LA REVOLUCION GENETICA

1. LA REVOLUCION GENETICA TEMA 4

2. TEORIA DE LA GENERACION ESPONTANEA • También conocida como autogénesis o abiogénesis. • Esta teoría sostenía que podía surgir vida compleja de forma espontánea a partir de la materia inerte. • Se basaba en la observación superficial de restos orgánicos en vía de putrefacción en los cuales surgía de forma “espontánea” (gracias a la actuación de un principio vital generador de vida) larvas de gusanos y moscas. • Durante los siglos XVI y XVII se aportaron pruebas en contra de la generación espontánea (Francesco Redi, Lazzaro Spallanzani), pero se seguía pensando que los microorganismos podían surgir de forma espontánea. Fue en la segunda mitad del siglo XIX cuando Pasteur demostró que incluso los microorganismos nacen de otros seres como ellos. • Actualmente, la teoría de la generación espontánea está totalmente descartada.

3. EL ADN • ADN= ácido desoxirribonucleico. • Es junto con el ARN (=ácido ribonucleico) un tipo de ácido nucleico (biomolecula). • Forma parte de todas las células (desde los virus al organismo más complejo). • Contiene la información genética de las células (es responsable de la transmisión de las características hereditaria de los seres vivos). • Esta constituido por muchas unidades de nucleótidos unidos entre si (formando largas cadenas). • Nucleótidos: • Glúcido (desoxirribosa) • Base nitrogenada (adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G)). • Grupo fosfato (proporciona la energía para la unión de dos nucleótidos de la misma cadena, mediante un enlace fosfodiester). • La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena de ADN es lo que codifica la información genética. • El ADN se encuentra formando una doble cadena de nucleótidos, enrolladas en espiral dextrógira y unidas entre si por puentes de hidrogeno (doble hélice). • El descubrimiento de la estructura del ADN se lo debemos a James Watson y Francis Crick • En el ADN, la Adenina se empareja con la Timina, mientas que la Citosina se empareja con la Guanina. • El emparejamiento de las bases tiene lugar mediante puentes de hidrogeno (no es un enlace fuerte, por lo que las dos hebras de ADN se pueden separar como si fueran una cremallera). • En la doble hélice de ADN, la dirección de los nucleótidos en una hebra (3′ → 5′) es opuesta a la dirección en la otra hebra (5′ → 3′). Esta organización de las hebras de ADN se denomina antiparalela (=son cadenas paralelas, pero con direcciones opuestas). • En los núcleos de las células, el ADN se encuentra formando complejos con proteínas estructurales (=histonas). Estas proteínas organizan el ADN en una estructura compacta denominada cromatina. • Las histonas forman un complejo de forma cilíndrica denominado nucleosoma, en torno al cual se enrollan casi dos vueltas de ADN de doble hélice.

4. LOS GENES • Un gen es una secuencia lineal organizada de nucleótidos en la molécula de ADN (o ARN en el caso de algunos virus), que contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con función celular específica (normalmente proteínas, aunque también ARNm, ARNt, ARNr). • El gen es considerado como la unidad de almacenamiento de información genética y la unidad de herencia al transmitir esa información a la descendencia. • Los genes se disponen en los cromosomas ocupando una posición determinada llamada locus. • Genoma: Conjunto de genes de una especie. • Genotipo: conjunto de genes de un individuo. • Fenotipo: conjunto de rasgos de un individuo (=genotipo+ambiente) • Los genes se encuentran constituidos por regiones codificantes (=exones) interrumpidas por regiones no codificantes (=intrones) que son eliminadas en el procesamiento del ARN (splicing). • En células procariotas esto no ocurre pues los genes de procariotas carecen de intrones. • Alelos: son las diferentes versiones de un mismo gen (debido a pequeñas variaciones en su secuencia de nucleótidos). • Los alelos pueden ser: • Dominantes: se necesita una copia del alelo para que se manifieste el rasgo fenotípico. • Recesivo: son precisas dos copias del alelo, para que se manifieste su rasgo fenotipico.

5. CROMOSOMAS • CROMOSOMA: cada uno de los cuerpos en que se organiza la cromatina del núcleo celular durante las divisiones celulares (mitosis y meiosis). • El ADN que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas se visualiza como una maraña de hilos delgados. Cuando el núcleo celular comienza el proceso de división esa maraña de hilos inicia un fenómeno de condensación progresivo que finaliza en la formación de los cromosomas. • Los cromosomas presentan una forma y un tamaño característicos. • El número de cromosomas de los individuos de la misma especie es constante (salvo enfermedad). • Todas las células (salvo las células sexuales= gametos) de la mayoría de los seres vivos están constituidos por dos juegos de cromosomas idénticos (se dice que son organismos diploides. Solo algunos organismos son haploides o poliploides). • Los miembros de cada par de cromosomas idénticos se denominan cromosomas homólogos. • Las células sexuales (gametos) están formado por un único juego de cromosomas (son células haploides). • Cada cromosoma tiene una estructura doble, con dos cromátidas hermanas unidas entre si por el centrómero (durante la mitosis las cromátidas hermanas se separan una de otra hacia dos nuevas células). • La especie humana esta constituida por 23 pares de cromosomas (excepto las células sexuales), de ellos 22 pares de autosomas y 1 par de cromosomas sexuales (XX →♀ , XY →♂) • El cromosoma Y es mucho mas pequeño que el cromosoma X. • Cariotipo: es una fotografía del conjunto de todos los cromosomas (metafasicos) ordenados según su morfología y su tamaño. • Estructuras principales de los cromosomas: • Centrómeros: es la zona de unión de las cromatidas hermanas. Es la zona que interacciona con el huso acromático durante la mitosis y meiosis. • Telomeros: son los extremos de los cromosomas. Evitan la desintegración del cromosoma. • Cromomeros: eucromatina compactada • Regiones organizadoras del nucleolo: codifican para ARNr. • Tipos de cromosomas: (según la posición del centrómero) • Metacéntricos: el centrómero se localiza a mitad del cromosoma y los dos brazos presentan igual longitud. • Submetacéntricos: la longitud de un brazo del cromosoma es algo mayor que la del otro. • Acrocéntricos: un brazo es muy corto y el otro muy largo. • Telocéntricos: sólo se aprecia un brazo del cromosoma al estar el centrómero en el extremo.

6. EL CODIGO GENETICO • El código genético relaciona la secuencia de tres nucleótidos (=codón) con los aminoácidos. • Un codón determina un aminoácido especifico (existen 20 aminoácidos), pero un aminoácido puede ser codificado a partir de varios codones distintos. • Existen 64 codones: • 61 codifican para aminoácidos (el codón AUG que codifica para la metionina es también el codón de inicio de la traducción) • 3 codones de parada de traducción (UAA, UAG, UGA) • El código genético es compartido por todos los organismos conocidos (universalidad) aunque pueden aparecer pequeñas diferencias.

7. EXPRESION GENICA • EXPRESION GENICA: es el proceso por el cual todos los organismos transforman la información codificada en los ácidos nucleicos en las proteínas necesarias para su desarrollo y funcionamiento. • No todos los genes de un organismos se expresan al mismo tiempo ni en todas las células (depende de la función de la célula en un tejido particular). • TRANSCRIPCION DEL ADN: • Es el primer proceso de la expresión génica, mediante el cuál se transfiere la información contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de proteína utilizando el ARNm como intermediario. • Las secuencias de ADN son copiadas a ARNm mediante una enzima llamada ARN polimerasa. • La transcripción tiene lugar en el núcleo de las células. • TRADUCCION DEL ARNm: • Es el segundo proceso de la expresión génica, en el cual los ARNm sintetizados en el proceso de transcripción son descodificados para producir una cadena de aminoácidos de acuerdo con las reglas del código genético. • La traducción ocurre en el citoplasma, donde se encuentran los ribosomas, que son los orgánulos responsables de la síntesis de las proteínas.

8. PROYECTO GENOMA HUMANO • El Proyecto Genoma Humano fue un proyecto internacional de investigación científica con el objetivo de determinar la secuencia de pares de bases que componen el ADN e identificar los genes humanos. • Presupuesto inicial: 3.000 millones de dólares. • Presupuesto final: 90.000 millones de dólares • Fecha inauguración: 1990 • Fecha prevista de finalización: 2005 (15 años) • Fecha de finalización: 2003 • Departamentos implicados: Energía (efectos de las radiaciones sobre el ADN) + Instituto Nacional de Salud (EEUU). • El genoma humano está compuesto por aproximadamente entre 25.000 y 30.000 genes distintos. • Objetivos del PGH: • Identificación y localización de los genes en el genoma humano: 30.000 genes distintos. • Determinación de la secuencia de las bases nitrogenadas que forman el ADN humano: 3.000 millones de pares de bases nitrogenadas. • Creación de bases de datos de acceso público. • Conocer nuevas herramientas para curar enfermedades poco estudiadas. • Crear nuevas medicinas y mas eficaces. • Conseguir diagnósticos más fiables y rápidos.

9. INGENIERIA GENETICA • Es la tecnología de la manipulación y transferencia de ADN de un organismo a otro. • Objetivos: • creación de nuevas especies. • corrección de defectos genéticos • fabricación de numerosos compuestos. • Adquisición de nuevas propiedades. • Mecanismos: • Se corta por separado el ADN de un organismo a estudiar y el ADN del vector (=plasmido bacteriano) con la misma enzima de restricción o restrictasa (generándose extremos compatibles entre sí, mutuamente cohesivos). • Se juntan ambos ADN y se les añade ADN-ligasa (generándose moléculas híbridas o recombinantes). • La molécula recombinante se introduce en el organismos huésped (generalmente una bacteria). • Se localizan las bacterias que han captado y han establecido establemente las moléculas híbridas (nos ayudamos de genes de resistencia a antibióticos o genes marcadores que producen sustancias coloreadas). • Técnicas de ingeniería genética: • ADN recombinante: permite aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro. • Secuenciación del ADN: permite saber el orden o secuencia de los nucleótidos que forman parte de un gen. • Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): aumentar el número de copias de un fragmento determinado de ADN. • Aplicación de la ingeniería genética en los seres vivos: • Bacterias: • son los seres vivos más utilizados en Ingeniería Genética (en casi todos los procesos de ingeniería genética). • La mas utilizada es Escherichia coli. • Levaduras y hongos: • Son junto con las bacterias los sistemas más utilizados. • Saccharomyces cerevisiae (insulina), Penicillium. • Animales: • Aumentar el rendimiento del ganado • Elaborar fármacos • Plantas: • Plantas resistentes a enfermedades. • Humanos: • Tratamiento de enfermedades raras.

10. ORGANISMOS TRANSGENICOS(Organismos Genéticamente Modificados) • Organismo Transgénico: organismos cuyo material genético es manipulado deliberadamente en laboratorios con el fin de otorgarle alguna característica específica. • Para la modificación del material genético se utilizan las técnicas de ingeniería genética. • Al ser la manipulación en el material genético, este es hereditario, pudiendo transferirse a la siguiente generación. • Tipos de organismos transgenicos: • Microorganismos transgénicos: • Como se reproducen con rapidez y son fáciles de desarrollar, se utilizan para producir infinidad de sustancias importantes y útiles para la salud y la industria (insulina, factores de crecimiento,…) • Animales transgénicos: • Ratones: con genes humanos (estudio de enfermedades inmunitarias en humanos). • Ganado: con copias de genes de la hormona del crecimiento (crecen más rápido y producen mejor carne que los animales comunes). • Plantas transgénicas: • Contienen genes que producen un insecticida natural (no requiere plaguicidas sintéticos). • Contienen genes que producen proteínas o vitaminas deficitarias en la planta. • Contienen genes de resistencia a enfermedades (duran mas). • Ventajas de los Organismos transgenicos: • Mejoras en el proceso industrial (sobre todo en las aplicaciones en agronomía y mejora vegetal en sentido amplio). • Ventajas para los consumidores (mayor calidad del producto final, producción de nuevos alimentos, nuevas características nutricionales,….) • Ventajas para los agricultores (aumento de la productividad, mayor rendimiento de las cosechas, resistencia a plagas y enfermedades, mayor tolerancia a condiciones de estrés,…). • Ventajas para el medio ambiente (menor uso de pesticidas químicos). • Obtención de nuevos materiales (plásticos biodegradables) • Inconvenientes de los Organismos transgenicos: • Resistencia a los antibióticos (mayor vulnerabilidad frente a organismos patógenos) • Posibilidad de generación de nuevas alergias (no hay estudios concluyentes). • Contaminación de variedades tradicionales (el polen de las especies transgénicas puede fecundar a cultivos convencionales, obteniéndose híbridos y transformando a estos cultivos en transgénicos). • Muerte de insectos o polinizadores • Impacto ecológico de los cultivos

11. TERAPIAS GENICAS • Consiste en la inserción de copias funcionales de genes defectuosos o ausentes en el genoma de un individuo, para tratar de curar una enfermedad. • Aplicaciones: • Marcaje génico: tiene como objetivo, no la curación completa del paciente, sino la mejora del tratamiento de una determinada patología. • Terapia de enfermedades hereditarias: Se proporciona el gen defectuoso o ausente. • Terapia de enfermedades adquiridas: Entre este tipo de enfermedades la más destacada es el cáncer. Se insertan determinados genes suicidas en las células tumorales o antígenos tumorales para potenciar la respuesta inmune. • Tipos de terapia genética (según las células modificadas): • Terapia génica somática: las modificaciones sólo tienen lugar en el paciente (se modifican células somáticas). • Terapia génica germinal: se realiza sobre las células germinales (gametos) del paciente, por lo que los cambios serán hereditarios. • Tipos de terapia génica (según el procedimiento de modificación): • Terapia génica de adición: una copia del gen funcional se inserta en el genoma sin que se elimine el gen defectuoso. • Terapia génica de sustitución: se elimina la copia del gen defectuoso y se cambia por una copia funcional del gen. • Procedimiento: • El gen funcional se introduce en un vector (plasmido bacteriano o virus). • Las células diana del paciente se infectan con los vectores. • El ADN del vector con el gen funcional pasa al ADN del paciente (mediante recombinacion génica) • El ADN recombinante, una vez dentro de las células del paciente, se transcribe y traduce a una proteína funcional, que va a realizar su función y a corregir el defecto que causaba la enfermedad. • Características generales de los vectores utilizados en terapia génica: • Que sea reproducible. • Que sea estable. • Que permita la inserción de material genético sin límite de tamaño. • Que permita la transducción tanto en células en división como en aquellas que no están proliferando. • Que posibilite la integración específica del gen terapéutico. • Que reconozca y actúe sobre células específicas. • Que la expresión del gen terapéutico pueda ser regulada. • Que carezca de elementos que induzcan una respuesta inmune. • Que pueda ser caracterizado completamente. • Que sea inocuo o que sus posibles efectos secundarios sean mínimos. • Que sea fácil de producir y almacenar. • Que todo el proceso de su desarrollo tenga un coste razonable. • Inconvenientes de la terapia génica: • En muchas ocasiones los pacientes deben repetir la terapia cada cierto tiempo porque ésta no es estable y su expresión es temporal. • La respuesta inmune del organismo ante un agente extraño como un virus o un plasmido bacteriano. • Posibilidad de inducir un tumor por mutagénesis (esto puede ocurrir si el ADN se integra en un gen supresor tumoral).

12. CELULAS MADRES • Célula madre: es una célula que tiene la capacidad de diferenciarse y producir células de distintos tejidos. • La mayoría de tejidos de un individuo adulto poseen una población específica propia de células madre que permiten su renovación periódica o su regeneración cuando se produce algún daño tisular. • Algunas células madre son capaces de diferenciarse en más de un tipo celular (ej. las células madre hematopoyéticas) , mientras que otras son precursoras de las células del tejido en el que se encuentran (ej. células madre de la piel). • Células madre embrionarias: Son células indiferenciadas de un embrión que tiene la capacidad de dividirse indefinidamente sin perder sus propiedades. • Tipos de células madre: • Células madre totipotentes: pueden crecer y formar un organismo completo, es decir, pueden formar todo los tipos celulares (ej. Células madres embrionarias) • Células madre pluripotentes: no pueden formar un organismo completo, pero sí cualquier otro tipo de célula correspondiente a los tres linajes embrionarios (endodermo, ectodermo y mesodermo). • Células madre multipotentes: son aquellas que sólo pueden generar células de su mismo linaje de origen embrionario (ej. célula madre de médula ósea → miocitos, adipocitos, osteocitos, células sanguíneas, …). • Células madre unipotentes: pueden formar únicamente un tipo de célula. • La célula madre por excelencia es el cigoto, formado cuando un óvulo es fecundado por un espermatozoide. • El cigoto es una célula madretotipotente, es decir, puede dar lugar a todas las células del feto. • Conforme el embrión se va desarrollando, sus células van perdiendo esta propiedad (totipotencia) de forma progresiva, llegando a la fase de blástula en la que contiene células pluripotentes (células madre embrionarias) capaces de diferenciarse en cualquier célula del organismo salvo las de la parte embrionaria de la placenta. • Conforme avanza el desarrollo embrionario se forman diferentes poblaciones de células madre con una potencialidad de regenerar tejidos cada vez más restringida. • Tratamientos con células madre: • En un futuro cercano se podrá tratar el cáncer, diabetes, daños medulares, daños musculares, trasplantes… • La ventaja del tratamiento con células madre es que no hay problema en que sean rechazadas (porque normalmente las células madre son extraídas del paciente).

13. CLONACION • Clonación: proceso por el que se consiguen copias idénticas de un organismo, célula o molécula de forma asexual (la reproducción sexual no permite obtener copias idénticas). • Tipos de clonación: • Clonación molecular: • Se introduce la secuencia de ADN de la proteína a clonar dentro de células (mediante técnicas de ingeniería genética). • Se seleccionan las células que han incorporado el ADN a clonar (se hace uso de marcadores). • Las células recombinantes (con el ADN a clonar previamente incorporado) son cultivadas. • Se añade al cultivo factores de traducción para sintetizar la proteína deseada en grandes cantidades. • Clonación celular: • Consiste en formar un grupo de células a partir de una sola. • Con ello podemos clonar organismos unicelulares (bacterias) hasta tejidos. • Clonación de organismos: • Consiste en crear un nuevo organismo con la misma información genética que un organismo preexistente. • Es un método de reproducción asexual (no tienen lugar la fertilización), donde sólo hay un progenitor involucrado. • El objetivo de la clonación humana es obtener células madre para curar enfermedades (cualquier otro objetivo no se consideraría ético ni legal).

14. REPRODUCCION ASISTIDA • Reproducción asistida(=fecundación artificial): es una técnica de tratamiento de la infertilidad que conlleva una manipulación de los gametos. • Métodos: • Inseminación artificial: • Introducción médica del semen o esperma en la vagina de la mujer con la finalidad de conseguir una gestación. • La inseminación artificial consta de tres fases: • Estimulación hormonal del ovario (para aumentar el número de ovocitos maduros). • Preparación del semen (seleccionando y concentrando los espermatozoides móviles). • inseminación de la mujer. • Fecundación in vitro: • Extracción del ovocito femenino para fecundarlo fuera del organismo de la mujer con espermatozoides obtenidos previamente del hombre. • Tras la fecundación, el embrión es implantado en el cuerpo de la mujer. • La Fecundación in vitro consta de seis fases: • Estimulación hormonal del ovario. • Extracción de ovocitos. • Inseminación de los ovocitos • Cultivo in vitro del embrión. • Transferencia embrionaria (blastocito de aproximadamente 6 días). Tiene lugar por vía transcervical. • Congelación de embriones sobrantes (para futuras fecundaciones).