Resumen: Fundamentos de Ingeniería Genética

📋 Esquema del Curso

1. Concepto y alcance de la ingeniería genética
2. Biología molecular y ácidos nucleicos
3. Estrategias de manipulación genética
4. Tecnología del ADN recombinante
5. Amplificación mediante PCR
6. Clonación molecular y organismos
7. Aplicaciones futuras de la ingeniería genética

📅 Fechas clave

1. 1944Los experimentos de Oswald T. Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty constituyeron un hito en el conocimiento del material genético a escala molecular.
2. 1952Los experimentos de Alfred D. Hershey y Martha Chase constituyeron un hito en el conocimiento del material genético a escala molecular.
3. años 70 del siglo XXSe consiguió introducir material genético de una especie en células de otra especie muy distinta.
4. 1993Un experimento de clonación humana disgregó células de embriones no viables y obtuvo 48 embriones clónicos, que fueron posteriormente destruidos.
5. 1996Ian Wilmut realizó la primera clonación de un mamífero a partir de una célula somática adulta utilizando tres ovejas: una donadora del núcleo, una donadora del óvulo y una madre de alquiler; el resultado fue Dolly.
6. junio de 2000Se anunció un primer borrador de la secuencia del genoma humano, que abrió un campo de investigación cuyo alcance futuro se consideraba impredecible.

📖 1. Concepto y alcance de la ingeniería genética

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Ingeniería genética: Conjunto de técnicas que permite manipular el genoma de un ser vivo.
• ADN recombinante: Molécula formada al intercalar un segmento de ADN extraño en un ADN receptor.

★ Imprescindible

📌 Los organismos modificados genéticamente, tanto procariotas como eucariotas, se denominan organismos genéticamente modificados (OGM); se denominan transgénicos cuando se les ha introducido material genético de otra especie.

Complementos

• La ingeniería genética posibilita crear nuevas especies, corregir defectos genéticos y fabricar numerosos compuestos.

• La ingeniería genética incluye la tecnología del ADN recombinante para aislar y manipular un fragmento de ADN e introducirlo en otro organismo, la secuenciación del ADN para determinar el orden de sus nucleótidos y la PCR para aumentar las copias de un fragmento.

📖 2. Biología molecular y ácidos nucleicos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Biología molecular: Estudio de los procesos celulares que permiten transmitir eficientemente la información genética entre seres vivos y expresarla en nuevos individuos.

★ Imprescindible

• Cada nucleótido del ADN contiene:

  • desoxirribosa
  • fósforo
  • adenina
  • timina
  • guanina
  • citosina

• Las dos hebras del ADN se unen mediante la complementariedad de bases A-T y G-C, enlazadas por puentes de hidrógeno.

• La expresión génica comprende la transcripción, en la que el ADN sirve de molde para sintetizar ARN, y la traducción, en la que el ARN sirve de base para sintetizar una proteína.

Complementos

• El ADN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas asociado a histonas y también en mitocondrias, plastos y citosol de células procariotas.

• La estructura general del ADN es común a todos los seres vivos, lo que permite transferir e incorporar genes entre organismos; las células pueden adquirir material genético por infección o transferencia horizontal, incorporarlo y replicarlo como propio.

• Durante la replicación del ADN, la doble cadena se abre y delante de cada hebra se colocan nucleótidos complementarios.

• Los tipos de ARN mencionados son:

  • ARN mensajero (ARNm)
  • ARN transferente (ARNt)
  • ARN ribosómico (ARNr)
  • ARN heterogéneo nuclear (ARNhn)
  • ARN de interferencia (ARNi)

• El ARNr forma la estructura de los ribosomas, mientras que el ARNhn nuclear es precursor de diferentes ARNm y el ARNi interviene aparentemente en la regulación de la actividad génica.

• La transcripción requiere ARN polimerasa y un promotor, que es la región de ADN donde se encuentra la señal de inicio.

💡 Truco mnemotécnico

ADN → ARN → proteína: el flujo de la información genética.

📖 3. Estrategias de manipulación genética

★ Imprescindible

• Los métodos de manipulación genética descritos son:
  • Agrobacterium
  • acelerador de partículas o gene gun
  • electroporación
  • polietilenglicol
  • silicon whiskers
  • microinyección
  • liposomas

📌 Para usar el plásmido Ti de Agrobacterium como vector vegetal, se eliminan los genes onc que causan una mayor producción de hormonas de crecimiento y tumores, y se sustituyen por los genes que se desea clonar.

Complementos

• En la transformación vegetal mediante Agrobacterium, la bacteria portadora del inserto infecta las células vegetales y produce recombinación genética.

• En el método de acelerador de partículas, micropartículas de oro con fragmentos de ADN adheridos se disparan sobre células, y las que alcanzan el citoplasma pueden transferir su ADN a un cromosoma.

• En la microinyección, se sujeta una célula a una pipeta bajo el microscopio y se inyecta ADN foráneo directamente en el núcleo con una micropipeta fina; se utiliza cuando hay pocas células disponibles, como en óvulos fecundados animales.

• La electroporación utiliza una carga eléctrica para que el ADN atraviese la membrana plasmática, el polietilenglicol facilita el movimiento de moléculas de ADN y los liposomas encapsulan vectores en vesículas de membrana para introducir ADN in vivo.

📖 4. Tecnología del ADN recombinante

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Vectores de clonación: Elementos móviles en los que se inserta el gen que se desea transferir y que pueden llevarlo a una célula huésped.

★ Imprescindible

• Las enzimas de restricción cortan el ADN en puntos específicos y la ADN ligasa une fragmentos de ADN.

📌 Las enzimas de restricción de tipo I y III cortan el ADN en lugares distintos al sitio de reconocimiento, mientras que las de tipo II cortan en los sitios que reconocen, que son repeticiones invertidas o palíndromos.

• Para construir ADN recombinante, se digieren dos moléculas de ADN con la misma enzima de restricción, se mezclan sus extremos cohesivos y se unen mediante ADN ligasa.

Complementos

• Las enzimas empleadas para manipular ADN incluyen:
  • enzimas de restricción
  • ADN polimerasas
  • ARN polimerasas
  • nucleasas
  • ADN ligasa
  • kinasa
  • fosfatasa
  • transcriptasa reversa

• EcoRI, una enzima de E. coli, reconoce la secuencia GAATTC y corta entre G y A.

• Los fragmentos de ADN pueden separarse por tamaño mediante electroforesis; los fragmentos pequeños se desplazan más rápido que los grandes.

• Los principales vectores de clonación mencionados son:

  • plásmidos
  • bacteriófagos
  • cósmidos
  • cromosomas artificiales de levaduras (YAC)

• Otras técnicas de ADN recombinante incluyen marcadores genéticos para identificar células transformadas, ADNc obtenido a partir de ARN mensajero, sondas de ADN para localizar secuencias, síntesis génica para producir un gen desde una base de datos y secuenciación para leer las bases del ADN.

💡 Truco mnemotécnico

La enzima de restricción actúa como tijera y la ligasa como pegamento.

📖 5. Amplificación mediante PCR

🔑 Conceptos clave y definiciones

• PCR: Técnica in vitro que amplifica pequeñas cantidades de ADN entre cientos de miles y millones de veces en pocas horas.

★ Imprescindible

• Cada ciclo de PCR comprende la desnaturalización del ADN por calentamiento, el apareamiento de iniciadores con las hebras separadas al reducir la temperatura y la extensión de los iniciadores por la ADN polimerasa.

Complementos

• La PCR puede identificar un gen a partir de:

  • un cabello
  • una célula somática
  • un espermatozoide

• Entre las aplicaciones médicas de la PCR se encuentran detectar los virus de las hepatitis B y C y regiones del genoma del HIV, diagnosticar HIV en recién nacidos de madres seropositivas y diagnosticar hemofilias A y B, distrofia muscular, fibrosis quística y mutaciones relacionadas con enfermedades oncológicas.

• Los iniciadores de PCR son oligonucleótidos diseñados en el laboratorio para definir los límites del fragmento de ADN que se desea replicar.

• Los tres pasos de la PCR se repiten cíclicamente entre veinte y cuarenta veces.

📖 6. Clonación molecular y organismos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Clonación molecular: Replicación en laboratorio de genes, células u organismos a partir de una entidad original para obtener copias genéticamente exactas.

★ Imprescindible

📌 La clonación animal puede realizarse mediante disgregación de células embrionarias, donde cada célula separada funciona como un cigoto, o mediante transferencia nuclear a un óvulo enucleado.

Complementos

• El fago λ se presenta como vector de clonación con dos sitios de corte y una capacidad indicada inferior a 24 kb.

• En la transferencia nuclear se extrae el núcleo de un óvulo por microsucción y se introduce el núcleo de una célula embrionaria o diferenciada; con esta última modalidad se obtuvo la oveja Dolly.

• Cuanto más diferenciada está una célula, más difícil es reprogramarla para que funcione como un cigoto y origine un animal.

📌 La clonación de personas enteras está prohibida en muchos países y condenada por muchas instituciones, mientras que la clonación de tejidos humanos con fines terapéuticos es solicitada por numerosos científicos.

💡 Truco mnemotécnico

Disgregar células embrionarias o transferir núcleos: dos vías para obtener clones animales.

📖 7. Aplicaciones futuras de la ingeniería genética

★ Imprescindible

• Las líneas futuras incluyen: alternativas a los antibióticos para proteger al ganado de infecciones bacterianas, cultivos transgénicos de segunda generación que eliminen alérgenos, cultivos transgénicos de segunda generación que incrementen el contenido nutricional, cultivos transgénicos de segunda generación que reduzcan los niveles de grasas, cultivos transgénicos de tercera generación tolerantes a la salinidad y resistentes a la sequía, nuevos fármacos, vacunas, bioplásticos

Complementos

• La biotecnología basada en ingeniería genética se aplica en medicina, agricultura y ganadería para sintetizar productos necesarios para la vida, diagnosticar y tratar enfermedades, prevenir enfermedades hereditarias y obtener plantas y animales transgénicos.