10. BiotecnologíA
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UNIDAD IV.- Genética microbianaTema 10.-.Fundamentos de Ingeniería Genética: Herramientas principales y aplicaciones
Unidad 4. Genética microbiana
ObjetivosConocer
-Los mecanismos de la herencia
-La relación entre la estructura y función del gen
-Las diferentes aplicaciones de la microbiología
AsimilarLa información genética se transmite con gran fidelidad, y las mutaciones
tienen un gran significado evolutivo
Comprender y discutirLas ventajas e inconvenientes del desarrollo de la Biotecnología
Enzimas de restricciónSe emplean para cortar el ADN en secuencias palindrómicas concretas
• Ingeniería genética: modificación deliberada de la información genética de un organismos mediante la modificación directa de su genoma
• Tecnología del ADN recombinante: procedimientos empleados para llevar a cabo la ingeniería genética
• Biotecnología: la integración de las ciencias naturales y de la ingeniería con la finalidad de conseguir la aplicación de microorganismos, células, alguna de sus partes o análogos moleculares en la obtención de productos y servicios
Herramientas clave
Definiciones
Transcriptasa inversa: sintetiza ADN a partir de RNA
Este ADN sintetizado se denomina cDNA
La hebra complementaria al cDNA se completa con una DNA polimerasa
Herramientas clave
Moléculas de ADN recombinanteHerramientas clave
Moléculas que son el resultado de la combinación de materiales genéticos de diferente origen
Clonado
La unión es catalizada por ADN ligasa
ADN sintético (oligonucleótidos) pequeñas piezas de ADN o RNA de 2-30 nucleótidos pueden ser sintetizadas de forma que se conoce la secuencia de nucleótidos. Esto permite llevar a cabo mutagénesis dirigida, preparación de sondas y la reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
Herramientas clave
• Utiliza un oligonucleótido sintético para añadir una mutación específica a un gen
Mutagénesis dirigida
PCR
Sondas genéticas
• Utilizadas para identificar genes de interés en una biblioteca genética o genoteca
• Las sondas se pueden preparar de:
– cDNA– Oligonucleótidos
sintéticos– genes previamente
clonados– productos de una PCR
Técnica de Southern blot (hibridación ADN-ADN)Herramientas clave
Vectores de clonadoHerramientas clave
Plásmidos en los que se ha introducido el fragmento de interés
Vectores de clonadoHerramientas clave
Fagos• Empleados frecuentemente para realizar
bibliotecas genómicas (genotecas) ya que pueden transportar grandes fragmentos (45 kb)
• El genoma del fago modificado puede empaquetarse en capsulas virales y utilizarse posteriormente para infectar células huésped
• También se puede infectar E. coli con el ADN (sin cápsula) pero es menos eficaz)
Cósmidos
• Son plásmidos que contienen sitios cos (extremos cohesivos del ADN del fago λ) y que pueden empaquetarse en cápsides de fago y emplearse para infectar E. coli
• Contienen varios sitios de restricción y resistencia a antibióticos
• Pueden existir en forma de plásmidos en el interior del huésped
• Empleado para clonar fragmento grandes de ADN (50 kpb)
Vectores de clonadoHerramientas clave
Cromosomas artificiales de levadura, YAC (yeast artificial chromosome )
• Contienen todos los elementos para propagar su genoma en levaduras – Origen de replicación, centrómeros y telómeros– Sitios de clonado (entre el centrómero y un telómero)– Marcadores genéticos
Cromosomas artificiales de bacterias, BAC (bacterial artificial chromosome)• Basados en el plásmido de fertilidad de E. coli (el factor F)• Sufre de menor número de recombinaciones que el YAC y por eso es más apropiado
• Contienen todos los elementos para propagar su genoma– Origen de replicación– Sitios de clonado – Marcadores genéticos
Cromosomas artificiales
• Empleados para clonar fragmentos de 100kb a 2000kb• Muy populares en la secuenciación de genomas
Vectores de clonadoHerramientas clave
• Los genes clonados en bacterias pueden ser después transferidos a otros organismos
Vectores de clonadoHerramientas clave
Permiten la expresión de genes de origen externos en bacterias • Contienen las señales de transcripción y traducción del huésped
• Frecuentemente contienen fusiones polipeptídicas y un sitio de corte con alguna proteasa que facilitan la purificación de la proteína expresada
• Frecuentemente lacZ actúa como gen informador
Vectores de expresiónHerramientas clave
Aplicaciones de la ingeniería genética
Aplicaciones industriales• producción de proteínas empleando bacterias, hongos y células de mamíferos
como fábricas celulares
• mejora de cepas para bioprocesos ya existentes
• desarrollo de nuevas cepas para nuevos bioprocesos
• introducción de características deseables en plantas y animales de interés agrícola– e.g., producción de la hormona de crecimiento bovina– e.g., capacidad de fijar nitrógeno– e.g., creación de plantas resistentes a estrés ambiental– e.g., creación de plantas resistentes a enfermedades
Aplicaciones
Aplicaciones agrícolas
Aplicaciones
Aplicaciones médicas
Aplicaciones
Impacto social de la tecnología de ADN recombinante
• Presenta riesgos y beneficios
• Es necesario valorar los riesgos y beneficios para evitar problemas
Aplicaciones
Preocupaciones que suscita• Propagación de infecciones causadas por organismos modificados
genéticamente (OGMs)• Dispersión de genes de OGMs a otros microorganismos en el medio
ambiente• El empleo, manejo y diseminación de OGMs está regulado. Se aplican
medidas de contención
Aspectos éticos y morales• Manipulación genética de humanos
• Empleo no ético de la información genética obtenida de un individuo
• Creación de armas biológicas
Aspectos ambientales
• Alteración de los ecosistemas
• Dispersión de genes clonados en el medio ambiente generando organismos resistentes no deseados