Biología 2º Bachillerato 1

EL ADN, BIOTECNOLOGÍA e INGENIERÍA GENÉTICA

La Biotecnología es todo el conjunto de técnicas que emplea seres vivos o compuestos procedentes de ellos (como las enzimas) para la obtención de productos, bienes y servicios de distinto tipo para la humanidad.

La Biotecnología abarca: • Biotecnología tradicional: utilizada desde hace cientos de años y que emplea, por ejemplo, procesos

de fermentación microbiana para la elaboración del pan, bebidas alcohólicas o yogur. • Biotecnología moderna: nacida en los últimos 30 años, gracias a los progresos de la biología celular,

bioquímica, microbiología, inmunología e ingeniería genética. INGENIERÍA GENÉTICA

Comprende todo el conjunto de métodos y técnicas que permiten el acceso y manipulación del ADN y la transferencia de genes de un organismo a otro. De este modo se han podido obtener organismos transgénicos u Organismos Modificados Genéticamente (OMG). Existen varias técnicas de ingeniería genética, entre las que destacan: • Obtención de ADN recombinante. Técnica que permite cortar el ADN de un organismos en

múltiples fragmentos, aislar alguno de ellos, e introducirlo, mediante un vector, en otro organismo, originando un organismo transgénico.

• Clonación del ADN. Permite la producción de múltiples copias de un gen específico o de un fragmento de ADN.

• Reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Técnica in Vitro, que permite obtener de forma muy rápido un elevado número de copias de un fragmento de ADN.

• Secuenciación del ADN. Técnica que permite conocer el orden de los nucleótidos que forman parte de un gen, o incluso del genoma completo de un organismo. (ya vista en el tema de ácidos nucleicos)

Tecnología del ADN recombinante

El ADN formado por la unión de fragmentos de ADN procedente de organismos distintos se denomina ADN recombinante. Por eso todo el conjunto de técnicas que utiliza la ingeniería genética para conseguirlo recibe el nombre de tecnología del ADN recombinante. Los pasos que implica esta tecnología son, en esencia, estos: 1. Las moléculas de ADN de dos organismos diferentes se cortan en fragmentos con ENDONUCLEASAS

DE RESTRICCIÓN. Las endonucleasas de restricción son enzimas fabricadas por bacterias y son capaces de cortas el ADN de cualquier organismo por secuencias específicas, dando lugar a fragmentos con extremos de una sola cadena, llamadas extremos cohesivos. Actualmente se conocen más de 1200 endonucleasas de restricción que reconocen y cortan el ADN por distintas secuencias.

Una de ellas de la endonucleasa EcoRI, que reconoce la secuencia GAATTC y corta entre los nucleótidos G y A de cada una de las cadenas de las moléculas de ADN.

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2. Una vez obtenidos los fragmentos de ADN con extremos cohesivos complementarios, se ponen en

contacto y se someten a la acción de la enzima ADN LIGASA, que une los extremos cohesivos, y forma una molécula de ADN recombinante, que contiene ADN de los dos organismos.

Clonación del ADN

La clonación de un gen consiste en introducirlo en una célula, de manera que pueda ser copiada. Para ello se inserta en una molécula de ADN, llamado vector de clonación, capaz de entrar y replicarse independientemente en una célula huésped. El resultado es la formación de ADN recombinante y el vector de clonación actúa como medio de transporte.

Para clonar genes se utilizar diferentes vectores de clonación, como los plásmidos bacterianos, pequeñas moléculas de ADN circular que se pueden replicar independientemente en las bacterias. El proceso de clonación de un gen en bacterias incluiría las siguientes etapas: 1. Obtención del plásmido recombinante formado

por un plásmido que contenga un gen de resistencia a un antibiótico y el gen que se desea clonar.

2. Transformación de las bacterias incorporándoles el plásmido recombinante.

3. Selección de las bacterias transformadas, añadiendo al medio el antibiótico que

4. Crecimiento de las bacterias en medio de cultivo.

5. Aislamiento de los plásmidos recombinantes y de las copias del gen de interés.

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Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es un método que permite obtener obtener múltiples copias de un fragmento de ADN en muy poco tiempo, lo que se denominan amplificación del ADN. Es una técnica in vitro, donde se reproduce la duplicación del ADN. Para amplificar el ADN se añaden en un tubo de ensayo los siguientes componentes: • La muestra de ADN a amplificar • Cebadores: pequeñas cadenas de nucleótidos complementarias a las secuencias de ADN que flanquean

al gen que queremos copiar. • Los cuatro tipos de desoxirribonucleótidos trifosfato (ATP. GTP, CTP, TTP). • Una ADN polimerasa resistente al calor, obtenida a partir de la bacteria termófila Thermus aquaticus

(Taq-polimerasa).

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Para conseguirlo se utilizan varios ciclos, y en cada uno de ellos el ADN se duplica, siguiendo estas etapas: 1. Desnaturalización. Se calienta la muestra de ADN a 95 ºC, para desnaturalizar el ADN y separar las

cadenas de nucleótidos. 2. Hibridación. Se enfría a 55 ºC la muestra, para que los cebadores hibriden con las secuencias

complementarias en cada una de las cadenas del ADN. 3. Síntesis de ADN. Se calienta la muestra a 72 ºC para que la Taq-polimerasa fabrique las nuevas

cadenas de ADN. Las aplicaciones de la PCR son varias: • Amplificaciones de ADN antiguos para estudios evolutivos o, paleontológicos. • La obtención de la huella genética de ADN en medicina forense. • Detección de ADN de genes de virus en etapas tempranas de infección, como por ejemplo el VIH, en

pruebas de diagnóstico. Técnica de PCR APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Algunas de las aplicaciones de la ingeniería genética son: Agricultura y ganadería: • Clonación de plantas o animales con características interesantes (que produzcan frutos de mejor

calidad, mayor producción de leche, carne o lana, por ejemplo). • Obtención de plantas y animales transgénicos, que al poseer genes de otro organismo adquieren

características nuevas, como la resistencia a plagas o heladas, crecimiento más rápido, alimentos animales con menos colesterol, etc,…

• Control de plagas: algunos microorganismos, como bacterias, han sido utilizados como bioinsecticidas para controlar algunas plagas.

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Medicina: • Obtención de medicamentos, como la insulina, los factores de coagulación, interferón, hormona de

crecimiento,…, o como en Farmacogenética, tratar de obtener medicamentos personalizados. • Terapia génica, que se basa en la introducción de genes sanos en personas con genes defectuosos

causantes de enfermedades, lo que permitiría la curación de la enfermedad. Para introducir el gen en el paciente se pueden emplear virus no patógenos que hayan sido modificados genéticamente y que porten el gen sano.

• Diagnóstico de enfermedades genéticas mediante el empleo de Biochips, que son pequeñas placas que contienen cientos de genes colocados en diminutas casillas, sobre las que se colocan gotas de sangre o saliva y que permiten detectar la presencia de genes causantes de enfermedades.

• Utilización de transgénicos para elaborar vacunas. Medio ambiente (Biorremediación) Obtención de bacterias que degradan hidrocarburos como el petróleo para combatir las mareas negras o plantas transgénicas que permitan convertir algunos contaminantes en sustancias menos tóxicas.

Obtención de planta transgénica Terapia génica