Técnicas de Ingeniería Genética

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Técnicas de Ingeniería Genética

REACCIÓN EN CADENA DE LA

POLIMERASA: PCR

Kary Mullis de Cetus Corporation……….1985

Video PCR

Termociclador

Tapa que calienta

Taq polimerasa

Taq polimerasa: ADN polimerasa termoestable aislada de la bacteria

termofílica Thermus acuaticus por Thomas Brock en 1965

Características:

Temperatura óptima 75-80 ºC., vida media 9 min. a 97,5 ºC.

No tiene actividad 3´a 5´exonucleasa baja fidelidad

Deja A en extremos 3´

Otras ADN polimerasas:

Pfu ADN polimerasa, aislada la bacteria termofílica Pyrococcus

furiosus .Tiene actividad 3´a 5´exonucleasa alta fidelidad

Phusion™ High-Fidelity DNA Polymerase

Phusion™ High-Fidelity DNA Polymerase

Error rates of different DNA polymerases. Fidelity assays were done

using lac I-based method modified from Frey & Suppmann, 1995.

FIDELIDAD

A 3.8 kb human beta globin gene was amplified according to supplier's

recommendations using varying extension times.

PROCESSIVITY

Extreme processivity: The Phusion polymerase has the highest

processivity of all thermostable DNA polymerases tested

Templado 1 μg ADN humano, copia simple

ADN: 105-106 moléculas blanco 10 ng ADN de levadura

1 ng ADN E. coli

Taq: 1-2,5 u

dNTPs : 20- 200 μM

Mg++ : 0.5-2.5 mM

Primers: 0.1-0.5 μM

Diseño de primers

Evitar la presencia de más de 3 nucleótidos iguales seguidos (GGGG)

Evitar fragmentos largos de Gs (problema en síntesis)

Largo 18-30 nuc.

El largo de los primers no debe diferir en más de 3 n.

Extremo 3´: G o C, pero evitar 3 o más Gs o Cs seguidas

Tm 50-60 ºC

Contenido de GC: 40 -60 %

Evitar palindromos y repeticiones invertidas

Evitar complementariedad entre los pares de primers

Controlar la formación de dímeros y horquillas : evitar

estructuras con ΔG<-5kcal/mol

Primers muy largos, > 50 b deben, ser purificados

Verificar que los primers estén diseñados y encargados

en la orientación correcta

Sitios de corte en extremos, agregar bases extra.

Amplificación de un mismo gen de

distinto organismo

Primers degenerados Diseño de primers basado en la sec. de

aa. de la proteína

Buscar zonas conservadas para ubicar los primers

Largo de primers 6 a 7 aa, (agregar colas)

Buscar el primer menos degenerado

Fragmento de PCR: alrededor de 400 pb

Desventaja: baja especificidad

Touchdown PCR: gradual de la temperatura

1 opción M W

2 opciones F Y H Q N K D E C

3 opciones I

4 opciones V P T A G

6 opciones L S R

Cálculo de “degeneración”

DEWVP: 2x2x1x4x4= 64

Condiciones de reacción

Temperatura de Annealing /hibridación: 5ºC por debajo de

la Tm

Elongación: 0,5-3 min (2 min para 1 kb), 68-72 ºC

Ciclos: el número depende de la cc. del ADN blanco

Causas del plateau: degradación de dNTPs y enzima, depleción de primers y

dNTPs, inhibición por formación de producto (pirofosfato), competición por

reactivos por productos inespecíficos,

Impureza Concentración inhibitoria

SDS > 0.005 % (p/v)

Fenol > 0.2 % (p/v)

Etanol > 1 % (v/v)

Isopropanol > 1 % (v/v)

Acetato de sodio > 5 mM

Cloruro de sodio > 25mM

EDTA > 0.5 mM

Hemoglobina > 1 mg/ml

Heparina > 0.15 UI/ml

Urea > 20 mM

Mezcla de reacción de RT > 15 % (p/v)

IMPUREZAS QUE INHIBEN LA PCR

Agentes desestabilizantes y aditivos

Condiciones de desnaturalización del ADN más fuertes: para ADN con alto

contenido de G+C

DMSO

DMF hasta 10 % (V o P/P)

UREA

FORMAMIDA

Para amplificar secuencias muy largas se pueden usar aditivos

DMSO ………….ayuda en productos >1 kb

FORMAMIDA …… mejora especificidad

GLICEROL ………templados con alto contenido de G+C

PEG ………………cc. de templado muy baja

ALGUNOS TIPOS DE PCR

PCR ANIDADA

PCR IN SITU

PCR MULTIPLEX

RT-PCR

PCR EN TIEMPO REAL

PCR ANIDADA = NESTED PCR

Especificidad

1º: amplificación del ADN blanco. 2º: hibridación in situ con sonda

PCR in situ

PCR multiplex

Uso de varios primers al mismo tiempo

RT PCR

(archivo RT-PCR)

AAAAAAA m7Gppp

AAAAAAA m7Gppp TTTTTTT

TTTTTTT AAAAAAA m7Gppp

AAAAAAA TTTTTTT

Síntesis de la

primera cadena

Oligo dT AMV reverse transcriptase

Síntesis de la

segunda cadena

RNAsa H DNA polimerasa I

mRNA/DNA duplex

AAAAAAA TTTTTTT

T4 DNA polim. dNTPs

Rellenado

de extremos

cDNA duplex

T4 Ligasa

Construcción de una biblioteca de ADNc

Síntesis de ADNc

PCR en tiempo real

• Amplificación y detección simultánea, en el

mismo vial cerrado

• Se puede medir en cada momento la cantidad

de ADN sintetizado, por lo tanto permite conocer

la cinética de la reacción de amplificación

• Se mide la fluorescencia emitida por agentes

intercalantes o por sondas específicas marcadas

con fluorocromos

FASES DE LA PCR

Nº DE CICLO

Log [ADN]

3 replicados de una misma muestra

Curva de amplificación

El programa calcula el número de ciclo en el que el lector empieza a

detectar un incremento de fluorescencia significativo con respecto a la

señal de base : ciclo umbral (CT: threshold cycle)

PCR EN TIEMPO REAL

Curva patrón para cuantificación

Colorantes que se unen a ADN ds:

SYBR Green, fluoresce al unirse al ADN

Barato

Se une a productos inespecíficos como dímeros de primers

Sondas de hibridación

Caras

Específicas

Se puede usar en PCR multiplex

PCR EN TIEMPO REAL sondas de hibridación específicas

Sondas de hidrólisis Molecular beacons Sondas FRET

MUTAGÉNESIS DIRIGIDA

VECTOR CON ORI DE BACTERIÓFAGO

Preparar DNA del fago e hibridar con oligo

Mutagénico (dot blot) para identificar positivos

+ - + + -

Vectores con ori de fago: se

coinfectan con fago helper

para generar viriones simple

cadena

MUTAGÉNESIS POR PCR

Phusion™ Site-Directed Mutagenesis Kit

New England BioLabs

DpnI

Primers

mutagénicos

Stratagene

CASSETTE MUTAGÉNESIS

SECUENCIACIÓN DE ADN

SECUENCIACIÓN DE ADN

Degradación química: Maxam y Gilbert

Terminación de cadena: Sanger didesoxi

SECUENCIACIÓN DE ADN

POR DEGRADACIÓN QUÍMICA- MAXAM Y GILBERT

Corte específico de bases por reactivos químicos de una molécula de ADN

marcada en el extremo y posterior electroforesis

1º se modifican las bases (G, G+A, C+T, C) y luego se incuban con

piperidina caliente que rompe el enlace azúcar fosfato

Ventajas.

La secuencia se obtiene de la molécula original

Se puede determinar la sec. muy cerca del extremo marcado (2 o 3 bases)

Se puede determinar la sec. de ADN totalmente desconocido

Desventajas

Diferentes condiciones para cada reacción….+ lento y menos reproducible

Sec. Más cortas

Modificaciones químicas específicas de bases en el ADN

Base modificada Modificación específica

G Metilación de base con dimetil sulfato a pH 8.0. –Corte con alcali

A + G Tratamiento con piperidina formato a pH 2.0.

- remoción de purinas

C + T Hydracina abre los anillos de pirimidinas

causando su remoción del ADN

C En alta fuerza iónica (1.5 M NaCl) solo la

citosina reacciona con hidracina

A > C

Tratamiento con 1.2 M NaOH a alta

temperatura (90°C) provoca mayor corte en A y

menos en C

Cuando las bases son modificadas y destruídas se hace un tratamiento

con piperidina a 90 ºC para cortar el enlace azúcar- fosfato del sitio

Dirección 5´ a 3´

DNA footprinting

Maxam

MÉTODO DE TERMINACIÓN DE LA CADENA:

SANGER DIDESOXI

Emplea a la ADN polimerasa para extender la hebra de ADN hasta

que se termina por incorporación de un 2´,3´-didesoxinucleótido

(ddNTP)

Marcación de la hebra de ADN

☻Extremo 5´: primer marcado con [γ-32P]ATP por T4 polinucleótido

quinasa

☻Hebra sintetizada: se usa un dNTP radiactivo (en general 35S)

☻Extremo didesoxi. Cada didesoxi está marcado con un colorante

fluorescente distinto. Para sec. automático.

AZT

Gel de secuencia

Video secuenciación

Secuenciación de ADN (automática en gel)

a) Reacción de secuenciación b) Análisis de la reacción

Secuenciación de ADN

(automática en capilar)

Video sec. automática

http://www.ebi.ac.uk/Tools/psa/

PRIMER WALKING

SHOT GUN

Método para determinar secuencias de fragmentos de ADN muy grandes

Strand Sequence

Origin AGCATGCTGCAGTCATGCTTAGGCTA

First shotgun sequence AGCATGCTGCAGTCATGCT-------------

---------------------------------------TAGGCTA

Second shotgun

sequence

AGCATG----------------------------------------

------------CTGCAGTCATGCTTAGGCTA

Reconstruction AGCATGCTGCAGTCATGCTTAGGCTA

Principio general de los diferentes sistemas de pirosecuenciación

Ronaghi M Genome Res. 2001;11:3-11

©2001 by Cold Spring Harbor Laboratory Press

APS: adenosina fosfo sulfato

PIROSECUENCIACIÓN

Library Preparation Sample Input and Fragmentation

PCR

One Fragment = One Bead emPCR (Emulsion PCR) Amplification

PIROSECUENCIACIÓN

APS:Adenosina

fosfo sulfato

Se agregan los dNTPs secuencialmente. Después de cada agregado se lava

Data Analysis