Resumen: Ingeniería genética y biotecnología

📋 Esquema del Curso

1. Concepto y alcance de la ingeniería genética
2. Fundamentos de biología molecular
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. 1996Ian Wilmut realizó la primera clonación de un mamífero a partir de una célula somática adulta mediante un procedimiento que utilizó tres ovejas y produjo a Dolly

📖 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.

📝 Puntos esenciales

📌 Los organismos modificados genéticamente, tanto procariotas como eucariotas, se denominan organismos genéticamente modificados (OGM); los que incorporan material genético de otra especie se denominan transgénicos.

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

📖 2. Fundamentos de biología molecular

🔑 Conceptos clave y definiciones

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

• Nucleótido: Un nucleótido está formado por desoxirribosa, fósforo y una base nitrogenada: adenina, timina, guanina o citosina.
• ADN: El ADN es una doble cadena de nucleótidos antiparalelas y enrolladas en hélice, cuyas bases se aparean por complementariedad: adenina con timina y guanina con citosina.

★ Imprescindible

• 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

• Las bases complementarias del ADN se unen mediante puentes de hidrógeno y sus combinaciones permiten formar secuencias que estructuran la información genética.

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

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

• La estructura general del ADN es común a todos los seres vivos, lo que permite transferir e incorporar genes de un organismo a otro.

• Los tres tipos principales de ARN son:

  • ARN mensajero (ARNm)
  • ARN transferente (ARNt)
  • ARN ribosómico (ARNr), que forma la estructura de los ribosomas

💡 Truco mnemotécnico

ADN → ARN → proteína: información, transcripción y traducción

📖 3. Estrategias de manipulación genética

★ Imprescindible

• Los métodos de transferencia genética incluyen:

  • Agrobacterium
  • acelerador de partículas
  • electroporación
  • polietilenglicol
  • silicon wiskers
  • microinyección
  • liposomas

• En la transformación vegetal con Agrobacterium, se eliminan del plásmido Ti los genes onc que causan tumores y se sustituyen por los genes que se desea introducir en la planta.

Complementos

• En el acelerador de partículas, bolitas de oro recubiertas de fragmentos de ADN se disparan sobre células y pueden transferir el ADN a un cromosoma si quedan en el citoplasma.

• En la microinyección, el ADN foráneo se inyecta directamente en el núcleo con una micropipeta fina y se usa cuando hay pocas células disponibles, como en óvulos fecundados animales.

• Los liposomas son vesículas de membrana que pueden encapsular vectores para introducir ADN in vivo en una célula.

📖 4. Tecnología del ADN recombinante

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Vector de clonación: Elemento móvil manipulable en el que se inserta el gen que se transferirá a una célula huésped.

• Electroforesis: Técnica que separa fragmentos de ADN según su tamaño, es decir, según el número de pares de nucleótidos que contienen.

★ Imprescindible

• Las enzimas de restricción cortan el ADN en secuencias específicas, la ADN ligasa une fragmentos y los marcadores genéticos identifican células transformadas.

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

Complementos

• Las endonucleasas de restricción de tipo I y III cortan el ADN en lugares distintos de la secuencia de reconocimiento, mientras que las de tipo II cortan en el sitio reconocido, que suele ser una repetición invertida o palíndrome.

• La enzima EcoRI de Escherichia coli reconoce la secuencia GAATTC y corta entre G y A.

📌 En la electroforesis, los fragmentos pequeños de ADN se desplazan rápidamente y los grandes lo hacen lentamente.

• Los principales vectores de clonación son:
  • plásmidos
  • bacteriófagos
  • cósmidos
  • cromosomas artificiales de levaduras (YAC)

💡 Truco mnemotécnico

Las enzimas de restricción actúan como tijeras y la ligasa como pegamento para unir fragmentos de ADN

📖 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

• La PCR repite cíclicamente entre veinte y cuarenta veces tres etapas: desnaturalización del ADN, apareamiento de iniciadores con las hebras molde y extensión de los iniciadores por la ADN polimerasa.

Complementos

• Los iniciadores de la PCR son oligonucleótidos sintetizados en laboratorio y diseñados para delimitar el tramo de ADN que se desea replicar.

• La PCR permite identificar un gen a partir de una muestra mínima, como un cabello, una célula somática o un espermatozoide.

• La PCR se aplica al diagnóstico de hepatitis B y C, regiones del genoma del HIV, infección por HIV en recién nacidos de madres seropositivas, hemofilias A y B, distrofia muscular, fibrosis quística y mutaciones génicas asociadas a enfermedades oncológicas.

📖 6. Clonación molecular y organismos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Clonación: 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 por disgregación de células embrionarias, donde cada célula separada funciona como un cigoto, o por transferencia nuclear a un óvulo enucleado.

Complementos

• La clonación molecular puede realizarse in vivo mediante células que replican el ADN o in vitro mediante PCR.

• En animales, la clonación puede obtener numerosos individuos genéticamente idénticos con una característica común, como producir mucha leche, engordar más rápido o producir lana azul.

• En la transferencia nuclear, el núcleo puede proceder de una célula embrionaria o diferenciada, y cuanto más diferenciada está la célula, más difícil es reprogramarla para que funcione como un cigoto.

📌 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

La disgregación separa células embrionarias; la transferencia nuclear sustituye el núcleo del óvulo

📖 7. Aplicaciones futuras de la ingeniería genética

★ Imprescindible

• Los objetivos de los cultivos transgénicos de segunda generación son:

  • eliminar alérgenos en los alimentos
  • incrementar el contenido nutricional
  • reducir los niveles de grasas

• Los cultivos transgénicos de tercera generación buscan obtener tolerancia a la salinidad y resistencia a la sequía.

Complementos

• Entre las perspectivas de la ingeniería genética figuran alternativas a los antibióticos para proteger al ganado frente a infecciones bacterianas.

• Entre las aplicaciones futuras se encuentran:

  • nuevos fármacos
  • vacunas
  • bioplásticos