tema 3: la revolución genética2 1.- la prehistoria de la genética: selección artificial:...

Tema 3: La revolución genética 2

1.- La prehistoria de la genética: Selección artificial: •Ganadería (selección mejores especímenes) •Agricultura

2.- Primeras etapas de la genética.

•Aparición de la genética como ciencia•Primeros descubrimientos

3.- La era del ADN

4.- La era de la genómica


Preformismo:

La observación de espermatozoides con un microscopio en el s.XVIII hizo creer que tras la fecundación, solo por crecimiento, estos daban individuos adultos.

Epigénesis:

Al mejorar las técnicas microscópicas se postuló que además de crecimiento había transformaciones estructurales. Es decir, el óvulo se desarrollaba poco a poco y con la influencia del medio ambiente.

Pangénesis.Todos los órganos producen unas gémulas que viajan por la sangre a los genitales y de ahí a los hijos.


Caracteres adquiridos (Lamarck):

Teoría de Lamarck, que consideraba que las variaciones eran adquiridas y hereditarias. Los individuos cambian para adaptarse al medio y estás características se transmiten a los descendientes.

Plasma germinal (Weissmann):

Existe un plasma formado por los tejidos reproductores que se perpetúa a sí mismo. Las modificaciones del plasma germinal originarían modificaciones en el cuerpo. Hay diferencia entre células germinales y células somáticas.


Monje agustino católico y naturalista, en la actual República Checa, que describió las llamadas Leyes de Mendel que rigen la herencia genética, por medio de los trabajos que llevó a cabo con diferentes variedades de la planta del guisante.

Su trabajo no fue valorado cuando lo publicó en el año 1866.

Hugo de Vries, botánico holandés, junto a Carl Correns y Erich von Tschermak, redescubrieron las leyes de Mendel por separado en el año 1900.


1. La herencia se transmite por factores hereditarios almacenadas en los gametos. Dichos factores son de procedencia materna y paterna que se unen en el nuevo individuo sin mezclarse, y volviéndose a separar al formar las células reproductoras.

2. La herencia sigue normas estadísticas sencillas.

EduardoTema 3: La revolución genética 7

1900. Redescubrimiento de las Leyes de Mendel.

1910. Experimentos de Morgan. Demuestra que los genes están en los cromosomas, y los que están en el mismo cromosoma se transmiten juntos y los que están en cromosomas independientes se transmiten por separado. Se comprobó la existencia de recombinación o intercambio entre cromosomas homólogos (los dos cromosomas iguales que proceden uno del padre y otro de la madre)

1944. El ADN es el portador de la información genética (Experimentos de Avery)


• Estudio de la vida a nivel molecular• Esclarece la estructura molecular del ADN• Estudia los procesos de formación de un

ser vivo a partir del ADN:

Replicación del ADN Transcripción a ARN Síntesis de proteínas Regulación de los genes

Ciencia que nace a partir del descubrimiento de la estructura del ADN (1953, Watson y Crick)


El ADN está formado por dos cadenas antiparalelas de nucleótidos. Los puentes de hidrógeno que unen ambas cadenas dan estabilidad a la estructura . La combinación de las secuencias de bases nitrogenadas (A, T, G y C) forma los distintos ADN’s.

Esta enorme variabilidad origina todas las diferentes proteínas que podemos encontrar en los seres vivos.

Las uniones siempre son:

A-T C-GEl % de A-T y C-G es característico de cada especiey estas proporciones son complementarias (ej 28% y72%)


El ADN (más concretamente, los genes que contiene y que se definen como segmentos de ADN que codifican una proteína) contiene la información con las características de los seres vivos. Esta información se expresa en forma de proteínas.

Las proteínas son las que finalmente definen al ser vivo, junto con la influencia que puede ejercer el medio ambiente.

La relación entre genes y proteínas se expresa a través del dogma central de la Biología Molecular (1970, Crick)


ADN Proteínas

ARN m

Transcripción Traducción

Replicación

DOGMA DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR


A raíz de la modificación del Dogma central de la Biología Molecular se han cuestionado los conceptos de gen y ADN basura (ADN que no codifica información para proteínas).

Actualmente se cree que este ADN basura puede tener un papel regulador importante, así como que un gen puede dar lugar a varias proteínas (hasta hace muy poco, el concepto fundamental era “un gen, una proteína”).


1. La replicación es el proceso en que se sintetizan dos copias idénticas de ADN tomando como molde otra cadena de ADN. Es una replicación semiconservativa.

2. Tiene lugar en el núcleo de la célula

3. Se basa en la complementariedad de las bases nitrogenadas (al igual que en los procesos de reparación de secuencias dañadas y transcripción del ARN)

4. Se realiza antes de cada división celular para que las células hijas lleven la misma información que la célula madre.


La complementariedad de bases es útil para saber el contenido de bases de un ADN o conocer a partir de una secuencia como será la cadena complementaria:

Ejercicio : Si un ADN tiene un contenido de C+G del 42%, ¿qué porcentaje habrá de cada una de las bases?

C+G=42% A+T=58%C= 42:2= 21%; G= 42:2= 21%; A= 58:2= 28%; C= 58:2= 28%


Ejercicio :

Dada una hebra simple de ADN 3’-TACGGAATTCAT-5’, construye la hebra complementaria y la cadena de ADN que se formaría tomando como referencia la hebra inicial.

Hebra ADN: 3’-TACGGAATTCAT - 5’

Cadena complementaria: 5’- ATGCCTTAAGTA - 3’

Hebra ADN: 3’- TACGGAATTCAT- 5’

Cadena de ARM m: 5’- AUGCCUUAAGUA-3’


1. Se basa en el mismo mecanismo (complementariedad de bases) que la replicación, pero intervienen enzimas diferentes y se sustituye la base nitrogenada Timina por Uracilo.

2. Tiene lugar en el núcleo celular.

3. El ARN resultante sufre un proceso de maduración, y el ARN maduro sale al citoplasma celular.

4. El ARNm lleva la información a los ribosomas donde se producirá la síntesis de proteínas


1. Es la formación de proteínas a partir de la información que lleva el ARNm

2. Tiene lugar en los ribosomas (citoplasma)

3. Son necesarias otras moléculas como:• ARNt• Aminoácidos• Enzimas diversos

4. El proceso de traducción se hace según el Código Genético


1. Las proteínas están formadas por aminoácidos.

2. El orden de colocación de los aminoácidos viene dado por la secuencia de bases del ARNm. Cada tres bases de ARNm (triplete o codón) indica la colocación de un aminoácido.

3. Con las 4 bases nitrogenadas (A, U, G, C) se pueden formar 64 tripletes diferentes, que llevan la información para los 20 aminoácidos que forman todas las proteínas de los seres vivos

El código genético está compuesto por codones (codón= 3 bases nitrogenadas) que definen el proceso de traducción

•61 codones para aminoácidos (existen 20 aminoácidos diferentes)•3 codones de terminación

El código genético es universal

El código genético es redundante (varios codones para un mismo aminoácido)

Ejemplo: El aminoácido glicina está codificado por GGU, GGC, GGA y GGG


AUG - CCU – AAG – UUU – GCU – CUC ….

A partir de un ARN m:

MET

PRO

LEU

LYSPHE

ARG

PROTEÍNA


1. Es un código universal. Todos los seres vivos conocidos lo utilizan (hay una excepción, las mitocondrias, un orgánulo del interior de las células eucariotas).

2. Es un código redundante o degenerado. Hay más tripletes de bases que aminoácidos.

3. Es un código sin superposición o sin solapamientos: dos aminoácidos sucesivos no comparten nucleótidos de sus tripletes.

4. La lectura del ARN mensajero es continua, sin interrupciones. Cualquier pérdida o ganancia de un sólo ribonucleótido produce a partir de ese punto una modificación de la pauta de lectura, cambiando todos los aminoácidos desde el lugar de la alteración.


Enfermedad Síntomas Frecuencia ¿Tiene cura?

Hemofilia Sangrado abundante , no coagula

1/5000 niños No. Sólo se puede aliviar con inyecciones del factor de coagulación

Talasemia Hemoglobina anormal produciendo anemias

Alrededor 5% de la población mundial (Mediterráneo, Asia, Náfrica)

No

Distrofia muscular Duchenne

Degeneración muscular a partir 2-6 años. Afecta más a varones

20-30 /100000 varones nacidos

No. Sólo terapia ocupacional

Fibrosis quística

Alteración de la mucosidad del cuerpo afectando sobre todo al digestivo y respiratorio

1/3500 en España

No. Antes ninguna esperanza de vida. Ahora 30-40 años con antibióticos, ejercicios, enzimas…

http://www.genagen.es/area-pacientes/informacion-sobre-enfermedades-hereditarias/html


Se puede definir como la formación in vitro de nuevas combinaciones de material genético, por medio de la inserción de un ADN de interés en un vehículo genético (vector), de modo que tras su introducción en un organismo huésped, el ADN híbrido (recombinante) se pueda multiplicar, propagar, y eventualmente expresarse.

Lo que se pretende mediante la ingeniería genética es lograr ciertos fines tanto en la ciencia pura como en la aplicada (producción microbiana de productos, plantas y animales transgénicos, nuevos diagnósticos).


El ADN recombinante es aquel que tiene fragmentos de distinta procedencia.

De forma natural existen ADN recombinantes, cuando los virus insertan su ADN en el ADN de la célula huésped.

Se pensó hacer lo mismo de manera artificial en el laboratorio utilizando enzimas de restricción.

Tema3: La revolución genética 28

El Proyecto Genoma Humano es una investigación internacional que busca seleccionar un modelo de organismo humano por medio del mapeo de la secuencia de su DNA.

El proyecto fue fundado en 1990 por el Departamento de Energía y los Institutos de la Salud de los Estados Unidos, con un plazo de realización de 15 años.

Debido a la amplia colaboración internacional (más de 20 países implicados), a los avances en el campo de la genómica y la informática un borrador inicial del genoma fue terminado en el año 2000.


El objetivo inicial del Proyecto Genoma Humano fue no sólo determinar los 3 mil millones de pares de bases en el genoma humano, sino también identificar todos lo genes en esta gran cantidad de datos.

También tuvo como objetivo el desarrollo rápido de métodos eficientes para secuenciar los aproximadamente cien mil genes del ADN.

Otros objetivos fueron:

• Guardar toda esta información en bases de datos de libre acceso.

• Desarrollar herramientas para facilitar el análisis de esta información, y trabajar los aspectos éticos, legales y sociales


Algunos de los aspectos que más han llamado la atención es el bajo número de genes encontrados (en comparación a lo esperado), así como lo repetitivo, similar y duplicado que es el genoma humano.

También ha sorprendido la presencia de genes más afines con las bacterias que con cualquier otro organismo estudiado.

Otros datos importantes son:

Las células humanas tienen 46 cromosomas (44 autosomas y2 cromosomas sexuales), distribuidos en dos series (una de procedencia paterna y otra materna).

Cada serie tiene unos 3200 millones de pb y menos de 25000 genes. El resto es el “ADN basura” (cerca del 95%)


1. Prevenir y curar enfermedades hereditarias.

2. Conseguir mayor longevidad a partir del estudio de los genes implicados en el envejecimiento.

3. Recaudar información acerca de nuestro origen, el de nuestros antepasados y el de otras civilizaciones a través el análisis del ADN.

4. Conocer la huella genética de un delincuente a través del análisis del pelo, uñas o una gota de sangre.

El trabajo de interpretación del genoma no ha hecho nada más que empezar. Los beneficios de conocer e interpretar el genoma se esperan fructíferos en los campos de la medicina y de la biotecnología.


Pero el conocimiento del código de un genoma abre las puertas para nuevos conflictos ético-morales.

Esto atentaría contra la diversidad biológica y reinstalaría entre otras, la cultura de una raza superior, dejando marginados a los demás.

Quienes tengan desventaja genética serían discriminados.


• Que las compañías aseguradoras, empresarios, ejército u otras personas utilizaras de manera deshonesta este tipo de información.

• Pérdida de la privacidad y confidencialidad de la información.

• Impacto psicológico y estigmatización de la sociedad ante un individuo genéticamente diferente.

• Mejoras genéticas para determinar características específicas de los individuos, pero que no están relacionadas con el tratamiento de enfermedades.

• Comercialización de la información genética.


Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología se define como:

“Toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos".


Se han aplicado procesos biotecnológicos desde muy antiguo (aunque sin saber nada de biotecnología):

• 8000 a. C.: Recolección de semillas para replantación. Evidencias de que en Mesopotamia se utilizaba crianza selectiva en ganadería.

• 6000 a. C.: Medio Oriente, elaboración de cerveza con levadura.• 4000 a. C.: China, fabricación de yogur y queso por fermentación

láctica utilizando bacterias. • 2300 a. C.: Egipto, producción de pan con levadura.

En épocas más modernas, se puede considerar biotecnología la obtención de antibióticos u otros productos a partir de hongos.

Hoy en día, la biotecnología moderna se basa en la ingeniería genética.


1. Falta de control sobre los microorganismo manipulados.

2. Producción y almacenamiento de armas biológicas.

3. Aparición de especies nuevas con función desconocida en los ecosistemas.

4. Tránsito de genes entre especies.

5. Agudizar la diferencia entre países ricos y pobres.

Todo ello ha provocado rechazo por parte de grupos con distinto tipo de ideologías por motivos ecológicos, filosóficos, éticos o religiosos.


A pesar de los inconvenientes, las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y se suelen clasificar como:

1. Biotecnología roja o médica.

2. Biotecnología blanca o industrial.

3. Biotecnología verde o biotecnología agrícola.

4. Biotecnología azul o biotecnología marina.


Se aplica en procesos médicos. Algunos ejemplos son:

1.Diseño de organismos para producir antibióticos.2.Desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos.3.Diagnósticos moleculares (detección de enfermedades)4.Terapias regenerativas5.Desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación génica.6.Trasplante de órganos a partir de animales modificados genéticamente….


Se obtienen a partir de microorganismos que contienen el gen que produce la proteína de interés farmacológico (insulina, hormona del crecimiento…)

Las principales ventajas son:

Se controla mejor la producción, disminuye el riesgo de contaminación, se abaratan los costes…

Por el mismo procedimiento se pueden fabricar vacunas, evitando el riesgo de utilizar virus atenuados.


Consiste en poner en contacto ADN de un individuo con secuencias de genes responsables de una determinada enfermedad.

Las hebras del ADN del paciente se separan y si hibridan con el ADN de la enfermedad, es que el paciente tiene ese gen.


• Consiste en modificar los genes anómalos para impedir que se manifieste la enfermedad o curarla una vez manifestada.

• En las células afectadas se puede introducir una copia correcta del gen defectuoso mediante vectores (infección vírica), corrigiendo el problema.

• El proceso se podría hacer incluso en las células germinales (embrionarias) , pero esto plantea problemas éticos.

• Es una técnica prometedora pero aún en una fase muy temprana, con todavía muy pocos logros significativos.


Tratamiento niños burbuja (niños sin defensas en el organismo)


Se basa en la modificación de plantas por IG(ingeniería genética) para que generen proteínas de interés. Son las plantas transgénicas.

Los principales objetivos son:

1.Lograr plantas resistentes a herbicidas, bacterias, virus e insectos2.Aumentar el rendimiento fotosintético (más producción)3.Fijación del nitrógeno atmosférico4.Mayor calidad de los productos5.Obtener plantas con proteínas de interés comercial (vacunas, interferones, vitaminas…)

Tecnología Era Intervenciones genéticas

Tradicional

Unos 10 000 años a.C.

Se domestican plantas y animales, comienzan a seleccionar material vegetal para su propagación y animales para su mejoramiento.

Unos 3 000 años a.C.

Se fabrica cerveza y queso, se fermenta vino.

Convencional

Finales del siglo XIXGregor Mendel identifica en 1865 los principios de la herencia, sentando las bases para los métodos clásicos de mejoramiento.

Década de 1930 Se obtienen cultivos híbridos comerciales.

de la década de 1940 a la década

de 1960

Se aplica la mutagénesis, el cultivo de tejidos y la regeneración de plantas.

Moderna

Década de 1970

Transferencia de genes mediante técnicas de recombinación de ADN. Aislamiento y cultivo de embriones y a la fusión de protoplasmas en la fitogenética y a la inseminación artificial en la reproducción animal.

Década de 1980

La insulina es el primer producto comercial obtenido mediante transferencia de genes. Se recurre al cultivo de tejidos para la propagación en gran escala de plantas y al trasplante de embriones para la producción animal.

Década de 1990

Se aplica la caracterización genética a una gran variedad de organismos. En 1990 se realizan los primeros ensayos de campo de variedades de plantas obtenidas mediante ingeniería genética, que se distribuyen comercialmente en 1992. Se obtienen vacunas y hormonas mediante ingeniería genética y se clonan animales.

Década del 2000Aparecen la bioinformática, la genómica, la proteómica y la metabolómica.


Plantas transgénicas

tumores

célula vegetal

Proliferación de hormonas crecimiento. Se forman tumores en las zonas de la lesión

Plásmido Ti

núcleo

cromosoma

cromosoma

Agrobacterium

inductor de tumorescontiene oncogenes(genes onc)

Ingeniero genético natural tras sutitución de genes onc por genes de interés

Transgénesis= introducción de ADN extraño en un genoma, de modo que se mantenga estable de forma hereditaria y afecte a todas las células en los organismos multicelulares.

Agrobacterium tumefaciens es patógena de plantas. Produce tumores


1. El uso masivo de cultivos transgénicos representa riesgos potenciales desde un punto de vista ecológico.

2. Los efectos ecológicos no están limitados a la resistencia en las plagas o a la creación de nuevas variedades de malezas o de virus.

3. Los cultivos transgénicos pueden producir toxinas ambientales que se mueven a través de las cadenas tróficas y que también pueden llegar al suelo y al agua, afectando así a los invertebrados y probablemente a procesos tales como el ciclo de nutrientes.

4. En realidad, nadie puede predecir los impactos a largo plazo que pueden resultar de la diseminación masiva de estos cultivos.


Consiste en la alteración genética de animales para mejorar el rendimiento que de ellos se obtiene.

La investigación se centra en la obtención de animales que produzcan proteínas y compuestos de interés farmacológico y a obtener órganos destinados a trasplantes humanos (fundamentalmente a partir de cerdos)


La naturaleza tiene una cierta capacidad de limpieza de los elementos contaminantes. Microorganismos como levaduras, hongos o bacterias degradan una gran cantidad de sustancias tóxicas, reduciendo su carácter nocivo o incluso volviéndolas inocuas para el medio ambiente y la salud humana.

La biorremediación consiste en acelerar este proceso natural

para mitigar la contaminación

ambiental.


La reproducción asistida tiene como finalidad solucionar problemas de esterilidad

Actualmente se trabaja en evitar la aparición de enfermedades genéticas (diagnostico genético preimplantacional) y obtener bebes sanos cuyas células del cordón umbilical sirvan para salvar vidas de familiares enfermos.

Eduardo GómezTema 4: La revolución genética 53

http://sociedad.elpais.com/sociedad/2013/04/10/actualidad/1365606238_975235.html


Es la obtención de copias (ADN, células u organismos) genéticamente iguales.

Las primeras clonaciones de organismos se hicieron por fisión de embriones tempranos.

Un embrión, obtenido por procedimientos normales, se dividía, y los embriones resultantes eran genéticamente idénticos, pero no se sabía las características que iban a tener.

Esto ya se puede saber a partir de la primera clonación por transferencia de núcleos de células de individuos adultos. Los embriones resultantes eran genéticamente idénticos al donante del núcleo.


La primera clonación de mamíferos fue realizada por Ian Wilmut en 1996 utilizando tres ovejas, la donadora de la información (núcleo) la donadora del ovulo y la “madre de alquiler” (oveja nodriza). El resultado fue la oveja Dolly


• Obtención de animales que contengan y produzcan proteínas de interés médico.

• Mejora controlada del ganado

• Recuperación de especies extintas o en peligro de extinción.

Problemas• Éxito de clonación muy bajo

• Individuos clonados con problemas


• La clonación humana con fines reproductivos está prohibida, pero la clonación terapéutica si es legal en muchos países.

• Consiste en implantar, en un óvulo, material genético de un individuo, y del embrión obtenido sacar células madre embrionarias, que podrían dar lugar a los diferentes tejidos, y por lo tanto evitar los problemas de rechazo en los trasplantes.

• Además se podrían ensayar tratamientos médicos sobre estas células antes de dar los medicamentos al paciente, para conocer la respuesta.

Son aquellas que tienen capacidad de multiplicarse y la posibilidad de desarrollarse y diferenciarse dando lugar a células especializadas


Embrionarias o troncales:Embrionarias o troncales:

Se obtienen de embriones de menos de 14 días. Pueden generar un organismo completo (totipotentes).

Adultas o somáticasAdultas o somáticas

Están en los adultos. Pueden generar células especializadas de diferentes tejidos (no son totipotentes)


¿Qué tipo de célula madre es más conveniente usar (embrionaria o adulta)?, y sobre todo el estatus de un embrión humano, aunque tenga menos de 14 días y haya sido obtenido “in vitro” y esté congelado.

Hay un importante debate (político, ético y científico) sobre el uso de las células madre.

La solución puede venir de los últimos avances científicos. Se ha logrado obtener células madre pluripotenciales a partir de células adultas (se comportar como células madre embrionarias)


Es una consecuencia del enorme desarrollo alcanzado, pero de también los efectos negativos de la ciencia (experimentos con prisioneros, Hiroshima, deterioro ambiental, guerras químicas y bacteriológicas…)

La ciencia no es neutral desde un punto de vista ético o económico y se puede utilizar con buenos fines u otros no tan buenos. Lo que esto nos indica es que hay cosas que la ciencia puede lograr, pero “no todo lo que puede hacerse, debe ser hecho”

La Bioética nace para establecer unos principios que permitan afrontar los avances de la ciencia con respeto y responsabilidad. El criterio ético fundamental que regula esta disciplina es el respeto al ser humano, a sus derechos inalienables, a su bien verdadero e integral: la dignidad de la persona.


En 1979, se definieron como cuatro los principios de la Bioética: autonomía, no maleficencia, beneficencia y justicia. En un primer momento definieron que estos principios son prima facie (a primera vista) , esto es, que vinculan siempre que no colisionen entre ellos, en cuyo caso habrá que dar prioridad a uno u otro dependiendo del caso.

Sin embargo en 2003, se considera que los principios deben ser especificados para aplicarlos a los análisis de los casos concretos.


Principio de autonomíaPrincipio de autonomía. .

Es un principio de respeto a las personas que impone la obligación de asegurar las condiciones necesarias para que actúen de forma autónoma.

Principio de beneficenciaPrincipio de beneficencia:

Obligación de actuar en beneficio de otros, promoviendo sus legítimos intereses y suprimiendo perjuicios.

Principio de no maleficencia:Principio de no maleficencia:Abstenerse intencionadamente de realizar acciones que puedan causar daño o perjudicar a otros. Es un imperativo ético válido para todos, no sólo en el ámbito biomédico sino en todos los sectores de la vida humana.

Principio de justiciaPrincipio de justicia:

Tratar a cada uno como corresponda con la finalidad de disminuir las situaciones de desigualdad (biológica, social, cultural, económica, etc.)

tema 3: la revolución genética2 1.- la prehistoria de la genética: selección artificial:...

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