Tema 5 . Aplicaciones de la genética: ingenieria genética

Tema 5 de Cultura Científica 1º de Bachillerato

1. APLICACIONES DE LA
GENÉTICA
TEMA 5

2. MANIPULACIÓN
GENÉTICA
Desde el neolítico, en
el que la especie
humana se dedicó a la
agricultura y a la
ganadería, al hombre y
a la mujer les ha
interesado manipular
genéticamente a las
especies domesticadas
con la finalidad de
obtener variedades de
plantas y animales con
mejores características.

3. MANIPULACIÓN GENÉTICA: TÉCNICAS CLÁSICAS
Hasta el siglo XX, la manipulación genética de las especies
animales y vegetales siempre se hizo utilizando los
mismos métodos que empleaba la naturaleza:
Selección de variedades con mutaciones aparecidas al azar.
Cruces, para unir características que aparecen en dos individuos.

4. BIOTECNOLOGÍA
Se dedica a la utilización de organismos vivos con fines
prácticos.

5. ORGANISMOS MODIFICADOS GENÉTICAMENTE
En el siglo XX, el conocimiento de los mecanismos de la
genética molecular, ha permitido manipular el genoma de
especies de interés económico y obtener así plantas y
animales transgénicos, también llamados OGM
(Organismos Genéticamente Modificados).
La ingeniería genética consiste en el uso de técnicas que
permiten manipular el DNA de los organismos,
básicamente mediante la transferencia de DNA de unos
organismos a otros.

6. TECNOLOGÍA DEL DNA RECOMBINANTE
La ingeniería genética también se conoce como la tecnología
del DNA recombinante(DNA obtenido en el laboratorio que
incluye fragmentos de distintas procedencias).
Los organismos que contienen DNA de un ser vivo diferente
se denominan transgénicos.

7. TECNOLOGÍA DEL DNA RECOMBINANTE
Estas técnicas se emplean normalmente con la finalidad
de producir proteínas a gran escala ya que podemos
hacer que un organismo (animal, vegetal, bacteria,
hongo…) produzca una proteína que le sea extraña.
A esto se dedica precisamente la Biotecnología, es decir
a la utilización de organismos vivos con fines prácticos.

8. TECNOLOGÍA DEL DNA RECOMBINANTE
Comprende técnicas diversas y muy sofisticadas:
Utilización de los enzimas de restricción
PCR (Reacción en cadena de la polimerasa).
Clonación de DNA

9. ENZIMAS DE RESTRICCIÓN
En 1975 sedescubrieron un tipo de endonucleasas -que se denominaron
enzimas de restricción-que actúan como “tijeras moleculares”.
Cortan la doble cadena de ADN a través del esqueleto de fosfatos sin dañar
las bases.
El descubrimiento de estas enzimas dio origen a la ingeniería genética y les
valió el Nobel en 1978 a sus descubridores.
Daniel Nathans
Hamilton O. Smith

10. ENZIMAS DE RESTRICCIÓN
Cortan el DNA por secuencias
palindrómicas específicas y
producen bordes cohesivos que
permiten unir fragmentos de
DNA.
Son indispensables en ingeniería
genética, ya que producen
fragmentos que fácilmente se
pueden unir entre sí (con una
ligasa).

11. ENZIMAS DE RESTRICCIÓN

12. ENZIMAS DE RESTRICCIÓN

13. REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA
Hastamediadosdelos80,laúnicaformaprácticade
hacermúltiplescopiasdeunasecuenciadeADNera
introducirunamoléculadeADNrecombinanteen
unacélulahuésped(medianteunvectorde
clonación).
KaryMullis,resolvióesteproblema
conlainvencióndelareacciónen
cadenadelapolimerasa(PCR)

14. REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA
Se emplea para conseguir grandes cantidades de DNA
a partir de cantidades minúsculas.
Se emplean DNApol I de bacterias termófilas, Taq (no
se desnaturalizan por calor)
La PCR consiste en la repetición de un ciclo que consta
de tres etapas:
Desnaturalización del DNA por calor
Hibridación de los cebadores (cortos fragmentos de DNA)
Elongación de la cadena.

15. POLIMERASE CHAIN REACTION
Sin esta técnica
serían imposibles
los estudios de ADN,
pues dada la
cantidad de ADN
presente en las
células, del orden de
picogramos, se
necesitaría una gran
cantidad de material
celular para aislar
una cantidad
apreciable de ADN

16. CLONACIÓN DE DNA
Es una técnica que permite obtener muchas copias
idénticas de un fragmento de ADN.
Para ello se inserta un gen de interés en un fragmento
circular de ADN llamadoplásmido.

17. CLONACIÓN DE GENES
Se corta el
plásmido con el
mismo enzima de
restricción que se
ha empleado para
obtener el DNA que
se quiere clonar.
De este modo los
extremos del DNA y
del plásmido
tienden a unirse.

18. CLONACIÓN DE GENES
El plásmido se introduce en
bacterias (transformación)y
se seleccionan aquellas que
contengan el plásmido.
Las bacterias con el plásmido
correcto se utilizan para
fabricar más ADN o, en otros
casos, se induce la expresión
del gen para obtener proteína.

19. VECTORES DE CLONACIÓN PARA PROCARIOTAS
Para introducir el material genético en una
célula procariotase utilizan plásmidos y virus
bacteriófagos (estos son los vectores de
clonación)
Plásmidos: Moléculas de DNA circular de doble
hélice.
Fagos: Pueden manipularse de forma que al infectar
una bacteria le introducen el DNA recombinante.

20. PLÁSMIDOS
En una célula puede haber entre 20 y 50.
Muchos de ellos contienen genes de resistencia a
antibióticos.
Los plásmidos bacterianos pasan fácilmente de una
célula a otras.
En algunos casos la bacteria (Agrobacterium
tumefaciens) puede incluso, introducir los plásmidos
en células eucariotas.

21. TECNOLOGÍA DEL DNA RECOMBINANTE
Esta tecnología comprende varias etapas:
Identificación y aislamiento del fragmento de DNA que
interesa (gen).
A continuación este DNA se inserta en otro fragmento de DNA,
generalmente un plásmido bacteriano para obtener un vector
de clonación.
Es necesario obtener muchas copias del vector de clonación.
Más tarde este DNA se introduce en el organismo receptor.

22. OBTENCIÓN DE UNA BACTERIA RECOMBINANTE
Completar los cuadros:
Escherichia coli,
plásmido bacteriano,
insulina,
gen de la insulina humana,
insulina humana purificada,
bacteria E. coli recombinante

23. APLICACIONES INGENIERÍA GENÉTICA EN MICROORGANISMOS
Producción de sustancias terapéuticas:
Insulina, Hormona del crecimiento, Eritropoyetina (EPO)
Factor VII de la coagulación
Interferón: proteína producida por el sistema inmunitario y
que resulta útil en el tratamiento de infecciones víricas y
algunos tipos de cáncer.
Antibióticos.
Anticuerpos
Vacunas

24. Producción de enzimas. La ingeniería genética permite obtener
enzimas modificados y mejorados para su utilización en la
industria alimentaria y en la producción de detergentes.
Degradaciónde residuos contaminantes. Mediante cepas
bacterianas recombinantes que degraden estos compuestos o
los inmovilicen en el suelo a partir de los genes de otros
organismos con estas propiedades.
Biorremediación: utilización de seres vivos para eliminar contaminación.
APLICACIONES INGENIERÍA GENÉTICA EN MICROORGANISMOS

25. VECTORES DE CLONACIÓN EN EUCARIOTAS
Plásmidos
La bacteriaAgrobacterium tumefaciensinduce tumores en las
raíces de las plantas.
Contiene un plásmido que puede introducirse en las células
vegetales e insertarse en un cromosoma.
Se emplea como vector para introducir genes en ellas.
También se utilizan micropoyectiles recubiertos con DNA.
Para introducir genes en las células animalesse pueden
emplear retrovirusmodificados
Inyección directa de DNA en los núcleos de los ovocitos.

26. TRANSFERENCIA DE GENES POR MEDIO DE
UN VECTOR (PLÁSMIDO O VIRUS)
1.1. Extracción de un
plásmido de una
bacteria.
2.2. Unión del plásmido
y el gen de otra
especie que se quiere
introducir.
3.3. Introducción del
gen en células del
organismo receptor
usando el plásmido
como vector.
4.4. Transferencia de
las células con el
nuevo gen al
organismo receptor.

27. DIFICULTADES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA EN EUCARIOTAS
Tiene dotación diploide por lo que el gen insertado
puede ser recesivo.
Se reproducen sexualmente.
Durante la meiosis se produce la recombinación de
la información genética al formarse los gametos
con lo que los genes insertados pueden no
transmitirse a toda la descendencia.

28. APLICACIONES EN AGRICULTURA: PLANTAS TRANSGÉNICAS

29. APLICACIONES EN AGRICULTURA: PLANTAS TRANSGÉNICAS
Las plantas transgénicas se pueden reproducir fácilmente por
reproducción vegetativa.
Para la introducción de genes se utiliza:
Plásmido de Agrobacterium tumefaciens.
Micropoyectiles recubiertos de DNA.
Se persigue obtener variedades:
Resistentes a herbicidas. Soja
Resistentes a plagas insectos. Maíz Bt
Mejorar resistencia a cambios ambientales.
Modificar o mejorar características de las plantas. Tomate de maduración
tardía
Mejorar características nutritivas del producto. Arroz dorado (vit A)

30. PLANTAS TRANSGÉNICAS

31. CULTIVOS TRANSGÉNICOS EN ESPAÑA
El maíz transgénico de Monsanto autorizado en 1998 se
cultiva en cinco países de la Unión Europea: España, con
el 80% de la producción total (alrededor de 75.000
hectáreas), Eslovaquia, Portugal, República Checa y
Rumania.
Han adoptado salvaguardias contra su cultivo otros seis
países: Alemania, Austria, Francia, Grecia, Hungría y
Luxemburgo.
La legislación polaca prohíbe todo cultivo de
transgénicos.

32. CULTIVOS TRANSGÉNICOS EN ESPAÑA
En marzo de 2010 la Comisión Europea aprobo el cultivo
y comercialización de la patata Amflora(BASF).
El almidón de esta patata podrá emplearse para fabricar
papel y para alimentación animal.
Actualmente hay dos cultivos transgénicos que se pueden
plantar en la UE (maíz y patata), y 32 variedades (de maíz,
algodón, colza, arroz y berenjena) que se pueden
importar. En este caso, cuando se usen para consumo
humano, habrá que indicarlo en el etiquetado.

33. APLICACIONES EN GANADERÍA: ANIMALES TRANSGÉNICAS
Es bastante difícil porque hay que conseguir la transformación de
las células embrionarias.
Se han obtenido resultados en algunos peces.
Se han obtenido algunas variedades de mamíferos (vacas,
cabras y ovejas) que producen leche enriquecida en
determinadas proteínas terapéuticas ( está autorizada
comercialización de algunos medicamentos así obtenidos).
No existe ningún animal transgénico aprobado para el consumo
humano.
Se pueden utilizar como modelos de experimentación.

34. ANIMALES TRANSGÉNICOS

35. ANIMALES TRANSGÉNICOS

36. VENTAJAS DE LOS TRANSGÉNICOS
La única diferencia entre un transgénico y un organismo
convencional es que en el diseño de los primeros se ha
usado ingeniería genética.
Aumento de direccionalidad: se selecciona un gen
determinado y se inserta en un genoma concreto.
Rapidez de los resultados dada la potencialidad de estas
técnicas se obtienen mucho antes.
Salto de barrera de especie. Afecta sobre todo a la
mejora de plantas o animales comestibles.

37. POSIBLES RIESGOS SANITARIOS DE LOS TRANSGÉNICOS
Los alimentos transgénicos comercializados se analizan
atendiendo a tres criterios: el contenido nutricional, la presencia
de alérgenos y el nivel de toxicidad.
No existe un solo dato que indique que suponen un riesgo para
la salud de los consumidores.
Los informes de la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria
(EFSA) descartan que los transgénicos supongan ningún riesgo
para la salud de las personas, los animales o el medio ambiente.
Quienes se oponen insisten en que el peligro a largo plazo no
está demostrado.

38. POSIBLES RIESGOS AMBIENTALES DE LOS TRANSGÉNICOS
Posible transferencia de genes exógenos a variedades silvestres. (Distancia
de seguridad)
Pérdida de biodiversidad. Los agricultores utilizan preferentemente aquellos
cultivos que mejor funcionan. (Dejaran de utilizar otros)
Efectos dañinos sobre otros insectos (en el caso transgénicos resistentes a
insectos). Antes de conceder el permiso de comercialización se obliga a
analizar este riesgo
No se percibe la aparición de nuevos posible riesgos ambientales por el uso de las
variedades transgénicas.
Quienes se oponen insisten en que pueden producirse escapes de las semillas al
entorno que contaminen el medio ambiente.
La Comisión europea autoriza la presencia accidental de un 0,9% de genes de
variedades transgénicas en los cultivos no modificados, y el mismo porcentaje para la
presencia de transgénicos en los alimentos para personas.

39. APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA EN EUCARIOTAS
Terapia génica. Consiste en la introducción de genes en seres
humanos para corregir alguna enfermedad genética.
Terapia de células germinales: se introduce el gen en los gametos o en el
zigoto de forma que todas las células del organismo quedan modificadas. No
está autorizado en ningún país.
Terapia de células somáticas: se introduce el gen en un grupo más o menos
amplio de células de forma que la corrección no pasa a la descendencia.
Para la introducción de los genes se emplean retrovirus
modificados que se insertan al azar en el genoma.
En algunos casos se ha relacionado la técnica con la aparición de
tumores.

40. TERAPIA GÉNICA

41. Técnica in vivo Técnica ex vivo
TERAPIA GÉNICA

42. CLONACIÓN DE SERES VIVOS
Obtención de organismos genéticamente idénticos.
Laclonación en plantas ocurre continuamente en la
naturaleza. Se basa en existencia de células totipotentes
(pueden regenerar un individuo completo).
Reproducción asexual
Reproducción por esquejes…
La regeneración de una planta a partir de una sola célula
mediante callo vegetal, resulta muy útil para la
regeneración de plantas transgénicas.

43. CLONACIÓN ANIMAL
Laclonación en animales es más compleja porque no se
han encontrado células totipotentes en los adultos
capaces de regenerar un individuo completo.
Se ha conseguido la clonación a partir de células
embrionarias.
Por la técnica de transferencia nuclear somática se
obtuvo el primer mamífero clónico: la oveja Dolly (1987)

44. CLONACIÓN ANIMAL
Transferencia nuclear somática.
Inducción de divisiones en un embrión

45. APLICACIONES DE LA CLONACIÓN ANIMAL
Uno de los campos con mayor aplicación es en la ganadería.
Mediante el cruce sexual la variabilidad genética es muy grande.
Laobtencióndeanimales de granja clónicos permite perpetuar
propiedades físico-químicas o nutricionales.
En el futuro podría combinarse la clonación con la ingeniería
genética para generar rebaños clónicos transgénicos.
Otro campo de interés es la recuperación de especies en peligro
de extinción.
Anecdóticamente hay quién pretende conservar sus mascotas.

46. CLONACIÓN HUMANA
La clonación humana con fines reproductivos está
prohibida, pero la clonación terapéutica es legal en
muchos países.
Consiste en implantar, en un óvulo, el material genético
de un individuo, y obtener del embrión células madre
que podrían dar lugar a diferentes tejidos para
trasplantes.
Además se podrían ensayar tratamientos médicos sobre
estas células antes de dar los medicamentos al paciente,
para conocer la respuesta.

47. CLONACIÓN TERAPEÚTICA
Las células madre son aquellas que tienen capacidad de
multiplicarse y desarrollarse y diferenciarse para dar
células especializadas
Sin embargo sólo las células madre pluripotenciales
pueden dar origen a diversos tipos celulares.
Células madre
Células madre embrionarias pluripotenciales
Células madre adultas multipotentes (sólo generan tipos celulares
del tejido del que proceden)
Células madre pluripotentes inducidas

48. CÉLULAS MADRE

49. CÉLULAS MADRE

50. CLONACIÓN TERAPEÚTICA
Las células madre embrionarias se obtienen a partir de embriones en las
primeras fases de desarrollo.
Para la obtención de los tejidos se destruyen los embriones (problema ético)

51. Las células madre inducidas (o reprogramadas) no requieren la
destrucción de embriones.
CÉLULAS MADRE PLURIPOTENTESINDUCIDAS