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Biología. Grupo 2Curso 2014-2015
5. Genética3. Biotecnología
3. Biotecnología
1. Concepto de biotecnología• Biotecnología: empleo de células vivas o de sus componentes para la obtención y mejora de productos útiles.
•Esta es una definición muy amplia que incluye desde la elaboración de cerveza y pan hasta la fabricación de nuevas medicinas, la terapia génica, la identificación de individuos o la producción de plantas y animales transgénicos gracias al desarrollo de la ingeniería genética.
• Tipos de procesos biotecnológicos: tradicionales, se basan en las fermentaciones y modernos fundamentados en la ingeniería genética.
•La biotecnología tradicional, consiste en el cultivo a gran escala de microorganismos capaces de producir como resultado de su metabolismo sustancias de interés.
• La ingeniería genética, conjunto de técnicas que permiten manipular el ADN de una célula o grupos de células que debido a ello tendrá nuevas cualidades. También se llama tecnología del ADN recombinante porque en este proceso lamolécula de DNA contiene segmentos derivados de diferentes fuentes.
• Principales técnicas de la ingeniería genética: clonación de genes y reacción en cadena de la polimerasa (PCR).
(Campbell, 7ª ed, Fig. 20.2)
Panorama general de la clonación de genes con un plásmido bacteriano que muestra los diversos usos de los genes clonados.
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Biología. Grupo 2Curso 2014-2015
5. Genética3. Biotecnología
2. Técnica de clonación de genes La clonación de genes tiene 5 etapas generales:
(Campbell, 7ª ed, Fig. 20.3)
1.- Obtención del gen que se quiere clonar mediante enzimas de restricción
Para cortar el DNA en una localización precisa se utilizan enzimas o endonucleasas de restricción, que reconocen una secuencia característica de nucleótidos.
Algunas de las enzimas de restricción cortan de forma escalonada generando fragmentos de DNA de dobles cadenas con extremos monocatenarios denominados extremos cohesivos o pegajosos que pueden aparearse con los extremos cohesivos complementarios de moléculas de DNA diferentes.
2.- Inserción del gen en un vector de clonación
El vector de clonación sirve de “vehículo” para transportar el gen a la célula hospedadora (pueden ser plásmidos). El vector de clonación se corta con la misma enzima de restricción para que presente los mismos extremos cohesivos. Posteriormente el gen se une al vector por acción de las DNA ligasas formándose DNA recombinante (tiene segmentos de distinta procedencia, rDNA).
3.- Introducción del vector de clonación con el gen en la célula hospedadora
Se utilizan distintos métodos para trasladar el DNA desde el tubo de ensayo hacia el interior de una célula huésped que ofrece la maquinaria enzimática necesaria para la replicación de este DNA.
4.- Incorporación del DNA recombinante, por medio del vector de clonación, en una célula hospedadora(ej. bacteria Escherichia coli) para que ésta, al multiplicarse, origine un clon de células portadoras de dicho gen (las bacterias durante la división también replican el plásmido recombiante y lo transfieren a sus descendientes).
5.- Identificación de células huésped que contienen el DNA recombinante
(Campbell, 7ª ed, Fig. 20.4)
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5. Genética3. Biotecnología
Recombinantplasmids
Foreign genome
Genotecas
Genoteca de plásmidos. Se muestran 3 de los miles de libros que forman la genoteca. Cada libro es un clon de células bacterianas con copias de un fragmento de genoma extraño específico.
Una genoteca (biblioteca génica) es una colección de fragmentos clonados de DNA.
La genotica representa un genoma entero: genoteca genómica (generalmente el DNA procede de células procariotas) o copias de mRNA producidas por una célula, genoteca de cDNA.
(Campbell, 7ª ed, Fig. 20.6a)
El mRNA que origina dicho gen se utiliza como molde y se sintetiza DNA complementario (cDNA) en el que no hay intrones.
Las bibliotecas de cDNAcontienen solamente los genes que están siendo expresados en un organismo determinado e incluso en ciertos tipos de tejidos o células.
Cada ciclo de una PCR consta de 3 etapas:
3. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
La PCR es una técnica enzimática de amplificación in vitro de cantidades minúsculas de DNA.
Permite analizar muestras tan reducidas como un bulbo piloso, una gota de sangre, algunas células mucosas o restos fósiles.
El DNA puede ser secuenciado con rapidez de forma automatizada.
1. Desnaturalización del DNA para dar hebras sencillas. El DNA se calienta brevemente para separar las hebras.
2. Hibridación: se enfría o templa rápidamente, y se añaden los cebadores que se hibridan específicamente con la hebra sencilla.
3. Replicación (elongación, extensión o polimerización) de la hebra sencilla por una DNA polimerasa termoestable a partir del cebador y dNTP.
A continuación se reinicia el ciclo. Cada ciclo invierte alrededor de 5 minutos.
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5. Genética3. Biotecnología
Figure 10-28 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Las técnicas del DNA recombinante posibilitan desplazarse experimentalmente desde el gen hasta la proteína y desde la proteína al gen
(Alberts y col, 3ª ed, Fig. 10.28)
En la genética actual, se puede partir de las secuencias de ADN de un gen, aunque se desconozca su función, y deducir la secuencia de aminoácidos de la proteína que codifica utilizando el código genético. De este modo se puede llegar a conocer su participación en un carácter.
A la vista de estos avances tecnológicos, es fácil deducir la importancia de crear bases de datos con las secuencias de los genomas que se van investigando.
4. Aplicaciones
Figure 10-28 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Los organismos pueden alterarse genéticamente
Transgénesis: técnica que permite modificar el genoma de un organismo mediante la introducción de genes nuevos, exógenos, o la modificación de un gen propio, lo que hace que el organismo muestre una nueva característica
El gen insertado puede proceder de cualquier individuo, especie, o incluso ser un gen sintético producido en el laboratorio
Se utiliza para conseguir organismos transgénicos que se caracterizan por tener el genoma de todas sus células modificado
En animales solo se consigue si se modifica el genoma de las células germinales o las embrionarias, ya que el gen introducido se transmite a la descendencia.
(Curtis, 6ª ed, Fig. 11.17)
Clonación de Dolly
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5. Genética3. Biotecnología
A diferencia de los animales las plantas de algunas especies se generan a partir de una única célula transformada, de este modo, un gen introducido en la célula de una planta se transferirá finalmente a los descendientes a través de las siembras de generaciones sucesivas.
(Campbell, 7ª ed, Fig. 20,19)
• Aplicaciones: obtención de fármacos y otros productos de interés, diagnóstico de enfermedades genéticas, detección de patógenos, alimentación (seguimiento, trazabilidad, y composición de alimentos), medicina forense e investigaciones policiales (con el fin de identificar individuos a partir de muestras biológicas, como sangre, semen, piel o cabellos), saneamiento ambiental, ….
