UNITAT 4UNITAT 4BIOTECNOLOGIA I REVOLUCIÓ GENÈTICA

ÍNDEXÍNDEX

BIOTECNOLOGIA ÀCIDS NUCLÈICS: ADN I ARN GENS I CODI GENÈTIC ADN RECOMBINANT EL PROJECTE GENOMA HUMÀ (PGH) TERAPIA GÈNICA COMPOSTOS TERAPÈUTICS D’ORIGEN BIOTECNOLÒGIC PLANTES I ALIMENTS TRANSGÈNICS BIOTECNOLOGIA I INDÚSTRIA CLONATGE REPRODUCTIU I TERAPÈUTIC REPRODUCCIÓ ASSISTIDA BIOTECNOLOGIA I MEDI AMBIENT BIOÈTICA

BIOTECNOLOGIABIOTECNOLOGIA

• Aplicacions− Mèdiques− Agrícoles− Producció animal− Industrials− Millora del medi ambient

• Tecnologies– ADN recombinant– Clonatge cel·lular– Cultiu de cèl·lules i teixits

És la utilització d’organismes vius o de parts d’aquests organismes per obtenir productes o per modificar altres éssers vius que adquiriran unes característiques especials.La biotecnologia clàssica és una activitat que comença fa milers d’anys amb activitats com fermentació de cereals per obtenir cervesa , de raïm per obtenir vi, fabricació de pa amb llevat, formatges amb bacteris, el iogurt…La biotecnologia moderna, sorgeix el segle passat al voltant dels anys 80 i utilitza tècniques anomenades d’enginyeria genètica, per modificar o transferir gens d’un organisme a un altre.

ADN: àcid desoxiribonucleic, és la molècula fonamental de la vida Biomolècula del nucli formada per la unió de molts nucleòtids.

Cada nucleòtid és format per:MonosacàridÀcid fosfòricBase nitrogenada: A,T,C,G

Té forma d’hèlix i està format per dues cadenes complementàries unides per les bases nitrogenades segons A-T, C-G

La seqüència de les diferents bases nitrogenades conforma el codi genètic de cada individu. Aquest codi conté la informació necessària per la fabricació de les proteïnes que necessita la cèl·lula.

La molècula d’ADN s’autoduplica abans de cada divisió cel·lular, de manera que les cèl·lules filles tenen informació genètica idèntica.

Es troba al nucli de les cèl·lules en forma de filament (cromatina). Quan es produeix la divisió del nucli, els filaments es diferencien en forma de cromosomes.

Hi ha altres àcids nuclèics com l’ARN

ÀCIDS NUCLÈICS: ADN I ARN

Nucleòtids ADN ARN

Sucre Desoxiribosa Ribosa

Bases nitrogenades

Adenina (A)

Guanina (G)

Citosina (C)

Timina (T)

Adenina (A)

Guanina (G)

Citosina (C)

Uracil (U)

Grup fosfat Grup fosfat Grup fosfat

ADN I ÀCIDS NUCLÈICS

Composició química dels àcids nucleics

GENS I CODI GENÈTICGENS I CODI GENÈTIC

Les proteïnes són biomolècules formades per una seqüència d’aminoàcids. Són molt versàtils doncs realitzen un seguit de funcions molt diverses: estructural (col·lagen), reguladora (insulina), de transport (hemoglobina), defensiva (anticossos), ...Les proteïnes es sintetitzen a partir d’aminoàcids en el citoplasma utilitzant la informació codificada als gens.

Els enzims són biomolècules que catalitzen reaccions químiques. Gairebé tots els enzims són proteïnes.. Gairebé tots els processos de les cèl·lules necessiten la participació significativa d'enzims. Són molècules molt específiques i les seves característiques estan codificades en els gens de cada individu

Els gens són segments de la llarga cadena d’ ADN que contenen informació per fabricar una proteïna, s’ordenen en llargues cadenes que formen els cromosomes. (La nostra espècie té 23 cromosomes, el cromosoma 1(el més gran) conté 2968 gens, el cromosoma Y(el més petit) 231 gens.

El genoma és el conjunt de tots els gens d’un individu. Conté tota la informació necessària per la construcció del individu i per la seva supervivència. (La nostra espècie conté 35000 gens)

GENS I CODI GENÈTICGENS I CODI GENÈTIC

Les proteïnes es fabriquen en els ribosomes de les cèl·lules .La seqüència de bases d’un gen de l’ADN determinat es copia en una molècula d’ARN missatger (ARNm) en un procés anomenat transcripció.Aquest ARN viatja al citoplasma on serveix de motlle perquè els ribosomes sintetitzin la proteïna (traducció)

Una proteïna està constituïda per centenars d’aminoàcids en una seqüència determinada que està continguda en els gens.

El codi genètic és el conjunt de regles per les quals la informació codificada en l’ ADN dels gens es tradueix en proteïnes. Cada tres nucleòtids d’un àcid nuclèic formen un codó o triplet i determinen la síntesis d’un aminoàcid.

ADN RECOMBINANTADN RECOMBINANT

– L’ADN recombinant és una molècula d’ADN que prové de la unió artificial de dos fragments d’ADN provinents de dos organismes diferents.

– Quan s’introdueix aquest ADN en un organisme d’una altra espècie s’obtenen organismes transgènics

– S’utilitza normalment per produir proteïnes, fent per exemple, que un bacteri produeixi una proteïna humana com la insulina, la hormona del creixement, antibiòtics, vacunes…

PROJECTE GENOMA HUMÀPROJECTE GENOMA HUMÀ

– L’objectiu del PGH era desxifrar la seqüència de bases del genoma humà, cosa que es va aconseguir l’any 2001.

– El genoma humà està format per molècules d’ADN organitzades en 23 cromosomes. Conté 3200 milions de parells de nucleòtids i entre 30000 i 40000 gens.

– S’ha seqüenciat el genoma de més de 100 espècies diferents.

– S’ha vist que el genoma humà és el 98% igual que els dels ximpanzés.

– Els éssers humans compartim el 99,99 % del codi genètic.

–El repte actual consisteix a desxifrar la funció de cadascun dels gens per conèixer millor el funcionament del cos humà,i també per identificar els gens que s’associen a malalties genètiques com hemofília, fibrosi cística, síndrome de Down...Actualment es coneix la funció del 50 % dels gens.–Es pot establir l’empremta genètica de cada individu estudiant certes regions del genoma que són molts diferents en cada individu. S’utilitza en medicina forense per identificar sospitosos amb mostres de sang, cabell, saliva o semen; i també per identificar restes humanes, proves de paternitat, compatibilitat en la donació d’òrgans...

TERAPIA GÈNICATERAPIA GÈNICA

Consisteix a introduir en les cèl·lules del pacient un gen normal que reemplaci el gen defectuós. Aquest gen s’integra en l’ADN de les cèl·lules del individu, i així aquest pot produir la proteïna que el gen defectuós és incapaç de produir.

COMPOSTOS TERAPÈUTICS BIOTECNOLÒGICSCOMPOSTOS TERAPÈUTICS BIOTECNOLÒGICS

S’acosta a la centena el nombre de productes biotecnològics sanitaris

Insulina humana: es produeix per ADN recombinant en bacteris.Hormona del creixement: el seu dèficit provoca nanisme, fins fa poc el tractament consistia en injectar hormona del creixement de cadàvers, ara es fabrica,Factor VIII: proteïna que intervé en la coagulació, les persones hemofíliques no tenen el gen que el fabrica. S’obté també per enginyeria genètica.Vacunes d’hepatitis A i B.Antibiòtics més eficaços....

PLANTES I ALIMENTS TRANSGÈNICSPLANTES I ALIMENTS TRANSGÈNICS

Protecció contra plagues fabricant proteïnes específiques Resistència a herbicides Retard en la maduració Estimulació del creixement tan d’animals com de plantes Arròs, cotó, blat de moro, soia, tabac, tomàquet, blat, patata,...

Un aliment transgènic és el que ha estat elaborat a partir de matèries primeres que contenen organismes genèticament modificats. A Europa hi ha directives que obliguen a etiquetar els aliments que contenen més de l’1% d’un compost transgènic. Altres països com EEUU no contemplen aquesta obligació.

L’aplicació de la biotecnologia a la producció de conreus, d’aliments, pinsos i altres productes per a la indústria, permet avançar més ràpid que amb les tècniques convencionals o clàssiques, doncs permet elegir els gens específics, inclús entre espècies diferents.

Una planta o animal transgènic és aquell en el qual el genoma ha estat modificat per tecnologia d’ADN, per introduir-hi gens nous o per modificar la funció d’algun gen propi.

BIOTECNOLOGIA I INDUSTRIABIOTECNOLOGIA I INDUSTRIA

◦ En els detergents, enzims que eliminen selectivament les taques de roba i permeten reduir la temperatura de rentat.

◦ En industria tèxtil per aconseguir aspecte gastat d’algunes peces de pell◦ En la indústria de la pell per eliminar millor el pèl.◦ Fabricació de plàstics biodegradables◦ En alimentació per quallar formatge, estovar carn,...

o Gran incidència en la fabricació d’enzims específics per diferents processos industrials. Els enzims són produïts per bacteris i fongs modificats genèticament en uns grans tancs anomenats fermentadors.

o La biotecnologia permet obtenir conreus més energètics i produir enzims que degraden més bé la cel·lulosa per obtenir bioetanol, això ha abaratit el cost dels biocombustibles (biodièsel, bioetanol, biogas), encara que ha encarit el preu d’alguns aliments bàsics, i els pinsos cosa que pot tenir una influència negativa en una part de la població que depèn d’aquests aliments per la seva supervivència.

CLONATGE REPRODUCTIU I TERAPÈUTICCLONATGE REPRODUCTIU I TERAPÈUTIC

Quan parlem de la creació d’un individu genèticament igual a un altre, parlem de clonació reproductiva. Per aconseguir-la, es parteix de la cèl·lula d’un adult, de la qual s’extreu el nucli que s’introdueix en un òvul sense nucli. Així es crea un embrió que es fa créixer en el laboratori uns dies per implantar-lo en l’úter de qualsevol femella. D’aquesta manera es va aconseguir el naixement de l’ovella Dolly,(1996-2003)

Posteriorment s’han clonat altres espècies com ratolins, vaques, porcs i gats.

En biologia, la paraula clonació es refereix col·lectivament als processos utilitzats per crear còpies de fragments d'ADN (clonació molecular), cèl·lules (clonació cel·lular) o organismes.

És un procés enormement complex, per obtenir Dolly van fer 276 experiències prèvies sense èxit. Està prohibit en la majoria de països desenvolupats.

CLONATGE REPRODUCTIU I TERAPÈUTICCLONATGE REPRODUCTIU I TERAPÈUTIC

El clonatge terapèutic busca obtenir cèl·lules mare o troncal, que són cèl·lules amb capacitat de dividir-se indefinidament per mitja de divisions mitòtiques. Es persegueix poder tractar malalties com Parkinson, diabetis, distròfia muscular, transplantament d’òrgans...N’hi ha dos tipus principals:

Cèl·lules mare embrionàries: s’obtenen de l’embrió (7-14 dies), són capaces de generar tots els tipus diferents de cèl·lules del cos.

Cèl·lules mare adultes: són capaces de generar cèl·lules de la seva pròpia estirp. En cada individu adult hi ha vint tipus de cèl·lules mare que regeneren els teixits que es van desgastant: pell, medul·la òssia, múscul, cervell,...

• Investigacions molt recents, sembla que han obert el camí de reprogramar cèl·lules mare adultes en cèl·lules mare en un estat anterior de diferenciació, convertint-les així en cèl·lules pluripotencials, la qual cosa evitaria haver de treballar sempre amb cèl·lules embrionàries.

REPRODUCCIÓ ASSISTIDAREPRODUCCIÓ ASSISTIDA

Aproximadament una de cada deu parelles té problemes d’infertilitat. En les dones les causes poden ser: alteració de nivells hormonals, obstrucció de les trompes de Fal·lopi, moc cervical... En els homes son baixa qualitat de l’esperma, baixa mobilitat dels espermatozoides...

Tractaments hormonals

S’indueix la maduració de nous òvuls a l’ovari i es determina el moment de l’ovulació per fer-lo coincidir amb l’acte sexual.

Inseminació artificialEs concentren els espermatozoides i s’introdueixen a l’úter. És el més habitual.

Fecundació in vitro

La fecundació es fa fora del cos de la mare i es transfereix l’embrió (8-16 cèl·lules) a l’úter.

Transferència de gàmetes a les trompes de Falopi

La mescla fecundada es transfereix immediatament a les trompes de Fal·lopi.

BIOTECNOLOGIA I MEDI AMBIENTBIOTECNOLOGIA I MEDI AMBIENT

Eliminació de metalls pesants Eliminació de les marees negres Obtenció d'energia no contaminant. Tractament de residus urbans i industrials : aigües residuals Tractament de la contaminació produïda por herbicides, pesticides e

insecticides.

La biotecnologia ambiental inclou qualsevol aplicació per reduir la contaminació, des de la utilització de microorganismes per produir combustibles, fins l’ús de vegetals per l’absorció de substàncies tòxiques. La biotecnologia clàssica aporta el compostatge, transformació de restes vegetals en humus…

BIOÈTICABIOÈTICA

Es té por de que els aliments obtinguts de plantes transgèniques puguin contenir proteïnes tòxiques o composts al·lèrgens.

Cal vigilar la pol·linització creuada:el pol·len dels vegetals transgènics(GM) es pot difondre a camps propers no GM, cosa que els feia adquirir característiques dels GM amb els corresponents desequilibris amb l’ecosistema.

La teràpia gènica només es permet en les cèl·lules teixit i no en els gàmetes, cosa que podria modificar de forma permanent el patrimoni genètic de la descendència.

Ús d’embrions en l' investigació en cèl·lules mare, és ètic crear embrions amb aquesta finalitat? A Espanya només està permès investigar amb embrions sobrants de reproducció assistida.

Com a conseqüència del genoma humà es plantegen nous debats:◦ Les empreses poden seleccionar el personal amb base a la seva salut genètica?◦ Les companyies d’assegurances poden utilitzar aquesta malaltia en el seu profit i crear el

concepte de “malalt potencial”?◦ Què guanyem diem a una persona sana de 20 anys que als 50 anys deenvoluparà una malatia

mortal?◦ Es pot modificar per “millorar” la naturalesa humana?◦ Es pot patentar informació biològica com la funció de determinats gens?

APARICIÓ D’UN NOU CONCEPTE: EL DRET A NO SABER

Els avenços científics no són per si mateixos bons o dolents: en són les seves aplicacions i l’ús que d’elles se’n faci.La bioètica és la disciplina que tracta els aspectes ètics relacionats amb la biotecnologia, inclou l’àmbit biomèdic, medi ambient i tracte adequat als animals.