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UNIDAD IV.- Genética microbianaTema 10.-.Fundamentos de Ingeniería Genética: Herramientas principales y aplicaciones

Unidad 4. Genética microbiana

ObjetivosConocer

-Los mecanismos de la herencia

-La relación entre la estructura y función del gen

-Las diferentes aplicaciones de la microbiología

AsimilarLa información genética se transmite con gran fidelidad, y las mutaciones

tienen un gran significado evolutivo

Comprender y discutirLas ventajas e inconvenientes del desarrollo de la Biotecnología

Enzimas de restricciónSe emplean para cortar el ADN en secuencias palindrómicas concretas

• Ingeniería genética: modificación deliberada de la información genética de un organismos mediante la modificación directa de su genoma

• Tecnología del ADN recombinante: procedimientos empleados para llevar a cabo la ingeniería genética

• Biotecnología: la integración de las ciencias naturales y de la ingeniería con la finalidad de conseguir la aplicación de microorganismos, células, alguna de sus partes o análogos moleculares en la obtención de productos y servicios

Herramientas clave

Definiciones

Transcriptasa inversa: sintetiza ADN a partir de RNA

Este ADN sintetizado se denomina cDNA

La hebra complementaria al cDNA se completa con una DNA polimerasa

Herramientas clave

Moléculas de ADN recombinanteHerramientas clave

Moléculas que son el resultado de la combinación de materiales genéticos de diferente origen

Clonado

La unión es catalizada por ADN ligasa

ADN sintético (oligonucleótidos) pequeñas piezas de ADN o RNA de 2-30 nucleótidos pueden ser sintetizadas de forma que se conoce la secuencia de nucleótidos. Esto permite llevar a cabo mutagénesis dirigida, preparación de sondas y la reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Herramientas clave

• Utiliza un oligonucleótido sintético para añadir una mutación específica a un gen

Mutagénesis dirigida

PCR

Sondas genéticas

• Utilizadas para identificar genes de interés en una biblioteca genética o genoteca

• Las sondas se pueden preparar de:

– cDNA– Oligonucleótidos

sintéticos– genes previamente

clonados– productos de una PCR

Técnica de Southern blot (hibridación ADN-ADN)Herramientas clave

Vectores de clonadoHerramientas clave

Plásmidos en los que se ha introducido el fragmento de interés


Fagos• Empleados frecuentemente para realizar

bibliotecas genómicas (genotecas) ya que pueden transportar grandes fragmentos (45 kb)

• El genoma del fago modificado puede empaquetarse en capsulas virales y utilizarse posteriormente para infectar células huésped

• También se puede infectar E. coli con el ADN (sin cápsula) pero es menos eficaz)

Cósmidos

• Son plásmidos que contienen sitios cos (extremos cohesivos del ADN del fago λ) y que pueden empaquetarse en cápsides de fago y emplearse para infectar E. coli

• Contienen varios sitios de restricción y resistencia a antibióticos

• Pueden existir en forma de plásmidos en el interior del huésped

• Empleado para clonar fragmento grandes de ADN (50 kpb)


Cromosomas artificiales de levadura, YAC (yeast artificial chromosome )

• Contienen todos los elementos para propagar su genoma en levaduras – Origen de replicación, centrómeros y telómeros– Sitios de clonado (entre el centrómero y un telómero)– Marcadores genéticos

Cromosomas artificiales de bacterias, BAC (bacterial artificial chromosome)• Basados en el plásmido de fertilidad de E. coli (el factor F)• Sufre de menor número de recombinaciones que el YAC y por eso es más apropiado

• Contienen todos los elementos para propagar su genoma– Origen de replicación– Sitios de clonado – Marcadores genéticos

Cromosomas artificiales

• Empleados para clonar fragmentos de 100kb a 2000kb• Muy populares en la secuenciación de genomas


• Los genes clonados en bacterias pueden ser después transferidos a otros organismos


Permiten la expresión de genes de origen externos en bacterias • Contienen las señales de transcripción y traducción del huésped

• Frecuentemente contienen fusiones polipeptídicas y un sitio de corte con alguna proteasa que facilitan la purificación de la proteína expresada

• Frecuentemente lacZ actúa como gen informador

Vectores de expresiónHerramientas clave

Aplicaciones de la ingeniería genética

Aplicaciones industriales• producción de proteínas empleando bacterias, hongos y células de mamíferos

como fábricas celulares

• mejora de cepas para bioprocesos ya existentes

• desarrollo de nuevas cepas para nuevos bioprocesos

• introducción de características deseables en plantas y animales de interés agrícola– e.g., producción de la hormona de crecimiento bovina– e.g., capacidad de fijar nitrógeno– e.g., creación de plantas resistentes a estrés ambiental– e.g., creación de plantas resistentes a enfermedades

Aplicaciones

Aplicaciones agrícolas

Aplicaciones

Aplicaciones médicas

Aplicaciones

Impacto social de la tecnología de ADN recombinante

• Presenta riesgos y beneficios

• Es necesario valorar los riesgos y beneficios para evitar problemas

Aplicaciones

Preocupaciones que suscita• Propagación de infecciones causadas por organismos modificados

genéticamente (OGMs)• Dispersión de genes de OGMs a otros microorganismos en el medio

ambiente• El empleo, manejo y diseminación de OGMs está regulado. Se aplican

medidas de contención

Aspectos éticos y morales• Manipulación genética de humanos

• Empleo no ético de la información genética obtenida de un individuo

• Creación de armas biológicas

Aspectos ambientales

• Alteración de los ecosistemas

• Dispersión de genes clonados en el medio ambiente generando organismos resistentes no deseados