la cerveza Industria farmacéutica Producción de fármacos o vacunas Bacterias que fabrican insulina o hormona del crecimiento humanas Leche con factor de la coagulación humana Agricultura y ganadería Mejora de caracteres agronómicos Mayor producción de leche o carne Resistencia a plagas o herbicidas Eliminación de residuos tóxicos con plantas Medio ambiente Producción de biocombustibles Ratones knock out Investigación médica Obtención de órganos para transplantes

25. LOS ALIMENTOS TRANSGÉNICOS Riesgos de la biotecnología Pérdida de diversidad genética Pérdida de diversidad cultivada, invasión de ecosistemas naturales Paso de genes transferidos a especies silvestres o tradicionales Maleza resistente a herbicidas o bacterias resistentes a antibióticos Efectos perjudiciales sobre la salud Se han descrito problemas alérgicos. Hay gran desconocimiento Aumento de la dependencia de países en desarrollo

26. PROYECTO GENOMA HUMANO Uso de la ingeniería genética para estudiar genomas completos Genómica Identificar los genes existentes en el ser humano y determinar en que lugar de cada cromosoma se encuentran Proyecto Genoma Humano Determinar la secuencia exacta de cada gen para conocer la proteína que codifica y sus posibles alteraciones Pretendía Una parte del presupuesto se dedico a estudiar como los descubrimientos podrían afectar a individuos, instituciones y sociedad

27. PROYECTO GENOMA HUMANO Fue llevado a cabo de forma paralela por dos grupos de forma paralela

28. PROYECTO GENOMA AHUMANO Contiene uno 3.200 millones de pares de bases El 2% contiene genes Hay un alto % de “ADN basura” Es casi igual para todas las personas, nos diferenciamos en un 0,1% Contiene unos 25.000 genes de los que no se sabe que hacen la mitad. Características del genoma humano PGH (ver)

29. Ingeniería genética LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS Conocimiento del genoma humano + Aplicaciones en la salud Diagnóstico de enfermedades genéticas Terapia genética

30. LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS Diagnóstico de enfermedades genéticas Enfermedad genética Está producida por la mutación de un gen que deja de hacer su función habitual La mutación afecta a todas las células del organismo Es hereditaria si Anemia falciforme (cromosoma 11) Fibrosis quística (cromosoma 7, básicamente) Síndrome de Down (cromosoma 21) La mutación no afecta a las células reproductoras No es hereditaria si Cáncer Enfermedades víricas (Hay cambios en el ADN, Pero no afectan a los gametos)

31. LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS Diagnóstico de enfermedades genéticas Enfermedades genéticas hereditarias Cromosómicas : Se producen por un cambio que afecta a cromosomas completos o a fragmentos Síndrome de Down (trisomía 21) Pueden ser heredadas o causadas por problemas en la formación de gametos Monogénicas : Los cambios están en un único gen que se hereda como cualquier característica Fibrosis quística: Alelo mutante recesivo en el cromosoma 7

32. LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS Diagnóstico de enfermedades genéticas Diagnóstico prenatal Permite detectar enfermedades genéticas dentro del útero Amniocentesis: Se toma una muestra de líquido amniótico que contiene células fetales Análisis de vellosidades coriónicas: Se toma una muestra de tejido de la placenta

33. Aumenta la tasa de abortos espontáneos (1%) LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS Diagnóstico de enfermedades genéticas Diagnóstico prenatal Líquido amniótico Tejido de la placenta Separación de las células por centrifugación Cultivo de las células Análisis cromosómico Estudios de ADN Estudios bioquímicos Inconveniente

34. LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS Diagnóstico de enfermedades genéticas Diagnóstico preimplantacional Se puede usar si se emplean técnicas de fecundación in vitro Se toma una célula de la mórula y se le hacen pruebas El embrión se mantiene congelado y si no se detectan anomalías se implanta

35. Aliviar las consecuencias de tener un gen anómalo Terapia génica Empleo de genes para curar enfermedades hereditarias y adquiridas LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS El tratamiento de las enfermedades genéticas Ha consistido en Fibrosis quística Sustancias que hacen fluidas las secreciones y evitan infecciones Hasta ahora

36. Terapia génica LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS Se cura la enfermedad al sustituir el ADN mutado por ADN normal Se extraen células del paciente Se utiliza un virus para “transportar” el gen terapéutico El virus se pone en contacto con las células del paciente a las que trasfiere el gen terapéutico Las células alteradas se inyectan en el paciente y empiezan a producir la proteína deseada También se podría utilizan en enfermedades como el cáncer y el sida 1 1 2 2 3 3 4 4

37. LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS Dilemas éticos Confidencialidad El secreto médico se aplica a lo que se averigüe por un diagnóstico genético Los conocimientos que derivan de PGH, del diagnóstico prenatal y preimplantacional o terapia génica plantean dilemas legales, sociales y éticos ¿Cómo se protege esta información? ¿Se debe mantener en secreto si daña a terceros? Autonomía La decisión de saber o no si se tiene un enfermedad genética debe ser libre. Muchas de estas enfermedades no tienen tratamiento ¿Se deben hacer los análisis? ¿Cómo se comunican los resultados? Información La información debe ser clara y completa. En el caso de diagnostico prenatal o preimplantacional se debe informar que las anomalías no se resuelven. ¿Qué se debería saber antes de hacer las pruebas?

38. LA BIOTECNOLOGÍA Y LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS Justicia Igualdad de oportunidades sin discriminación ¿Quién tendrá y decidirá el acceso a medicamentos? Beneficio Las decisiones se deben hacer buscando el beneficio del interesado, evitando errores en el diagnostico y generar falsas expectativas