Chapter 17: Recombinant DNA and Biotechnology. Genoma

Transcripción

1 Genoma - Constituye la información genética de un organismo - La información genética consiste en moléculas de DNA empaquetadas en cromosomas - El genoma de un organismo está conformado por el set completo de cromosomas del mismo

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3 Tecnología del DNA recombinante -Depende de la habilidad de producir gran número de moléculas idénticas de DNA (clones) -El conocimiento de replicación, transcripción n y traducción n del DNA han sido utilizados para crear moléculas de DNA recombinantes, constituídas por secuencias de DNA de diferentes organismos

4 -Los clones son generados mediante la introducción n de un fragmento de DNA de interés en un vector, el cual puede multiplicarse en una célula hospedadora y por lo tanto se generan muchas copias del fragmento de interés -Los vectores más m s usados son moléculas de DNA circulares denominadas plásmidos

5 -Las enzimas de restricción, que son producidas por bacterias para defenderse contra virus, se unen al DNA en secuencias específicas y lo cortan

6 -Los fragmentos de DNA generados por el corte con enzimas de restricción puede ser separados según su tamaño por electroforesis en gel. Al colocar el DNA en un gel y aplicarle un campo eléctrico ctrico,, el DNA cargado negativamente se mueve hacia el extremo positivo del campo y las moléculas más pequeñas se mueven más rápido que las más grandes

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11 -Bacterias, levaduras y células animales y vegetales en cultivo son comunmente usadas para experimentos de DNA recombinante -El DNA introducido debe ser parte de un vector que pueda replicar en la célula hospedadora o puede recombinar insertando el gen en el genoma -Los vectores especializados transforman bacteria levaduras y células animales y vegetales. Pueden replicar, poseen secuencias para el reconocimiento de enzimas de restricción y marcadores para identificar su presencia en la célula hospedadora y una secuencia promotora que permite la expresión del gen clonado

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13 -Cuando los vectores que poseen el DNA recombinante son incubados con células hospedadoras, las células transformantes pueden ser identificadas por los marcadores de selección como por ejemplo resistencia a antibióticos ticos

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15 Fuentes de genes para clonación -El corte del DNA de un organismo por una enzima de restricción produce fragmentos del genoma que pueden ser ligados a un vector e insertados en un hospedador para crear una biblioteca génica

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17 Otras herramientas para la manipulación del DNA -La recombinación homóloga puede ser usada para anular ( knock out ) ) un gen en un organismo

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19 Biotecnología: Aplicaciones de la manipulación del DNA -La posibilidad de generar un organismo transgénico nico, definido como aquel al que se le agrega un gen -La habilidad de clonar genes ha hecho posible nuevas aplicaciones de la biotecnología, como la producción en gran escala de proteínas y enzimas

20 OGM

21 Primer OGM: bacteria Escherichia coli con capacidad de producir Insulina

22 Algunos productos biotecnológicos utilizados en medicina Producto Activador tisular del plasminógeno Factor VIII Hormona de crecimiento Insulina Vacunas Hepatitis B, Meningitis, Gripe, etc Uso Disuelve coágulos sanguíneos Pacientes con hemofilia A Personas de pequeña estatura Pacientes con diabetes Previenen y tratan enfermedades infecciosas

23 Biotecnología: Aplicaciones de la manipulación del DNA -La transformación de células vegetales con nuevos genes introducidos via vectores y la generación de plantas transgénicas nicas ha avanzado rápidamente.. El resultado es que las plantas poseen nuevos y útiles genes

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25 INDICADORES: COMPARACIÓN ENTRE HIBRIDIZACIÓN CLÁSICA Y LA TRANSGÉNESIS PUNTOS DE COMPARACIÓN Número de genes transferidos Elección n de la característica a transmitir Tiempo para estabilizar la nueva variedad HIBRIDIZACIÓN CLÁSICA Una docena de millares de genes para encontrar el gen de interés Se limita a la compatibilidad sexual (confinada al interior de una especie) 10 a 20 años a o más TRANSGÉNESIS NESIS Uno o varios genes de interés s en una construcción n genética En principio ilimitada (franquea la barrera de las especies) 3-44 añosa

26 Algunas aplicaciones de la biotecnología en la agricultura Problema Adaptación ambiental Rasgos nutricionales Maduración poscosecha Tecnología/Genes Genes de tolerancia a sequía y sal Semillas con alto cont. de lisina Retraso maduración de los frutos Plantas como bioreactores Producción de fármacos Control de plagas Tolerancia a herbicidas,resistencia a patógenos

27 MODIFICACIONES GENETICAS EN VEGETALES (Primera Generación) La casi totalidad (99%) de las plantas genéticamente modificadas cultivadas en el mundo son de cuatro especies: soja, maiz, algodón y colza (canola); son de Primera Generación, y fueron modificadas por motivos agronómicos, principalmente por su TOLERANCIA A HERBICIDAS y RESISTENCIA A PLAGAS DE INSECTOS. Las cuatro especies se comenzaron a cultivar de forma intensiva a mediados del 90 en algunos países del mundo.

28 Plantas resistentes a Herbicidas - Manipulaciones biológicas que generan la resitencia a un herbicida: Inhibir la internalización del herbicida Sobreexpresar la proteína blanco del herbicida Crearle a la planta la capacidad de inactivar el herbicida

29 Plantas resistentes a Insectos - Una de las estrategias consiste en introducir a la planta un agen que codifica una toxina con capacidad insecticida derivado de Bacillus thuringiensis - Otra estrategia consiste en la introducción de genes que codifican inhibidores de la enzima amilasa o inhibidores de proteasas

30 Plantas resistentes a bacterias y hongos - La expresión trangénica nica constitutiva de proteínas R o proteínas PR ha generado plantas resitentes tanto a hongos como a bacterias

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32 Plantas resistentes a Virus - Generalmente expresando transgénicamente nicamente proteínas de la capside viral se obtiene resistencia al virus - Otra estrategia consiste en expresar ARN antisentido de proteínas de la capside viral

33 MODIFICACIONES GENETICAS EN VEGETALES (Segunda Generación) LoSat (Pioneer, 1997) aceite de cocina premium con la mitad del nivel de grasas saturadas del aceite típico de Soja. Bajo en ácido Linolénico (Pioneer, 1997) aceite de cocina premium y para la industria de la mayonesa (mas resistente a la oxidación y tiempo de degradación). Mas ácido Oleico 85% (DuPont, 1997) aceite de cocina resistente a la temperatura, alto valor como aceite pulverizado, mayor vida de estante, grasa mas resistente al calor, mayor valor de la proteína de la Soja (estabilidad de emulsión mayor). Bajo en estachiosa -alto en sucrosa- (DuPont, 1998) alimentos de Soya mas dulces al paladar, contaminación reducida (menos sólidos) y harina de soya con mas energía como alimento animal.

34 APLICACIONES AGRONÓMICAS 2a. GENERACIÓN DE TRANSGÉNICOS ARROZ con tres genes de enzimas de maíz: Fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPC), Piruvato ortofosfato dikinasa (PPDK), y NADP enzima malica (ME) que codifican la vía fotosintética C4 se aumentó la producción de arroz. Estudios de campo preliminares en China y en Corea mostraron respectivamente incrementos de granos de 10-30% y de 30-35% de plantas transgénicas con PEPC y PPDK

35 APLICACIONES MÉDICAS 2a. GENERACIÓN DE TRANSGÉNICOS PAPA con la vacuna que previene la insulina dependencia de la diabetes mellitus 100 veces más poderosa que la actual vacuna. PAPA con la sub-unidad B antigénica de la enterotoxina del Vibrio cholerae (causante del cólera). POROTO de SOJA con anticuerpos que protegen contra el virus 2 de Herpes simplex (HSV). TABACO con anticuerpos que previenen la caries dental producida por Streptococcus mutans.

36 ALIMENTOS NUTRACEÚTICOS 2a. GENERACIÓN DE TRANSGÉNICOS ARROZ DORADO con beta caroteno de genes de narciso y de Erwinia uredovora, pigmentos que se transforman en pro-vitamina A al ser ingeridos. ARROZ fortificado con un gen de la ferritina del poroto de soja. ARROZ con aa esenciales.

37 Posibles riesgos asociados a los OMGs Que la planta se transforme en maleza Transferencia del material genético a otras especies Aparición de insectos resistentes Introducción de un exceso de herbicidas al medio ambiente Algunos productos génicos pueden provocar reacciones alergicas o ser potencialmente cancerigenos

38 Obtención de animales transgénicos - Un gen clonado se inyecta en el núcleo n de un huevo fertilizado - Los huevos fertilizados inoculados se implantan en un animal receptor femenino - Algunos de los descendientes tendrán n el gen clonado en todas sus célulasc - Los animales en los cuales el gen clonado se ha integrado en la línea l celular germinal son utilizados para reproducción n y para establecer nuevas líneas l genéticas

39 Cerdo transgénico para el precursor de la hormona de crecimiento proteasa resistente (GHRH). Por técnicas de mutagénesis sitio dirigida y terapia electrogénica, se introdujo en músculo de cerdo Los efectos de una inyección de 10 mg de dósis del plásmido, en cerdos de tres semanas de edad, se mantuvo sobre 60 días con un 42% mayor que los controles a los 62 días (42 kg contra 29 kg). Salmón transgénico para hormona de crecimiento. Producido por AF Protein Inc. Cuenta con el promotor de la proteína de anticongelamiento de otra especie de pez. Crece de 4 a 6 veces más rápido que un salmón no transgénico. Tiene un 20% en mejoramiento de la eficiencia de conversión del alimento

40 Pharming Uso de animales para la producción de productos útiles en la leche

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42 En 1997 se obtuvo el primer clon mamífero fero, una oveja llamada Dolly

43 REFLEXIÓN FINAL BIOTECNOLOGÍA PARA TODOS Siendo la Biotecnología una herramienta tan poderosa, la sociedad debe participar en la definición de las estrategias que definirán su futuro, es clave generar los mecanismos para que esta disponga de la información necesaria para una participación activa y racional, teniendo en cuenta que "no existe seguridad absoluta para ningún alimento, ya que se sabe poco del efecto a largo plazo de la mayor parte de los alimentos, incluso las variedades genéticas convencionales (López M., A. Huatulco, 2001). Es fundamental adoptar estrategias transparentes para la evaluación de los riesgos que den respuesta a las genuinas preocupaciones dentro de la población y desarrollar estrategias formativas e informativas para evitar el daño que causa el uso subjetivo y poco ético que en muchos casos se da a la información (López M., A. Huatulco, 2001).