CONAP Libro de texto de Biotecnología, Bioseguridad y Biodiversidad para sexto primaria. Documento educativo No p.

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3 Gobierno de Guatemala Consejo Nacional de Áreas Protegidas BIOTECNOLOGÍA, BIOSEGURIDAD Y BIODIVERSIDAD PARA SEXTO GRADO DE PRIMARIA Documento educativo No p. Enero, 2015 El presente documento es producto del proyecto Desarrolllo de Mecanismos para Fortalecer la Implementación del Protocolo de Cartagena en Guatemala Proyecto UNEP-GEF GFL B43, ejecutado por el Consejo Nacional de Áreas Protegidas -CONAP-, a través de la Oficina Técnica de Biodiversidad -OTECBIO-, y financiado por el Fondo Mundial para el Medio Ambiente (GEF, por sus siglas en inglés) y el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA-UNEP). Publicación patrocinada gracias al apoyo de GEF-UNEP. Libro de texto avalado por el proyecto: Desarrollo de Mecanismos para Fortalecer la Implementación del Protocolo de Cartagena en Guatemala, OTECBIO. Dr. César Azurdia M. Sc. José Luis Echeverría Textos Lcda. Azucena Caremina Barrios Orozco Recopilación y edición Lcda. Azucena Caremina Barrios Orozco Revisión Dr. César Azurdia Lcda. Marta Lidia Marroquín Reyes M. Sc. Estuardo Solórzano Mariam Castañeda Inga. Nadia Lorena Díaz Banegas Derek Esquivel Díaz Diseño y diagramación Lcda. Claudia Cecilia Ambrosy Velarde Se sugiere citar el documento de la siguiente manera: CONAP Libro de texto de Biotecnología, Bioseguridad y Biodiversidad para sexto primaria. Documento educativo No p. Edición: 1000 ejemplares Consejo Nacional de Áreas Protegidas - CONAP - 5a avenida, 6-06 zona 1, edificio IPM, 5o, 6o y 7o Nivel, Guatemala, C.A. PBX: +(502) FAX: +(502) conap.gob.gt chmguatemala.gob.gt (portal especializado en diversidad biológica) bchguatemala.gob.gt (portal especializado en seguridad de la biotecnología) Esta publicación se realiza de acuerdo al normativo de propiedad intelectual de CONAP, aprobado por el Consejo Nacional de Áreas Protegidas con fecha 28 de agosto del 2013

4 Presentación Estimada o escolar El presente libro de texto de Biotecnología, Biodiversidad y Bioseguridad ha sido creado para que aumentes tus conocimientos científicos y que de una manera más sencilla aprendas y te informes sobre la Biotecnología moderna, un campo relativamente nuevo de la ciencia. El material incluye ejemplos concretos sobre los temas, actividades para el aula, laboratorios en línea y lectura de un cuento en cada tema; al finalizar tú eres el protagonista de tu propio cuento. Este proyecto permite la aplicación del Currículum Nacional Base en el aula con una visión de permanente interacción con lo que ocurre en la realidad de una forma dinámica, innovadora y efectiva, motivando tu interés por el conocimiento de la Biotecnología, esperando que su eficiente aplicación contribuya al desarrollo de nuestro país. La autora 3

5 Presentación 4

6 Índice de unidades 2 Pág. No. 7 Pág. No. 15 Breve historia de la Biotecnología... 8 Qué es Biotecnología? Diferencias entre Biotecnología tradicional y Biotecnología moderna Aplicaciones de la Biotecnología Importancia de la bioseguridad en la Biotecnología Seguridad alimentaria y Biotecnología Cómo vamos? La estructura celular (núcleo, ADN, ARN, código genético) Qué es la ingeniería genética? Mecanismos de la transformación genética Biología molecular Cómo vamos? Pág. No. 27 Pág. No. 37 Qué es un organismo vivo modificado? Generalidades de los OVMs Mecanismos de transformación genética Aplicaciones de los OVMs Beneficios y riesgos de los OVMs Etiquetado comercial de los OVMs Cómo vamos? Qué es diversidad biológica? Guatemala, país megadiverso! Convenios internacionales Qué es un movimiento transfronterizo? Cultivos nativos de Guatemala y OVMs Cómo vamos?

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8 Imágenes por: commons.wikimedia.org Breve historia de la Biotecnología Qué es Biotecnología? Diferencias entre Biotecnología tradicional y Biotecnología moderna Aplicaciones de la Biotecnología Importancia de la bioseguridad en la Biotecnología Seguridad alimentaria y Biotecnología Competencias en el Currículum Nacional Base -CNB- Competencias 8. Realiza la experimentación a partir del uso de la tecnología a su alcance, dentro de un proceso de investigación. Indicadores de logro 8.1. Utiliza la información obtenida durante la observación para predecir posibles resultados. Contenidos Utilización de la tecnología (manejo de información e instrumentalización) en la investigación.

9 Unidad 1 Qué es y por qué Biotecnología? En tu casa han comido queso, yogurt, pan, angelitos? Breve historia de la Biotecnología Imágenes por: commons.wikimedia.org Algún familiar es diabético y toma pastillas para regular el azúcar? stockvault.net Surge hace más de 7000 años. Año 6000 a. C. hasta 1700 d. C. datan las primeras aplicaciones de Biotecnología en cultivos, elaboración de queso y pan. De 1700 a 1900 se realizan experimentos y descubrimientos en medicina, agricultura y genética, entre los que sobresalen los de Luis Pasteur, Gregor Johann Mendel Padre de la génetica, Ernest Duchesne, William James Beal, en 1953, James Watson y Francis Crick quienes descubrieron la estructura del ADN. En 1918, Karl Ereky, ingeniero agrícola húngaro, utilizó por primera vez la palabra biotecnología. En 1997, nació la oveja Dolly, primer animal clonado. En este siglo XXI se presentan los Proyectos Genoma, se descifra la secuencia de ácido desoxirribunucleico o ADN de numerosos organismos, incluyendo al ser humano y surge la primera ternera transgénica. Sabías que...? En 1864 Luis Pasteur estudiando los diminutos enemigos que descomponían los alimentos desarrolló un proceso que actualmente lleva su nombre: pasteurización, mediante el cual se eliminan microorganismos y enzimas que los descomponen. freepik.com Época de avances en biomedicina, circuitos integrados, computadoras modernas. Todos estos contribuirán a controlar mejor las enfermedades y promover el descubrimiento y desarrollo de energías renovables e incluso la desaceleración del proceso de envejecimiento. Glosario Ácido desoxirribonucleico (ADN): ácido nucleico de doble cadena, contiene información genética codificada en la forma de secuencias específicas de los nucleótidos que lo constituyen. Bacteria: pequeño organismo unicelular portador de gérmenes a veces dañinos. Biomedicina: medicina clínica basada en los principios de las ciencias naturales, la biomedicina se basa en ciencias como la biología o la bioquímica. Biotecnología: cualquier aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos, organismos vivos o sus derivados, con la intención de hacer o modificar productos o procesos para un uso específico. Energía renovable: es la que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. 8

10 Unidad 1 Qué es y por qué Biotecnología? Te cuento Cómo nació la Biotecnología? A buelo -dice Santiagocuéntame cómo nació la Biotecnología? Bueno, -dice el abuelo- siéntate y transportémonos al pasado. Hace unos 6000 años a. C. existían civilizaciones como la de los egipcios, mesopotámicos, griegos, romanos todos estos pueblos contaban con materia prima - Tú sabes qué es la materia prima? Claudia Ambrosy Abuelo me cuentas cómo nació la Biotecnología? Nos transportaremos al pasado... Pues, dice Santiagoen la escuela me enseñaron que son todos los productos que no han sufrido transformación, llegan a las fábricas y con ellos se producen otros. Sí has aprendido en la escuela! dice el abuelo. Bien, te cuento que la Biotecnología nació ante la necesidad del humano, de experimentar con materias primas como: la leche, la uva y otros productos. Ahora dime, qué productos podemos obtener de la leche? Queso, yogurt, crema dice Santiago. Uhmmm, y sabes cómo se hace el queso o el yogurt? No, abuelo, me explicas? Claro. En ese entonces se dieron cuenta de que si dejaban la leche en un recipiente durante varios días sucedía un proceso de fermentación por efecto de las bacterias y así fue como descubrieron un tipo de bacterias para preparar el queso, el yogurt y la crema; de esa forma también producían vinos y cerveza; además, otros productos para el mejoramiento de cultivos y animales domésticos. A esto se le ha llamado Biotecnología tradicional, la que nació de la observación y experimentación. Ahora, en las últimas décadas, también existe la Biotecnología moderna; de esa platicaremos luego. Gracias abuelo!, hoy sí aprendí bastante; me gusta lo que me cuentas. Fermentación: es la transformación de algunas sustancias orgánicas por microorganismos llamados, en general, fermentos. Genética: parte de la biología que estudia las leyes de la herencia y de todo lo relativo a ella. Genoma: todo el material genético en una célula u organismo. Materia prima: realidad primaria de las que están hechas las cosas. Pasteurización: elevar la temperatura de un alimento líquido a un nivel inferior al de su punto de ebullición durante un corto tiempo, enfriándolo después rápidamente, con el fin de destruir los microorganismos sin alterar la composición y cualidades del líquido. Transformación genética: fenómeno por el que ciertas células adquieren material genético de otras. 9

11 Unidad 1 Qué es y por qué Biotecnología? Bio qué? Biotecnología La Biotecnología en sí no es una ciencia, es una aplicación de la tecnología basada en biología con enfoque de varias disciplinas; especialmente usada en: agricultura, farmacia, ingeniería, electrónica, agronomía, veterinaria, genética y otras. Biotecnología: es el uso de organismos vivos o parte de ellos para transformar a otros y generar productos útiles al hombre. Biotecnología ingeniería farmacia agronomía genética Biotecnología clásica o tradicional Se usan microorganismos que sirven para la elaboración de quesos, vinos, yogurt, pan, injertos en plantas. Diferencias Biotecnología moderna Se usan técnicas como cortar fragmentos de ADN de un organismo para introducirlo a otro (OVM) lo que comúnmente es llamado transgénico. agricultura Biotecnología veterinaria Te cuento que! freeimages.com google images freeimages.com photoxpress.com Los científicos buscan formas de aprovechar la tecnología biológica generando alimentos más saludables, mejores medicamentos, materiales menos contaminantes, entre otros. Qué opinas? google images stockvault.net Cómo te ayuda la Biotecnología para atender de mejor manera los problemas de la vida cotidiana? 10 Glosario OVM o transgénico: organismo vivo modificado. Cualquier organismo vivo que posea una combinación nueva de material genético que se haya obtenido mediante la aplicación de la biotecnología moderna.

12 Unidad 1 Qué es y por qué Biotecnología? Aplicaciones de la Biotecnología 1. Agricultura Para obtener mejores variedades de trigo, maíz, papa y otros. Aumento de la producción de los cultivos. Plantas transgénicas que han dado origen a cultivos más rentables a nivel productivo, nutritivo y económico. 2. Salud Con medicina especializada para personas que padecen diabetes, enfermedades cardiovasculares, entre otras. Detección de enfermedades de origen genético. Desarrollo de medicamentos. Vacunas. 3. Medioambiente Tratamiento de aguas residuales y basura, mediante el uso de microorganismos, proceso conocido como biorremediación. Elaboración de biocombustibles, utilizando plantas como materia prima. Utiliza enzimas para actividades industriales, lo que reduce la contaminación. Creación de variedades de especies con capacidad para enfrentar algunos fenómenos del cambio climático (sequía, exceso de humedad, temperatura, frío) 4. Alimentación Utiliza técnicas para producir o modificar un alimento. Mejoramiento en plantas y animales. Control y calidad en los alimentos que ingerimos. Dónde encontramos productos biotecnológicos? ACONTECIMIENTO IMPORTANTE freepik.com commons.wikimedia.org Sabías que...? En los países donde se producen transgénicos, la ley exige que sean sometidos a evaluaciones profundas antes de comercializarlos, para asegurarse de que no existan riesgos para la salud del consumidor y cuidar la diversidad biológica y el medio ambiente. La Biotecnología moderna en la medicina se inició a partir del descubrimiento del ADN por Watson y Crick. Se desarrolló la biología molecular que permitió descubrir los genes y su función en el organismo, así como estudiar su participación en el desarrollo de enfermedades. Glosario Biocombustible: combustible de origen biológico obtenido de manera renovable a partir de restos orgánicos. 11

13 Unidad 1 Qué es y por qué Biotecnología? IMPORTANTE! El término bioseguridad se refiere a los procedimientos y medidas empleados para disminuir y eliminar los posibles riesgos que resultan de la Biotecnología y sus productos. Sabes qué es Bioseguridad? Piensa... freeimages.com Existen tratados, convenios y protocolos internacionales que velan por la seguridad de las personas y orientan a los países a cumplirlos. El Protocolo de Cartagena se relaciona con la bioseguridad; en 2003 fue firmado por más de 160 países, entre ellos, Guatemala. Cuando vas al mercado o supermercado y compras un jugo de naranja, te detienes a leer la fecha de vencimiento del jugo? freepik.com SÍ NO 12 Seguridad alimentaria La seguridad alimentaria es un derecho del cual todas las personas deben gozar y que el Estado está obligado a garantizar en forma permanente. La Ley del Sistema de Seguridad Alimentaria y Nutricional establece que es el Derecho de toda persona a tener acceso físico, económico y social, oportuna y permanentemente, a una alimentación adecuada en cantidad y calidad, con pertinencia cultural, preferiblemente de origen nacional, así como a su adecuado aprovechamiento biológico, para mantener una vida saludable y activa. Sabías que...? Después de que millones de personas han consumido alimentos transgénicos en países de América y Europa, por varios años, aún no se han detectados casos de efecto adverso para la salud humana. Sin embargo, no se puede asegurar que esto no ocurra a largo plazo. Por tu seguridad debes hacerlo; todos los productos deben tener fecha de vencimiento. Según la Organización de Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), la utilización apropiada de la biotecnología ofrece considerables posibilidades para mejorar la seguridad alimentaria. freepik.com

14 Unidad 1 Qué es y por qué Biotecnología? Cómo ayuda la Biotecnología en la seguridad alimentaria? Varias de estas tecnologías, como el cultivo de tejidos y los marcadores moleculares, se utilizan sin mayores riesgos para acelerar el fitomejoramiento tradicional. Eso significa el mejoramiento genético de las plantas para fortalecer las cualidades genéticas de un cultivo. stockvault.net maíz freeimages.com tomate google images cacao google images manzana stockvault.net chile pimiento google images papa ASPECTOS POR TOMAR EN CUENTA EN EL USO DE LA BIOTECNOLOGÍA MODERNA UTILIDADES Aumenta la producción de los cultivos y reduce los costos de producción. Ayuda a los pequeños agricultores creando cultivos de mejor calidad, resistentes a la sequía, insectos y otros factores. Beneficia a la población de escasos recursos porque fortalece los alimentos básicos con la adición de vitaminas esenciales. Utilizar cultivos genéticamente modificados permite la reducción en la aplicación de determinados herbicidas. INCONVENIENTES La mayoría de los productos biotecnológicos están protegidos por patentes de propiedad intelectual de ciertas empresas comerciales transnacionales. En Guatemala como centro de origen,, podría haber flujo genético (de una variedad a otra). OPORTUNIDADES Para que la Biotecnología sirva a toda la humanidad, el sector público debe crear una normativa que controle al sector empresarial para garantizar el acceso justo a la población pobre y afectada por el hambre. Por nuestra seguridad alimentaria! Se debe realizar un proceso de análisis de riesgo a todos los productos antes de su importación o que salgan al mercado para consumo humano; también se deben hacer análisis de riesgo ambiental para determinar los posibles efectos negativos que los OVMs pueden ocasionar en el ambiente o la diversidad biológica. Glosario Cultivo de tejidos: técnica mediante la cual es posible obtener plantas libres de microbios en un medio nutritivo aséptico (estéril) en condiciones ambientales controladas. Fitomejoramiento tradicional: mejoramiento de plantas; procedimiento que realizan los agricultores e ingenieros agrónomos. Marcador molecular: es un segmento de ADN con una ubicación física identificable (locus) en un cromosoma y cuya herencia genética se puede rastrear. 13

15 Unidad 1 Qué es y por qué Biotecnología? Cóm vam s? Resuelve las siguientes actividades. 1. Escribe los productos que se obtienen de cada materia prima ilustrada: stockvault.net freeimages.com freeimages.com photl.com stockvault.net 2. Anota tres productos biotecnológicos que consumes con frecuencia en tu vida diaria: 3. Describe qué es inseguridad alimentaria a partir del concepto de seguridad alimentaria: 4. Explica la diferencia entre Biotecnología tradicional y Biotecnología moderna. 5. Realiza el laboratorio que encuentras en la siguiente dirección electrónica: 14

16 Los científicos se cubren el rostro para evitar contaminar el ADN. La estructura celular (núcleo, ADN, ARN, código genético) Claudia Ambrosy Qué es la ingeniería genética? Mecanismos de la transformación genética Biología molecular Competencias en el Currículum Nacional Base -CNB- Competencias Indicadores de logro Contenidos 1. Relaciona el origen y evolución de la vida, (procesos celulares, la herencia, reproducción, entre otros) con la interacción del ser humano con la naturaleza según los aportes de la ciencia y la cosmovisión de los pueblos Explica la estructura y función celular Establece la relación entre genética y herencia Descripción de la función de los organelos de la célula animal Descripción de la función de los organelos de la célula vegetal. Los cloroplastos y la fotosíntesis Establecimiento de la relación que existe entre cromosomas y genes en cuanto a sus funciones Descripción del papel de los genes en la determinación de las características hereditarias.

17 Unidad 2 Acerca de la célula Cómo está formada una célula? Cómo se reproduce? Por qué nos parecemos a nuestros padres o abuelos? Todos los seres vivos estamos formados por células. Núcleo: contiene los cromosomas osom Célula Los cromosomas contienen los factores hereditarios llamados genes. Los genes contienen ADN que es el portador de la información genética (color de ojos, cabello y otros rasgos físicos) Doble hélice de ADN, formada por cuatro letras: ATGC = alfabeto de continuidad de la herencia o código genético Esthefany Pineda Lectura del mensaje llevado por el ADN y copiado en otro tipo de molécula: ARN (ácido ribonucleico) ARN mensajero Transcripción La traducción es el cambio del mensaje genético para la fabricación de las proteínas Traducción La infinidad de combinaciones posibles de las letras del código genético permite que exista gran variedad de proteínas y le otorga a las diferentes especies biológicas sus caracteres propios. Figura 1. Síntesis de proteínas de un organismo. Proteína Función: crecimiento, reproducción y otras Glosario ARN mensajero: ácido ribonucleico, se forma por medio del ADN y se traducirá en proteína. Citoplasma: parte de la célula que, rodeada por una membrana, excluye al núcleo. Cromosoma: un cromosoma es un paquete ordenado de ADN, que se encuentra en el núcleo de la célula. Los diferentes organismos tienen distinto número de cromosomas. 16

18 Unidad 2 Acerca de la célula Físicamente, en qué te pareces a tu mamá o a tu papá? Todos los seres vivos estamos compuestos de igual forma? Por qué crees que no te pareces a un gato o a una planta? Estructura celular Claudia Ambrosy stockvault.net stockvault.net Todos los seres vivos estamos organizados por unidades estructurales y funcionales básicas llamadas células La agrupación de células forman tejidos La agrupación de tejidos forman órganos La agrupación de órganos forman sistemas La agrupación de sistemas forman organismos o individuos Las células están constituidas por un citoplasma y este, en su interior, contiene organelos. Célula animal Célula vegetal Membrana celular Núcleo Centriolos Mitocondria Membrana celular Núcleo Cloroplasto Citoplasma Mitocondria Retículo endoplasmático liso Retículo endoplasmático rugoso Vacuola Citoplasma Pared celular Figura 2. Constitución de célula animal. Figura 3. Constitución de célula vegetal. Genes: unidades físicas básicas de la herencia, se transmiten de los padres a la descendencia y están dispuestos, uno tras otro, en los cromosomas. Organelos: es una estructura específica, independiente dentro de una célula, cada uno cumple con una función. Ejemplo: la mitocondria tiene la función de producir energía. Transcripción: es el proceso de convertir el ADN en ARN (ADN ARN proteína) 17

19 Unidad 2 Acerca de la célula Qué funciones tiene una célula? Reproducirse: toda célula madre puede originar dos células hijas idénticas a ella con el mismo número y tipo de cromosomas (color de ojos, cabello, piel, etc.), por medio de un proceso llamado mitosis o cuatro células hijas con la mitad de la información de la madre y del padre (óvulos y espermatozoides) por medio del proceso conocido como meiosis. Cuando las células están viejas o dañadas, el cuerpo necesita sustituirlas con nuevas células en tejidos y órganos; a este proceso se le llama mitosis. Reproducir su material genético. IMPORTANTE! La mitosis se produce en las células del cuerpo para su crecimiento y renovación. La meiosis solo se produce en las células sexuales. Mitosis Una célula duplica primero el ADN de sus cromosomas, para luego originar dos células hijas con el mismo número y tipo de cromosomas que la célula madre. Cromosomas Duplicación de cromosomas Figura 4. Mitosis de una célula con dos cromosomas. Separación del material genético de dos células hijas Células hijas con el mismo número y tipo de cromosomas Glosario Genoma nuclear: la totalidad de la información genética de un organismo en particular. 18

20 Unidad 2 Acerca de la célula Meiosis Se realiza en los órganos reproductivos de plantas y animales y tiene la finalidad de producir gametos (células sexuales femeninas y masculinas), es decir, óvulos y espermatozoides. El producto de la espermatogénesis es de cuatro espermatozoides y el producto de la ovogénesis es de un óvulo. MEIOSIS DE UNA CÉLULA CON DOS CROMOSOMAS ESPERMATOGÉNESIS: REPRODUCCIÓN DE ESPERMATOZOIDES Cromosomas Duplicación de cromosomas Primera división: separación de los cromosomas Separación del material genético en cuatro células hijas, 23 cromosomas haploides,cuatro espermatozoides producto de la espermatogénesis Segunda división Figura 5. Meiosis de una célula con dos cromosomas. Sabías que...? Cada especie posee determinado número de cromosomas que se diferencian por su forma y tamaño; a este conjunto de cromosomas se le llama cariotipo. El cariotipo humano consta de 46 cromosomas que resulta de la unión de 23 pares de cromosomas de la madre y 23 cromosomas del padre. Ana Luisa Gómez stockvault.net freeimages.com stockvault.net freeimages.com stockvault.net perro y pollo: 78 cromosomas maíz: 20 cromosomas tomate: 24 cromosomas trigo: 42 cromosomas 19

21 Unidad 2 Acerca de la célula Cómo copiamos las característicass de nuestros padres? Qué ácidos nucléicos son claves para la transmisión de la herencia? Los científicos analizaron la composición química de los cromosomas; se dieron cuenta de que las substancias obtenidas eran de composición ácida y los llamaron ácidos nucleicos, ADN y ARN. Estos ácidos nucleicos se encuentran en todas las formas de vida, desde un virus hasta una forma compleja como el ser humano. Ana Luisa Gómez Las características hereditarias se transmiten de una generación a otra. Qué es ADN? Significa: ácido desoxirribonucleico. Es una molécula alargada, formada por dos cadenas que se unen longitudinalmente, en su composición básica estas cadenas están formadas por unidades llamadas nucleótidos con las bases: adenina con timina y guanina con citosina. Genes ADN Cuando se conjugan estos pares de bases en las cadenas se forma una figura llamada de doble hélice, es como una escalera torcida donde los pares bases son los peldaños. En el ADN se puede almacenar información. Qué clase de información? Significa que se agrupa en segmentos y a cada segmento de ADN se le conoce como gen, es especial porque contiene el código genético de cada célula de tu cuerpo, como el color del cabello, color de ojos, de piel, estatura; características que has obtenido de tus padres. Qué es el ARN? Cadena de ADN Significa: ácido ribonucleico. Es un ácido nucleico parecido al ADN solamente que es de cadena simple, igual que el ADN está formado por nucleótidos con las bases: adenina con guanina y citocina con uracilo. Existen tres clases de ARN: ácido ribonucleico mensajero, de transferencia y ribosómico (ARNm, ARNt, ARNr) estos ácidos trabajan en conjunto para ayudar a la célula a reproducirse y a formar proteínas. En el proceso de reproducción celular cada célula se divide y cada nueva célula Nucleótido que se forma debe llevar toda la información genética que determine sus características y Figura 6. Cadena de ADN. funciones; para eso, antes de dividirse, el ADN debe replicarse, es decir, generar una copia de sí mismo. Durante la replicación, el ADN se desenrolla y separa sus cadenas; para eso la enzima coloca nucleótidos siguiendo una regla de apareamiento A-T y C-G; al finalizar este proceso de duplicación cada nueva molécula de ADN estará conformada por una hebra vieja (original) y una nueva hebra. IMPORTANTE! Hay factores ambientales que pueden causar cambios en el ADN en el momento de la transcripción o de la copia del mensaje, a estos se les llama agentes mutagénicos debido a que pueden ocasionar mutaciones; por ejemplo la radioactividad y la luz ultravioleta. 20

22 Unidad 2 Acerca de la célula INGENIERÍA QUÉ? INGENIERÍA GENÉTICA Gernot Krautberger Del ADN a la Biotecnología moderna Hace más de medio siglo, James Watson y Francis Crick, propusieron un modelo de la estructura de ADN; con ello se lograron descubrimientos y respuestas a las preguntas acerca de la herencia. En el campo de la ingeniería genética se ha estudiado, analizado y comprendido la estructura de los genes y de qué forma la información que portan se traduce en características en un organismo, como el color, el tamaño, la textura, etc. De esta manera los científicos han buscado aislar, modificar y llegar a transferir los genes de un organismo a otro, para que se desarrolle una nueva característica; así es como se expande la ingeniería genética. Esta se define como: conjunto de metodologías que permite transferir genes de un organismo a otro; esto ha impulsado la biotecnología moderna. Ejemplos de esta ingeniería: la clonación, fragmentación del ADN y expresión de genes en organismos diferentes a los de origen, mejoramiento de especies de cultivos y animales, producción de fármacos, entre otros. freeimages.com biotecnologiauem.files.wordpress.com google images google images Los científicos observan, analizan, experimentan, comprueban y validan. Sabías que...? El conocimiento del ADN (ácido desoxirribonucleico), su estructura y función han sido determinantes para el desarrollo de la Biotecnología moderna. Te cuento que! La ciencia encargada de estudiar los mecanismos de la herencia se llama génetica. Glosario Biotecnología moderna: utilización de nuevas técnicas de ADN recombinante de cultivo de células, tejidos y otros. Código genético: son las instrucciones que le dicen a la célula como hacer una proteína específica, A, T, C y G son las letras del código del ADN. Mutación: proceso por el cual el material genético (genes o cromosomas) sufre alteraciones. Nucleótido: unidad química básica en un ácido nucleico. 21

23 Unidad 2 Acerca de la célula Te cuento Transferencia de nueva información? Mecanismos de transformación genética y su importancia A buela -dice Santiago por qué el tío Fito padece de diabetes? Bueno hijo, la diabetes es una enfermedad hereditaria, transmitida por uno de nuestros padres, tu abuelo padece esa enfermedad y tu tío la heredó. Claudia Ambrosy Me cuentas abuela? Uhmmm y eso se cura? No, pero se puede tratar con medicamentos elaborados químicamente. -Y tú sabes quién inventó estos medicamentos? -Te voy a contar -dice la abuela- Han transcurrido muchos años durante cuales los científicos han tratado de descubrir todo lo relacionado con la herencia y le han seguido la pista a los genes, entre ellos, Gregorio Mendel, a quien le llamaron Padre de la Genética. Bueno, esto se lo debemos a los científicos Stanley y Cohen, quienes aplicaron la ingeniería genética; emplearon una bacteria llamada Escherichia coli, que suele encontrarse en las heces; esta posee un ADN circular, al que llamaron plásmido. Plásmido Bacteria Escherichia coli Con la aparición de la biotecnología moderna, alrededor del año 1970, y el desarrollo de la ingeniería genética, fueron posibles todos estos sueños y aumentaron las esperanzas de los pacientes que sufren enfermedades hereditarias. Ellos cortaron ese pedazo de ADN con una especie de tijeras que se llaman enzimas de restricción Corte de enzimas de restricción Plásmido Con el uso de las herramientas de la ingeniería genética es posible cortar y aislar genes de un organismo para introducirlos en otro, modificarlos o eliminarlos, según sea la necesidad; esto también tiene importantes aplicaciones en la industria farmacéutica, es decir, para la fabricación de medicinas. Tal vez el caso más conocido de esta aplicación sea el uso de bacterias para la producción de insulina, proteína deficiente en los enfermos de diabetes - El uso de bacterias? -pregunta Santiago - e insertaron el gen de la insulina que previamente habían aislado de las células humanas. Inserción del gen de la insulina Para unir de nuevo los fragmentos utilizaron otras enzimas, cuya función es pegar genes, llamadas ligasas; Ligación mediante enzimas ligasas Quizá te cueste comprender esto que te voy a contar; así que voy a ir dibujando y coloreando lo que te describo Te parece? y así se produce la insulina. 22

24 Unidad 2 Acerca de la célula -Bueno, Santiago, espero que el dibujo te facilite comprender esto Ahora tú debes seguir la pista a los científicos que han estudiado la genética, para que aumentes tu conocimiento. -Gracias abuela, esto es interesante y jugaré a ser ingeniero genético, se me ocurre representarlo con pajillas de varios colores, voy a unirlas y pintaré las ligasas. Me parece una buena idea -dice la abuela, -yo me iré a descansar, buena noche mi tesoro! PRODUCCIÓN DE INSULINA HUMANA POR MÉTODOS DE INGENIERÍA GENÉTICA Célula humana Bacteria Escherichia coli Gen de insulina Plásmido Corte con enzimas de restricción ADN Sitio de restricción Gen de resistencia a antibiótico Corte de enzimas de restricción Inserción del gen de la insulina Producción de insulina por la bacteria Escherichia coli Ligación enzimas ligasas Introducción del plásmido nuevamente en la bacteria Multiplicación de la colonia de bacterias Figura 7. Producción de insulina humana por métodos de ingeniería genética. Glosario Enzima: catalizador orgánico (usualmente una proteína) que acelera una reacción química específica reduciendo la energía de activación necesaria para esa reacción. Enzima ADN ligasa: enzima que puede unir los fragmentos de ADN cortados por una enzima de restricción. Plásmido: molécula de ADN circular presente en algunas bacterias, empleado como vehículo para transferir genes que no son propios de la bacteria. 23

25 Unidad 2 Acerca de la célula Conozcamos más! La biología molecular permite conocer los genes que participan en distintos procesos celulares, esto es de interés para la aplicación industrial o agrícola. Algunos ejemplos de productos obtenidos de la biología molecular y la ingeniería genética son los biofármacos, tales como la vacuna contra la hepatitis B o los cultivos ornamentales genéticamente modificados. En estos últimos se aplicó el conocimiento de la biología molecular del desarrollo floral para modificar la morfología de las plantas. Algunos cultivos ornamentales genéticamente modificados Variedad de rosas Pelargonio Petunia Clavel google images google images google images google images google images google images Glosario Biología molecular: disciplina científica cuyo objetivo es el estudio de los procesos que se desarrollan en los seres vivos, desde un punto de vista molecular. 24

26 Cóm vam s? Unidad 2 Acerca de la célula Resuelve las siguientes actividades según las instrucciones. 1. Realiza el ejercicio Quién se parece a quién. Observa rasgos, colores, tamaño y forma; luego completa el cuadro. Anota los nombres. ESTUDIO GENÉTICO Yo Hermana Hermano Primo Prima Padre Estatura Color de piel Ojos Color de cabello Madre Abuelo Abuela Comenta el ejercicio con tus compañeros y cuéntales a quién de tu familia te pareces más. 2. Escribe el nombre de las bases de cada nucleótido en la cadena de ADN: Compara tus respuestas con las de algún compañero o una compañera y comenten la importancia de este tema. 25

27 Unidad 2 Acerca de la célula Cóm vam s? 3. Realiza un mapa de conceptos con los siguientes términos. Pide a tu profesor(a) que te explique con un ejemplo; utiliza flechas y nexos como conjunciones. MUTACIONES SERES VIVOS ADN CÉLULA NÚCLEO TRANSCRIPCIÓN PROTEÍNA LIGASAS CROMOSOMAS BIOTECNOLOGÍA MODERNA INGENIERÍA GENÉTICA GEN ENZIMAS DE RESTRICCIÓN NUCLEÓTIDOS CARIOTIPO 4. Juega a ser científico y realiza el experimento: Extracción de ADN vegetal. Ingresa a este enlace y sigue las instrucciones. 26

28 freeimages.com Qué es un organismo vivo modificado? Generalidades y aplicaciones de los OVMs Mecanismos de transformación genética Beneficios y riesgos de los OVMs Etiquetado comercial de los OVMs Competencias en el Currículum Nacional Base -CNB- Competencias Indicadores de logro Contenidos 2. Contrasta características, estructuras y funciones del ser humano, de los animales y de las plantas para comprender la razón de la diversidad biológica Describe las causas de la diversidad biológica Integración de los cromosomas, los genes y el ADN en la diversidad biológica Demostración de la forma como los cruces en las especies determinan cambios en los nuevos individuos Demostración de los beneficios que se obtienen con la utilización de los injertos Demostración de la forma en que los organismos vivos se pueden modificar a partir de los cruces genéticos (biotecnología).

29 Unidad 3 Organismos vivos modificados -OVMs- Organismo genéticamente modificado -OGM- Organismo vivo modificado -OVM- Organismo transgénico Qué modificación observas en esta imagen? Lechuga: Maíz: Zanahoria: Marca con X lo que has visto o que has comido: googleimages César Azurdia Enriquece tu vocabulario! stockvault.net freeimages.com googleimages googleimages photl.com Sabías que todos estos productos son organismos vivos modificados? La palabra transgénico proviene de trans (cruzar de un lugar a otro) y génico (referido a los genes) o sea, es todo aquel organismo que tiene incorporado un gen que no es propio, es decir, un gen diferente al de su especie. usando técnicas modernas en laboratorios especializados. Estas técnicas permiten separar, modificar y transferir partes del ADN de un ser vivo (bacteria, virus, vegetal, animal o humano) para introducirlas en el ADN del otro. La Organización de Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación -FAO-, lo define de esta manera: Un OVM u OGM es cualquier organismo que tenga una nueva combinación de material genético, producida mediante métodos biotecnológicos modernos. Las semillas, las estacas y los tejidos vegetales de cultivos genéticamente modificados son partes vivas de las plantas y por lo tanto, son OVMs. OVM, OGM y transgénico tienen el mismo significado. 28

30 Unidad 3 Organismos vivos modificados -OVMs- Cómo se crea un OVM? Para qué se crea un transgénico? Un organismo vivo modificado se crea cuando el gen de una característica beneficiosa se introduce en otro organismo que carece de ella para que se reproduzca en este y lo mejore. Ejemplo: cultivos resistentes a la sequía o a las plagas. Al organismo transformado se le llama transgénico o recombinante (porque combina material genético de otro organismo). Con el desarrollo de la ingeniería genética, los científicos han logrado que diversos organismos adquieran nuevas características o propiedades que antes no tenían; por ejemplo: photoxpress.com En plantas Resistencia a plagas, a virus y enfermedades stockvault.net En animales (peces, mosquitos, ratones) stockvault.net En microorganismos y virus Tolerancia a herbicidas Adaptación a ambientes extremos (sequías, frío y otros) Resistencia a virus y enfermedades Impide la transmisión de enfermedades Producción de hormonas, por ejemplo la insulina Descomposición de contaminantes Aumento de la calidad alimenticia Crecimiento más rápido Producción de biofármacos Te cuento que! En 1982, la insulina, primera proteína recombinante, fue aprobada como medicamento para pacientes con diabetes mellitus. Antes de esto, los pacientes se inyectaban insulina extraída del páncreas de vacas o cerdos; ahora varios laboratorios farmacéuticos producen insulina humana, por medio de bacterias o de levaduras y sin riesgo para la salud. Es decir, mediante el uso de Biotecnología, el gen que produce insulina en el humano, se introdujo en el ADN de la bacteria y como resultado la bacteria es ahora capaz de producir insulina. freeimages.com 29

31 Unidad 3 Organismos vivos modificados -OVMs- MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN GÉNETICA Agrobacterium tumefaciens Breve descripción del proceso de transformación genética de plantas por medio de A. tumefaciens. Dónde encuentras OVMs? Hace más de 20 años que se siembran cultivos genéticamente modificados en el mundo. Sin embargo, aunque la mayoría de las personas no lo saben, numerosos productos biotecnológicos se encuentran disponibles para consumo y otros están en proceso de desarrollo. Mediante la tecnología del ADN recombinante actualmente se producen enzimas de uso alimentario y en años recientes se han obtenido y comercializado nuevas variedades de vegetales con propiedades especiales. Algunas aplicaciones En alimentos: Adición de probióticos en alimentos como yogurt y queso; cereal en hojuelas, para que sean más crujientes. Estos productos se conservan en buen estado durante más tiempo gracias a estos agentes. photl.com photl.com Enzimas producidas como proteínas recombinantes en bacterias y en hongos genéticamente modificados usadas en la industria alimenticia: Enzimas Alfa- amilasa Aminopepetidasa Fosfolipasa Glucosa isomerasa Hemicelulosa Lactasa Lipasa Pectinasa Proteasa Quimosina Xilanasa Aplicación en la elaboración de... Pan, bebidas, almidón Queso, lácteos, saborizantes Pan, grasas Almidón Pan, almidón Lácteos Grasas, quesos, saborizantes, pan Bebidas, derivados de frutas Queso, pan, bebidas, derivados de carne y pescado Queso Bebidas, almidón, pan 30

32 Unidad 3 Organismos vivos modificados -OVMs- En la agricultura: Este cultivo de maíz ha sido modificado para que resista ataques de insectos. La resistencia a insectos se basa en los genes de las toxinas de una bacteria (Bacillus thuringiensis) que es patógena para determinados lepidópteros, en otras palabras, es capaz de exterminar a cierto tipo de insectos. google images google images El arroz dorado es una modificación del arroz blanco. Esta variedad se desarrolló con el propósito de resolver los problemas generados por insuficiencias de ciertas vitaminas y minerales que afecta aproximadamente a 40% de la población mundial; por tal razón se fortificó con vitamina A. El tomate Flavr Savr: es el primer vegetal transgénico comercial, cuyos frutos tienen períodos largos y mayor oportunidad de exportación desde el lugar de cosecha pero presenta ablandamiento rápido y su costo es mayor que el de un tomate normal. freeimages.com photoxpress.com En animales: El genoma de los animales se puede modificar utilizando técnicas de clonación; su finalidad es ayudar a los investigadores a identificar y caracterizar los genes. Además, como fuente de tejidos y órganos para trasplantes en humanos, mejoramiento del ganado y otros animales de importancia económica. En medicina: La hormona de crecimiento se creó para ayudar a niños con ese padecimiento. Cómo se produce? A las vacas se les introduce el gen humano que tiene la información para fabricar esa hormona; los niños la adquieren al tomar la leche de las vacas transgénicas. Vacunas que previenen la hepatitis B: estas se fabrican dentro de bacterias específicas. Insulina: se fabrica por medio de una bacteria; ayuda a las personas que padecen diabetes. google images Glosario Lepidópteros: se dice de los insectos que tienen boca chupadora y cuatro alas, posee metamorfosis completa hasta convertirse en mariposa. Patógeno: tipo de organismo que origina y provoca el desarrollo de una enfermedad en otro. Probióticos: son microorganismos o bacterias activas que regulan el proceso digestivo y que benefician la salud. Se encuentran en productos lácteos como el yogurt. 31

33 Unidad 3 Organismos vivos modificados -OVMs- Te cuento... S De los beneficios y riesgos en el uso de los transgénicos antiago es un niño muy curioso. Su profesor de Ciencias Naturales le ha explicado sobre los organismos vivos modificados. Santiago quiere saber si estos son buenos o no, y decide investigar entrevistando a algunas personas. Los OVMs tienen ventajas y desventajas En su camino encuentra a un médico y le pregunta: Doctor, qué piensa acerca de los transgénicos? _Bueno, le dice el médico, _desde mi punto de vista y mi profesión, tienen beneficios y riesgos. Un beneficio es que, por medio de bacterias, los científicos han creado medicamentos que ayudan a las personas que padecen ciertas enfermedades. Entre los riesgos están que algunos profesionales y científicos pueden usar la biotecnología para causar daño. Microsoft Clip Art Gallery Gracias, doctor, -dice Santiago- bien dice mi abuelita que todos los días se aprende algo nuevo. Santiago se detiene a pensar _ y ahora a quién entrevisto? _ Ah, ya sé!, a mi tío que es agrónomo, él ha de saber de este tema. Corrió a buscar a su tío, quien vive en una casa de campo y tiene varios cultivos. Los insecticidas y herbicidas perjudican el ambiente freeimages.com Cuando llega a la casa toca la puerta con tanta insistencia que el tío sale enojado diciendo: _ Quién toca de esa forma? _Soy yo _contesta Santiago _ Santi!, qué pasa, tienes algún problema? _No, tío, disculpa por tocar de esa forma pero tengo algunas dudas sobre la clase de hoy y quiero que tú, como experto, me expliques si los transgénicos son buenos o malos. _Me gusta que seas curioso, que quieras ampliar lo que te dice el maestro; trataré de explicarte _dice el tío. _Tú sabes que en nuestro país se trabaja la agricultura y gracias a lo que los agricultores producen, podemos disfrutar de comer verduras, frutas, pan, maíz y otros. 32

34 Unidad 3 Organismos vivos modificados -OVMs- _Te voy a enseñar el huerto familiar. Para obtener buen rendimiento en mis cultivos, cuando la planta crece, le quito la maleza que la rodea, la riego y utilizo varios productos químicos, llamados insecticidas y herbicidas que, lamentablemente, perjudican el ambiente, pues contaminan el agua, el suelo y matan algunos insectos. Los científicos han descubierto cómo autoproteger a las plantas de las plagas o enfermedades que las atacan; lo lograron por medio de una bacteria llamada Agrobacterium tumefaciens. Cuando esta bacteria penetra en las plantas, a través de un corte, transfiere parte del ADN que lleva en su plásmido. Me gusta la idea de ser investigador Te recuerdas de lo que te contó la abuela? _Uhmm... ah sí, sí, cuando hice el experimento de las pajillas. _Exactamente. Ahora te voy a enseñar donde siembro el maíz, ves la mazorca? _Sííí y qué le pasó?, por qué se ve así como podrida? _La atacó una plaga. Ahora los científicos han logrado que esto ya no suceda; con el experimento de ADN recombinante crearon plantas de maíz modificadas genéticamente o transgénicas. Estas son resistentes a los insectos o a gusanos barrenadores y el cultivo no se pierde. Esa metodología se ha empleado en otros cultivos como arroz, papa, algodón, tomate, trigo y otros. Estos alimentos modificados pasan por un proceso de experimentos, evaluaciones y pruebas para asegurar que el humano o los animales que lo consumen no corran ningún riesgo; también es importante que no sean dañinos para el ambiente. A este conjunto de evaluaciones se le llama análisis de riesgo. He visto que has estado muy atento, ahora podrías llegar a una conclusión a partir de lo que te expliqué. _Claro, dice Santiago; creo que los OVMs benefician al agricultor porque tendrán mejores cosechas y no dañan al ambiente. _ Muy bien! _dice el tío; pero no todo es color de rosa, el uso de los transgénicos también podrían tener riesgos: te explicaré rápidamente y no todo, porque hablar de esto es muy extenso! Por ejemplo, si los agricultores utilizan solo semilla mejorada, ellos trabajarían con un solo tipo de cultivos en zonas extensas. Con el tiempo, esa práctica agotaría la agrobiodiversidad o riqueza agrícola de nuestro país y el agricultor dependería de un solo proveedor de la semilla mejorada genéticamente y se incrementaría el costo de la agricultura. Claudia Ambrosy _ Ah! y te cuento que en nuestro país hasta el momento no existen leyes que reglamenten el uso de OVMs. _Bueno hijo, otro día te comentaré datos interesantes sobre este tema. _Gracias, tío, me voy satisfecho porque aprendí con tu explicación, me gusta la idea de ser investigador. Hasta pronto! Santiago regresó a casa y le contó a su mamá y a su papá la fantástica experiencia del día. Glosario Agrobiodiversidad: es la parte de los recursos genéticos que comprende tanto a las especies cultivadas y domesticadas como a sus parientes silvestres. Análisis de riesgo: utilización sistemática de la información disponible para identificar los peligros y evaluar los riesgos. 33

35 Unidad 3 Organismos vivos modificados -OVMs- Existen riesgos relacionados con el uso de transgénicos? Mecanismos de transformación genética y su importancia No se puede generalizar el riesgo, ni las ventajas de estos organismos, ya que estos dependerán del organismo modificado, sus características nuevas y el sitio en que se va a usar. Sabías qué...? En Guatemala aún no se dispone de laboratorios especializados para crear transgénicos. Gernot Krautberger IMPORTANTE! Etiquetado comercial de OVMs Cuando compras en el supermercado, has observado el etiquetado de los productos? Es importante saber qué contiene el producto que vas a ingerir; todas las personas involucradas en el comercio y mercado de OVM, especialmente el consumidor final, debe contar con suficiente información al respecto; esto le permite elegir de manera acertada los productos que consume. Mami, leamos qué contiene este producto! Mami, leamos el contenido de este producto! 34

36 Cóm vam s? Unidad 3 Organismos vivos modificados -OVMs- Ejercicios individuales y cooperativos. 1. Actividad: Cuando mamá o papá vayan al supermercado debes hacer lo siguiente: A. Busca el etiquetado en los productos que comes o tomas y lee el contenido alimenticio e ingredientes. B. Escribe en un cuaderno el nombre de los alimentos que contienen probióticos. C. Puedes saber qué alimentos son genéticamente modificados? Por qué? 2. Busca en la lista de palabras y completa la frase: transgénico - ambiente - agricultor - análisis de riesgo - Biotecnología A. Espacio que compartimos todos y que la Biotecnología puede ayudar a conservar disminuyendo el uso de sustancias químicas: B. Tecnología que permite usar organismos vivos para producir bienes o servicios útiles al hombre: C. Conjunto de evaluaciones que se efectúa para determinar la seguridad de los alimentos transgénicos: D. Persona que se podría beneficiar al sembrar plantas transgénicas: 35

37 Unidad 3 Organismos vivos modificados -OVMs- 3. Investiga: Cóm vam s? A. Pregunta a tu profesor qué significan las siglas: SAT, MARN, MSPAS, MAGA y cuál es la función de cada institución. NOMBRE FUNCIÓN DE LA INSTITUCIÓN SAT MARN MSPAS MAGA B. Describe la relación de cada institución con los OVMs. RELACIÓN CON LOS OVMs SAT MARN MSPAS MAGA C. Qué aplicaciones biotecnológicas se llevan a cabo en Guatemala y qué países trabajan transgénicos? 36

38 Archivo CONAP Mehalcar Álvarez Acerca de la diversidad biológica Guatemala, país megadiverso! Convenios internacionales Qué es un movimiento transfronterizo? Cultivos nativos de Guatemala y OVMs Jorge Chavarría Competencias en el Currículum Nacional Base -CNB- Competencias Indicador de logro Contenidos 2. Contrasta características, estructuras y funciones del ser humano, de los animales y de las plantas para comprender la razón de la diversidad biológica Describe las causas de la diversidad biológica Integración de los cromosomas, los genes y el ADN en la diversidad biológica Demostración de la forma como los cruces en las especies determinan cambios en los nuevos individuos Demostración de los beneficios que se obtienen con la utilización de los injertos Demostración de la forma en que los organismos vivos se pueden modificar a partir de los cruces genéticos (biotecnología). Holger Tobuschat

39 Unidad 4 Acerca de la diversidad biológica Conocimiento previo Acompaña a tu mamá o a tu papá al mercado y anota los productos que venden allí; también observa a las personas y los rasgos que las puedan diferenciar. Qué es diversidad biológica? Sabías que Guatemala es uno de los 19 países con mayor diversidad de todo el mundo? Este es el valioso tesoro que tenemos y debemos cuidar. Es toda la diversidad de organismos vivos, animales, plantas, climas, ecosistemas terrestres, marinos, culturas, idiomas y otros. Mapa extraído de: CONAP Folleto de la Exposición Itinerante Guatemala Megadiversa. Documento Educativo No. 59 ( ). Guatemala. 40p Escribe en las líneas siguientes lo que obtienes de la diversidad biológica