clase biotecnología

(1)

(2)

• ÁCIDOS NUCLEICOS, macromoléculas orgánicas formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas nucleótidos.

• Cada nucleótido esta formado por:

• Un glúcido monosacárido pentosa (5C):glúcido monosacárido pentosa

ribosa en el caso del ARN

desoxirribosa en el caso del ADN

• Un grupo fosfatogrupo fosfato

• Una base nitrogenada que, base nitrogenada

(3)

ADN

• Es el material genético, en él están codificados todas las características del organismo

El ADN se encuentra formando unos largos filamentos enrollados en unas proteínas, estos filamentos se llaman cromosomas cromosomas

La especie humana tiene 46 cromosomas en el núcleo de las células.

Nuestras células son diploides, tienen dos juegos de cromosomas (23 cromosomas proceden

del óvulo materno y 23 del espermatozoide paterno), excepto las células sexuales

que son haploides

(sólo un juego, 23 cromosomas).

Los cromosomas no se aprecian en el núcleo de la célula si ésta no se encuentra en división.

(4)

DIVISIÓN CELULAR

• Antes de la división celular los filamentos de ADN se duplican (replicaciónreplicación), para que las células hijas reciban una copia del material genético.

• Tras la replicación y posterior condensación los filamentos de ADN se aprecian en el núcleo como unas estructuras

características que se denominan también cromosomas y están formadas por

dos cromátidascromátidas

(que son idénticas entre sí)

Las células se pueden dividir por:

MITOSIS

MITOSIS: Se originan dos células idénticas

Permite el crecimiento (y la reproducción asexual)

MEIOSIS

MEIOSIS: Se originan células

que tienen la mitad del nº de cromosomas y una combinación diferente de genes

con respecto a la célula original.

(5)

Recuerda, la

reproducción sexual

y las

mutaciones

son la fuente de variabilidad

(6)

• _{Un gen}

gen

es un fragmento de cromosoma que codifica una

característica determinada a través de la síntesis de una

proteína

Gen Proteína Característica

GENOTIPO + MEDIO AMBIENTE = FENOTIPO

GENOMA

(7)

Pero el ADN está en el núcleo y las proteínas se sintetizan en

los ribosomas del citoplasma.

• ¿Cómo llegan las órdenes del ADN hasta el citoplasma?

_{¿Cómo llegan las órdenes del ADN hasta el citoplasma?}

• A través de la síntesis de una molécula de ARN mensajero

• Se saca una copia del gen pero como ARN y este ARN mensajero lleva el mensaje del ADN hasta los ribosomas para la síntesis de la proteína adecuada

• _{¿Cómo se codifica este mensaje?}

_{¿Cómo se codifica este mensaje?}

• Con las bases nitrogenadas, cada tres bases nitrogenadas determinan un aminoácido concreto de la proteína: CODIGO GENÉTICO

• GEN (ADN)

transcripción

traducción (mediante el código genético)

(8)

• El CÓDIGO GENÉTICO es la relación que hay entre los tripletes de bases nitrogenadas del ARN m y los aminoácidos

• ADN (gen) TAC TGA CAA CGG ACA CAG TCG GAC ACT transcripción • ARNm AUG ACU GUU GCC UGU GUC AGC CUG UGA

traducción

• Proteína Met (inicio)-Tre –Val – Ala – Cis – Val – Ser – Leu -paro (fin

(9)

• El código genético

es universal

, todos los

(10)

Severo Ochoa recibió el

Premio Nobel de Medicina en 1959 por sus trabajos sobre la síntesis del ARN en la

(11)

BIOTECNOLOGÍA

Cualquier proceso tecnológico que permita obtener recursos (fármacos, alimentos u otras sustancias de utilidad ) empleando seres vivos.

Muchos procesos conocidos desde antiguo como la fabricación de pan, la obtención de queso, vino, tintes, técnicas de cultivo, de ganadería, …. son procesos biotecnológicos.

Pero la la BIOTECNOLOGÍA MODERNABIOTECNOLOGÍA MODERNA

implica la utilización de la

INGENIERIA GENÉTICA, que

consiste en técnicas para la manipulación del ADN .

CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA INGENIERIA GENÉTICA:

 Agricultura y Ganadería

 Medicina y Farmacia

 Industria

 Producción de energía

 Descontaminación ambiental (Biorremediación)

 Investigaciones policiales

(12)

TÉCNICAS DE INGENIERIA GENÉTICA

• Tecnología del ADN recombinante

_{Tecnología del ADN recombinante}

: consiste en insertar

fragmentos de ADN de un organismo en otro, permite obtener

organismos transgénicos

• Técnica PCR (Reacción en cadena de la polimerasa):

_{Técnica PCR (Reacción en cadena de la polimerasa):}

permite obtener grandes cantidades de ADN a partir de una

cantidad pequeña

• Secuenciación

_{Secuenciación}

: permite leer la secuencia de bases

nitrogenadas de un fragmento de ADN

(13)

TECNICAS DE INGENIERIA GENÉTICA

A) TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

A) TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE: permite aislar un fragmento de ADN de un organismo (transgén) e insertarlo en el ADN de otro

organismo que puede ser de otra especie.

• Esta técnica permite la obtención de transgénicos: organismos que portan genes de otra especie

• Dentro de los transgénicos podemos diferenciar:

a) Clonación molecular

a) Clonación molecular: se utilizan microorganismos y la finalidad es obtener obtener de forma continua grandes cantidades de una sustancia determinada

de forma continua grandes cantidades de una sustancia determinada que producen estos microorganismos a los que se les ha insertado un gen de otra especie.

• Ejemplo, la síntesis de insulina humana a partir de bacterias o levaduras, para ello se incorpora a estos microorganismos el gen humano que codifica la síntesis de esta proteína

• Otras producciones: hormona del crecimiento, factores de coagulación,

(14)

(15)

b) Obtención de organismos transgénicos u Organismos Modificados b) Obtención de organismos transgénicos u Organismos Modificados

Geneticamente (OMG) Geneticamente (OMG)

Aplicaciones:

 En la agricultura, plantas resistentes a condiciones ambientales (sequía, suelos

salinos, suelos pobres), enfermedades, herbicidas, mejorar la calidad nutritiva, prologar el proceso de maduración, aumentar la productividad, etc

 En la ganadería: animales más productivos y resistentes

 En Medicina y Farmacología:

 Cultivos farmacéuticos (Biofarmacia): Conseguir plantas que sintetizan fármacos en grandes cantidades e incluso se puedan administrar mediante el consumo de la

propia planta

 Animales de laboratorio transgénicos que sirven como modelo experimental para el estudio de enfermedades y fármacos

 Obtener órganos de animales para trasplantes

 Granjas farmacéuticas: animales que producen fármacos y los excretan por la leche

 En la industria: Obtener plásticos biodegradables, microorganismos para industria

alimentaria

 Contaminación ambiental : Biorremediación mediante el uso de microorganismos y

plantas transgénicas

(16)

Obtención de maíz resistente a insectos

(17)

http://www.elmundo.es/salud/2002/492/1031936446.html

(18)

(19)

B) REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA, TÉCNICA PCR B) REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA, TÉCNICA PCR

• Permite obtener grandes cantidades de ADN a partir de una muestra muy pequeña

Aplicaciones:

• Obtención de cantidad suficiente de ADN para su secuenciación (leer el orden de las bases nitrogenadas) y poder determinar si existe alguna mutación o simplemente conocer la

disposición normal de las bases (se utiliza en el estudio de los genomas) • Análisis de ADN fósil

• Estudios de parentesco evolutivo: el grado de similitud en el ADN permite establecer relaciones de parentesco entre especies

• Identificación de especies

(20)

C) SECUENCIACIÓN

• Consiste en poder determinar la secuencia de nucleótidos (de bases nitrogenadas) de un fragmento de ADN

• Permite identificar posibles mutaciones diagnosticar enfermedades

asociadas a estas mutaciones: DIAGNÓSTICO MOLECULARDIAGNÓSTICO MOLECULAR

• El diagnóstico molecular permite diagnosticar la enfermedad antes de que se manifieste clínicamente lo cual puede permitir un mejor control de la misma.

(21)

Estas tres técnicas han permitido el desarrollo de la TERAPIA GÉNICATERAPIA GÉNICA

 _{Consiste en introducir genes sanos en células que presentan estos genes}

defectuosos

 Para la introducción de los genes se requiere un vector o vehículo que puede ser un virus, o más recientemente preparados moleculares.

 _{La terapia génica puede ser la solución para corregir las enfermedades}

hereditarias y algunos tipos de cánceres.

 _{Existen dos métodos:}

(22)

Terapia génica ex vivo: Las células a tratar son extraídas del paciente,

(23)

• Problemas: los genes sanos son introducidos en las células diana mediante _Problemas un vehículo que suele ser un virus, el gen debe ser colocado

correctamente, sólo se puede trabajar con un gen y a veces se generan reacciones de rechazo

• Actualmente se ha mejorado mucho la técnica pero sigue habiendo problemas

(24)

ADRENOLEUCODISTROFIA ADRENOLEUCODISTROFIA

El 'milagro' de Andy y Ángel

Un ensayo confirma la eficacia de la terapia genética en una enfermedad rara

Los pacientes, que están haciendo su vida normal, han sido tres menores españoles La investigación supone un nuevo impulso para este tipo de tratamientos

Jueves 5/11/2009

El procedimiento

El tratamiento al que hace referencia 'Science' consiste en la extracción de células madre sanguíneas obtenidas en sangre periférica, gracias a su movilización desde la médula ósea con la ayuda de tratamiento farmacológico. Una vez en el laboratorio,

éstas son infectadas y tratadas con el virus de inmunodeficiencia humana (VIH), que ha sido previamente modificado para evitar su efecto patógeno. De esta forma actúa como un 'taxi' biológico para transportar la versión correcta del gen que está defectuoso [localizado en una región del cromosoma llamada Xq28] que causa la enfermedad.

(25)

REPRODUCCIÓN ASISTIDA O REPRODUCCIÓN ARTIFICIAL

• Inseminación artificial: Consiste en introducir semen en el útero de la mujer coincidiendo con la ovulación

• Fecundación in vitroFecundación in vitro: Se extraen los óvulos de la mujer (tras un tratamiento hormonal de estimulación ovárica).

• Los óvulos son fecundados con esperma. Cuando el recuento de espermatozoides es bajo, un único espermatozoide se inyecta directamente en el ovocito, mediante la

inyección intracitoplasmática de espermatozoides

• Los embriones (de entre 6-16 células) que se forman son implantados posteriormente en el útero

(26)

DIANÓSTICO PREIMPLANTACIONAL

• Consiste en realizar un estudio genético del embrión (estadio de 8 células) y seleccionar el embrión que no sea portador de los genes que determinan una enfermedad.

• La Comisión de Reproducción Humana Asistida debe autorizar estas actuaciones caso por caso.

• En algunos casos se utiliza esta técnica para seleccionar embriones sanos que puedan servir como donantes para tratar enfermedades en hermanos enfermos que no han encontrado donantes compatibles.

(27)

CLONACIÓN

: ver trabajo realizado por las

compañeras

CÉLULAS MADRE

TRES NEURONAS (ROJO) DERIVADAS DE CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS HUMANAS. SE PUEDEN APRECIAR LOS CUERPOS CELULARES, LOS AXONES Y LAS DENDRITAS. EN VERDE SE VEN LAS CÉLULAS MADRE QUE AÚN NO SE HAN DIFERENCIADO.

(FOTO: UNIVERSIDAD DE CALIFORNIA, SAN DIEGO)

(28)

RECUERDO DEL DESARROLLO EMBRIONARIO

• Videos sobre el

_{Videos sobre el}

desarrollo embrionario

y la diferenciación

tisular

(tardan unos 40 s en cargarse)

http://www.unav.es/acienciacierta/ extras/stemcells.swf

http://www.unav.es/acienciacierta/ extras/stemcells2.swf

Mórula

(29)

Las células madre

• Las células madre o células troncales (en inglés, stem cells) son células indiferenciadas que pueden dividirse indefinidamente produciendo nuevas células madre, pero en condiciones adecuadas se diferencian en uno o varios tipos celulares especializados.

• Por lo tanto presentan tres características,

 son indiferenciadas, es decir, no tienen ninguna especialización que les permita realizar una función determinada,

 tienen la capacidad de autorrenovación (división)

 y pueden diferenciarse, son capaces de generar células especializadas con funciones y características muy determinadas.

Las células madre pueden ser

Totipotentes

Capaces de generar un

organismo completo (primeras divisiones del cigoto)

Pluripotentes

Capaces de generar cualquier tipo

de tejido (hasta 5º día)

Multipotentes

Pueden generar diversos

(30)

TIPOS DE CÉLULAS MADRE TIPOS DE CÉLULAS MADRE

No todas las células madre son iguales, se diferencian por su origen y por su capacidad de diferenciación.

 _{CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS}

 CÉLULAS MADRE ADULTAS

 _{CÉLULAS MADRE PLURIPOTENTES INDUCIDAS}

 OTRAS:

- CÉLULAS MADRE FETALES

(31)

CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS

• Las células madres embrionarias (ESC, en inglés embryonic stem cells) son células que se obtienen de la masa celular interna del blastocisto. En esta fase embrionaria temprana (a partir del 5º día tras la fecundación), se aprecian dos

grupos de células: las que forman la capa superficial, de las que se ha de originar la placenta, y las que ocupan la parte interior, que forman la masa celular interna.

• Estas células que, en condiciones normales, seguirán su proceso de diferenciación dando lugar a los tres grupos de tejidos embrionarios (ectodermo, endodermo y

mesodermo en la fase de gástrula), cuando se extraen y se colocan en un medio de cultivo adecuado pueden dar lugar a cualquier tipo celular.

• Debido a esta capacidad de diferenciación, las células madre embrionarias se consideran células pluripotentes, porque, aunque no pueden dar lugar a un organismo completo, son el origen de todos los tipos celulares y tejidos de un individuo.

(32)

PROBLEMAS PROBLEMAS

• Primero, para evitar problemas de rechazo es necesario que las células embrionarias procedan del mismo individuo que las va a recibir. La única manera de conseguir esto es mediante la clonación terapéutica, lo que implica la formación de un embrión clon (con el material genético del paciente) que será destruido para obtener las células madre.

• Segundo, las células madre embrionarias degeneran con mucha frecuencia en células tumorales, lo que supone un serio inconveniente.

• Tercero, se precisa la destrucción de embriones para poder obtener las células madre embrionarias. Esto supone un dilema ético sobre el uso de estas células.

(33)

CÉLULAS MADRE ADULTAS CÉLULAS MADRE ADULTAS

• Se les llama células madres adultas (ASC, adult stem cells) porque son células madre que se obtienen de diversos tejidos adultos. Su principal función es reemplazar las células que mueren en un tejido u órgano.

• Se ha descubierto la existencia de estas células en muchos tejidos como la médula ósea, tejido graso, piel e incluso en tejidos que tiene una baja tasa de renovación celular como el tejido nervioso.

• Y algo mucho más interesante, estas células que inicialmente se catalogan como células multipotentes, pueden ser capaces de originar muchos tipos de tejidos.

Células madre de tejido adiposo

(34)

• Son las primeras células madre que se están utilizando en medicina

regenerativa y los ensayos clínicos son muy esperanzadores, para empezar tenemos dos ventajas :

• Primera, no hay problemas de rechazo puesto que las células provienen del mismo receptor

• y segunda, no se trabaja con embriones

Desventajas: debemos señalar que son escasas y difíciles de cultivar. Es cierto que las

células embrionarias pueden tener una mayor capacidad de diferenciación, pero las células madre adultas están

(35)

CÉLULAS MADRE PLURIPOTENTES INDUCIDAS CÉLULAS MADRE PLURIPOTENTES INDUCIDAS

• Las células madre pluripotentes inducidas (células iPS, induced

pluripotent stem cells) son la gran esperanza de los que aspiran a conseguir una plasticidad parecida a la de las células madre embrionarias pero sin la necesidad de trabajar con embriones.

• Fueron descubiertas en 2007 y desde entonces la técnica para su

obtención ha ido mejorando a pasos agigantados aunque todavía no se pueden utilizar pues comparten uno de los inconvenientes de las células madre embrionarias, la capacidad de degenerar en células tumorales.

• Son células que comparten las mismas características que las células

embrionarias, por lo tanto son células pluripotentes, pero no se necesita crear ni destruir embriones, tampoco requiere utilizar óvulos.

• Se obtienen a partir de células somáticas adultas mediante una técnica de reprogramación celular: se utiliza un virus para insertar en el núcleo unos genes que provocan una regresión de la célula hasta un estado

(36)

http://www.elmundo.es/suplementos/salud/2007/732/1195858803.html

Además tenemos las células madre adultas y las obtenidas a partir del cordón umbilical, etc.

(37)

• La técnica tiene varios inconvenientes, bajo porcentaje de éxito, el uso de virus que incorporan su material genético al ADN celular, el uso de genes que favorecen la aparición de células tumorales….

• Poco a poco, estos inconvenientes están siendo subsanados, se utilizan otros tipos de virus, complejos moleculares, incluso plásmidos bacterianos para transferir los genes, se precisan menos genes para conseguir la

inducción y de esta manera disminuir el riesgo de la aparición de células cancerosas, …. Algunos expertos también indican como un inconveniente que se trabaja con células cuyo material genético puede presentar

mutaciones o alteraciones que dificulten el proceso. Pero lo cierto es que en poco tiempo se han hecho muchos progresos y las esperanzas son muchas.

(38)

OTRAS CÉLULAS MADRE

CÉLULAS MADRE FETALES

• Son células madre que se obtiene de fetos cuyo desarrollo se ha visto interrumpido por causas naturales o razones médicas. Dependiendo del grado de desarrollo pueden ser células pluripotentes o multipotenes.

CÉLULAS MADRE DEL CORDÓN UMBILICAL

• Son células que se obtienen en el momento del nacimiento y se pueden comportar como las células madre embrionarias. Se están utilizando con éxito en el tratamiento de ciertas leucemias, lo que ha dado lugar a un

floreciente negocio de bancos privados donde guardar muestras de sangre umbilical por si fuera necesario utilizarla más tarde.

CÉLULAS GERMINALES EMBRIONARIAS

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APLICACIONES DE LAS CÉLULAS MADRE O CÉLULAS TRONCALES

Fundamentalmente hay tres campos para aplicar las células madre o troncales: • Ensayo de fármacos: Conseguir líneas de células que sirvan como

modelos celulares de enfermedades humanas con las que probar

determinados fármacos, por ejemplo, líneas de células madres cancerígenas están siendo utilizadas para probar fármacos antitumorales

• Estudio de las fases del desarrollo embrionario, de la diferenciación celular y de otros procesos relacionados (por ejemplo el cáncer)

• Aplicación en terapias celulares y en medicina regenerativa: Las células madre nos pueden brindar la posibilidad de poder reemplazar y regenerar células, tejidos u órganos destruidos o dañados, con la ventaja añadida de que no se produzcan reacciones de rechazo. En este campo la utilización de las células madre abarca todas las posibilidades.

http://www.unav.es/acienciacierta/extras/stemcells3.swf (tarda unos segundos en mostrar imágenes)

http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/2008/11/celulas_madre.html http://www.elpais.com/todo-sobre/tema/Investigacion/celulas/madre/34/

Atención con los fraudes: