BIOTECNOLOGÍA

La biotecnología es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medio

ambiente y medicina. Se desarrolla en un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias como biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, física, química, medicina y

veterinaria entre otras. Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los alimentos, la minería y la

agricultura entre otros campos.Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero

húngaro Károly Ereki, en 1919, quien la introdujo en su libro Biotecnología en la producción cárnica y láctea de una gran

explotación agropecuaria

BIOTECNOLOGÍA

BIOTECNOLOGÍA

Biotecnología

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Biología

Biofísica

Farmacología

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Medicina

Citología

Bioquímica

Industria alimentaria

Ingeniería

Ingeniería Genética, ADN recombinante

• Esquema de un experimento de ADN recombinante

Ingeniería Genética, ADN recombinante

• Técnica del ADN recombinante: es la más usada en ingeniería genética, esta basada en el uso de las enzimas de restricción o endonucleasas de restricción que permiten cortar el ADN por lugares concretos y posteriormente unir fragmentos de distinta fuente o incluso de especies diferentes

Ingeniería Genética, ADN recombinante

• Las enzimas de restricción siempre cortan el ADN por la misma secuencia de nucleótidos, una de ellas la más utilizada se llama ECOR1 crea lo que se conoce por extremos (bordes) pegajosos, de manera que si tratamos dos moléculas de ADN con esta enzima se crearán partes complementarias que pueden encajar entre sí.

• La mayoría de los sitios de restricción son simétricos, lo que significa que la secuencia de nucleótidos es la misma en las dos cadenas cuando se leen en dirección 5´-3´estas secuencias se denominan palindrómicas

Frases Palindrómicas

• Adán no calla con nada• Ella te dará detalle• Isaac no ronca así• Arde ya la yedra

Ingeniería Genética

• No todas las enzimas de restricción generan extremos pegajosos, otras cortan dando lugar e extremos romos

Ingeniería Genética

• Independientemente del tipo de borde, las enzimas de restricción siempre reconocen la misma secuencia

CohesivosRomos

Ingeniería Genética, ADN recombinante

• Las ligasas son unas enzimas capaces de unir fragmentos de ADN, el resultado es un ADN recombinante

Ingeniería Genética.• El ADN recombinante se introduce dentro de la célula a través de vectores

que pueden ser virus o un fragmento de ADN (plasmidio)

Plásmidios• Los plásmidos son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y

transcriben independientes del ADN cromosómico.• Las bacterias pueden captar ADN extraño en el medio es un proceso denominado transformación.• También pueden intercambiar material genético en otro proceso denominado conjugación

Bacteriófagos Lisogenicos • Son virus que infectan a bacterias e introducen su ADN en el cromosoma de la célula y

la bacteria lo copia cuando se reproduce.

Selección de bacterias con ADN recombinante

• Si el plasmidio recombinante tiene un gen de resistencia a un antibiótico, las bacterias recombinantes serán las que no se mueran

Bacterias resistentes

Bacterias no resistentes

Ingeniería Genética, ADN recombinante

• Pasos de la técnica del ADN recombinante:• 1.- Aislar el gen• 2.- Insertar el gen en el vector• 3.- Introducir el ADN recombinante en la

célula• 4.- Seleccionar las células con el ADN

recombinante.• 5.- Multiplicar el número de células

Clonación de genes• La clonación es un proceso que consiste en la reproducción de individuos de forma

asexual. Si nos referimos a los genes la clonación consiste en producir muchas copias de un gen especifico en el interior de un organismo que hace las veces de hospedador, generalmente son procariotas que tienen que cumplir los siguientes requisitos:

• A) Tener un crecimiento rápido• B) No debe de ser patógeno• C) Debe de favorecer la entrada del transgen (ADN recombinante)• D) Tiene que ser fácilmente manipulable• Dos organismos muy utilizados son la bacteria Escherichia coli y la levadura

Saccharomyces cerevisiaeE. coli

S. cerevisiae

Hibridación del ADN• Desnaturalización del ADN: se pueden separar las dos hebras del ADN en

unas condiciones de especiales, un pH de 13 o calentando a unos 100ºC, se rompen los puentes de hidrogeno. La desnaturalización es un proceso reversible, manteniendo la temperatura a 65º, este proceso se denomina renaturalización, se puede originar una nueva hélice con ADN de una especie o hibridando una especie y otra e incluso entre individuos de la misma especie.

• Un fragmento de ARNm puede servir de sonda para localizar un gen concreto

Técnica del ADN recombinante aplicada a la fabricación industrial de insulina

Técnica del ADN recombinante aplicada a la fabricación de productos agrarios

Técnica del ADN recombinante aplicada a la medicina

Síntesis de un ADN complementario usando un ARNm

• Se utiliza la enzima transcriptasa inversa.• 1.- Se purifica el ARNm, se añade un oligonucleótido de timina para que hibride con

las adeninas de la cola de poly A y funcione como cebador• 2.- Se sintetiza el ADNc, cuando se ha sintetizado se añade NaOH que hidroliza el

ARNm y se forma un lazo que se convierte en el cebador para la otra cadena • 3.- Se elimina la horquilla con la enzima S1 que solo hidroliza ADN de cadena sencilla

Reacción en cadena de la polimerasa

• Técnica denominada PCR (Polymerase Chain Reaction) se utiliza para amplificar una pequeña cantidad de ADN, que a su vez se usa como cebador, es necesaria una fuente de calor y una ADN polimerasa resistente al calor (Taq polimerasa)

La polimerasa Taq es un tipo de ADN polimerasa termoestable, nombrada de esta forma debido a que es producida por la bacteria Thermus aquaticus (T-aq) y a partir de la cual fue aislada en el año 1968 por Thomas D. Brock A menudo suele abreviarse como "Taq Pol" (o simplemente como "Taq"), y es frecuentemente utilizada en las técnicas de PCR, un método que se utiliza para amplificar secuencias cortas de ADN.

Reacción en cadena de la polimerasa

• El proceso se realiza por ciclos y en cada uno se suceden tres etapas:• 1.- Desnaturalización: cada cadena sirve como molde para sintetizar la

complementaria.• 2.- Hibridación: se enfría la mezcla para permitir que los cebadores se unan

mediante puentes de hidrogeno a las hebras de ADN desnaturalizado• 3.- Extensión: se forman las nuevas hebras de ADN gracias a la Taq-polimerasa

Aplicaciones de la PCR

• Fragmentos de ADN antiguos, se han amplificado fragmentos de ADN de un mamut congelado, se pueden amplificar restos de momias aportando datos a los paleontólogos

• Policía Científica, amplificando las muestras de ADN encontradas como prueba de un delito.

• Diagnostico prenatal, detecta trastornos genéticos

• Detección de genes virales, como el VIH

Secuenciación del ADN

Transgénicos

Los alimentos sometidos a ingeniería genética o alimentos transgénicos son aquellos que fueron producidos a partir de un organismo modificado genéticamente mediante ingeniería genética. Dicho de otra forma, es aquel alimento obtenido de un organismo al cual le han incorporado genes de otro para producir las características deseadas. En la actualidad tienen mayor presencia de alimentos procedentes de plantas transgénicas como el maíz, la cebada o la soja.

Clonación de animales

La clonación (del griego κλών, "retoño, rama")

puede definirse como el proceso por el que se consiguen, de forma asexual, copias semejantes de un organismo, célula o molécula ya desarrollado.Se deben tomar en cuenta las siguientes características

Ser parte de un animal ya "desarrollado", porque la clonación responde a un interés por obtener copias de un determinado animal, y sólo cuando es adulto se pueden conocer sus características.Por otro lado, se trata de crearlo de forma asexual. La reproducción sexual no permite obtener copias idénticas, ya que este tipo de reproducción por su misma naturaleza genera diversidad

Clonación

Células madre

Células madreUna célula madre tiene la capacidad de autorrenovarse mediante divisiones mitóticas o bien de continuar la vía de diferenciación para la que está programada y, por lo tanto, producir células de uno o más tejidos maduros, funcionales y plenamente diferenciados en función de su grado de multipotencialidad

Genómica y Proteómica• La genómica estudia el conjunto del genoma, identifica a los genes que

producen proteínas para lo que usan programas informáticos y detectan a los genes que interactúan entre ellos, se han detectado solo 25.000 genes en el genoma humano lo que hace pensar en la interacción entre genes.

• La proteómica estudia el conjunto de proteínas codificado en un genoma, se ha visto que el número de proteínas en los seres humanos es mayor que el número de genes

Aplicaciones de la Biotecnología, medicina forense

• En los seres humanos más del 90% del ADN es igual, se supone que solo el 0,1% es diferente, estas diferencias están localizadas y es posible usarlas como marcadores genéticos y crear una huella genética.

• Uno de los marcadores más utilizados son las repeticiones cortas en tándem (STR, Short Tandem Repeats) se basan en el número de veces que se repite la secuencia AT, para la elaboración de la huella genética se utiliza de Southern blot (emborronar)

Aplicaciones de la Biotecnología, medicina forense

Aplicaciones de la Biotecnología, obtención de productos farmacéuticos

• Actualmente se fabrican por ingeniería genética proteínas como la insulina, el interferon, la hormona del crecimiento (GH) y el factor VII de la coagulación

Aplicaciones de la Biotecnología, obtención de Biopetroleo

• La formación de petróleo ocurrió hace millones de años partiendo de los mismos elementos vegetales (principalmente fitoplancton) bajo muy altas presiones, temperaturas y en un clima de alta actividad sísmica y volcánica. La biodegradación de determinados compuestos orgánicos de origen vegetal (ácidos grasos e hidrocarbono) dio lugar al petróleo. BioFuel Systems S.L. ha desarrollado un proceso convertidor de energía basado en tres elementos: la energía solar, la fotosíntesis y el campo electromagnético. Dicho proceso permite obtener biopetróleo, equiparable al de origen fósil. Es una nueva fuente de energía, similar al petróleo, con todos sus productos y ventajas, pero sin sus inconvenientes: no aumenta las emisiones de CO2 (dióxido de carbono) sino que las reduce, y no aporta SO2 (dióxido de azufre), además de la práctica ausencia de productos secundarios nocivos.

Aplicaciones de la Biotecnología, diagnostico de enfermedades

• La técnica del ADN recombinante permite por medio de sondas genéticas, detectar en un individuo o en un feto los genes responsables de enfermedades genéticas como la hemofilia, la anemia falciforme etc. También pude detectar en sangre la presencia de determinados virus como VIH

Aplicaciones de la Biotecnología, terapia génica

• Se inserta un gen funcional en las células de un paciente para corregir un defecto genético • Se puede llevar a cabo en células somáticas y en células germinativas o germinales (óvulos y

espermatozoides) en estas últimas las alteraciones genéticas se transmiten a los hijos.• La terapia génica en células somáticas se puede realizar de varias formas:• A) Ex vivo, se extraen células del paciente , se corrige el defecto en el laboratorio y después

se reintegran al organismo.• B) In vivo los genes se transfieren al paciente por medio de un vector (virus)

Aplicaciones de la Biotecnología, agricultura

• La técnica del ADN recombinante a originado plantas modificadas genéticamente o plantas transgénicas (si llevan genes de otra especie) podemos citar los siguientes ejemplos:

• 1.- Resistencia a los herbicidas, con lo que solo se matan las “malas hierbas”

• 2.- Mejora del producto, aumenta su valor nutritivo.• 3.- Producción de sustancias farmacéuticas, proteínas,

anticuerpos (planticuerpos)

Aplicaciones de la Biotecnología, medio ambiente

• Biorremediación: bacterias modificadas genéticamente se puede usar para la limpieza de los vertidos de hidrocarburos.

• Biadsorción: bacterias modificadas puede fijar en la superficie celular metales pesados

Aplicaciones de la Biotecnología, ganadería

• A) Animales transgénicos: generalmente se realizan en mamíferos se han obtenido proteínas como la alfa-antitripsina utilizada para el tratamiento del enfisema ** hereditario y el factor VIII de la coagulación.

• B) Clonación: permite crear animales genéticamente iguales

**Un enfisema se define en términos anatomopatológicos por el agrandamiento permanente de los espacios aéreos distales a los bronquiolos terminales, con destrucción de la pared alveolar

• Un paciente con fibrosis quística (enfermedad genética) tiene que ser sometido a un tratamiento de terapia génica.

Diseñar un experimento para introducir el gen sano en las células del paciente.