unidad 6 aplicaciones científicas
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Unidad 6. Aplicaciones
Científicas de la
Tecnología del ADN
Siglo Biotecnológico
LAS NOTICIAS DE LA INVENCIÓN DE NUEVAS TÉCNICAS DE
INTERVENCIÓN SOBRE LA VIDA VEGETAL, ANIMAL Y HUMANA
INVADEN CASI A DIARIO LA OPINIÓN PÚBLICA, SUSCITANDO
REACCIONES A MENUDO APASIONADAS Y VALORACIONES
OPUESTAS.
Desarrollo de una Ciencia
La genética, ingeniería genética y los demás términos relacionados con la
herencia son referentes de los grandes avances que se esta produciendo
la ciencia y las grandes expectativas creadas han provocado una gran
conmoción pública.
Los impactos más significativos han sido en
la agricultura y ganadería. Al empezar a
actuar sobre el hombre, sus genes y su
descendencia es cuando empiezan a surgir
las dudas éticas sobre estas técnicas, sobre
si respetan o no la dignidad humana
Ingeniería Genética
Técnicas que modifican las características hereditarias de un organismo en
un sentido predeterminado mediante la alteración de su material genético
La formación de nuevas combinaciones de genes por el aislamiento de un fragmento
de DNA, la creación en él de determinados cambios y la reintroducción de este
fragmento en el mismo organismo o en otro. Cuando los genes nuevos son
introducidos en las plantas o animales, los organismos resultantes pasan a llamarse
transgénicos.
.
Marcadores
Ingeniería Genética
Tecnología
del ADN
Fármacos
Anti-cáncer
Diagnósticos Cultivo de
Células
Vegetales
Transferencia
de genes en
animales
Síntesis
de Sondas
de ADN
Localización
desórdenes
genéticos
Clonación
Solución de
crimenes
Producción de
Proteínas humanas
Terapia
Génica
Bancos de
ADN, ARN
Proteínas
Mapas de
Genomas
completos
Biología
Molecular
Síntesis de Nuevas
Proteínas
Nuevos
Antibióticos
Nuevas
Plantas y
Animales
Nuevos
Alimentos
Recursos humanos
químicos raros
BIOTECNOLOGÍA
genoma
Célula
cromosomas
genes
los genes
contienen
instrucciones
para hacer
proteínas ADN
proteínas
las proteínas actúan
solas o en complejos
para realizar las
funciones celulares
ADN ADN ARN PROTEÍNAS
BASES MOLECULARES
DE LA VIDA
Humanos 30,000 genes
GENOMAS
Chimpancé 30,000 genes
A. thaliana 25,000 genes
Ratón 30,000 genes
C. elegans 19,000 genes
D. melanogaster 13,000 genes
95% idéntico
70%
20%
60%
De 289 genes humanos implicados en enfermedades, hay 177 cercanamente similares a los genes de Drosophila.
Entre una persona y otra el ADN solo difiere en 0.2%
Todos los seres vivos tienen su información hereditaria codificada en la molécula de ADN. El juego completo de ADN de un ser vivo es el genoma. El genoma humano cuenta con 3 mil millones de pares de bases (pb) y unos 30,000 genes, que son un 3% del genoma. El tamaño del genoma es independiente de la complejidad del organismo. El Genoma de mayor tamaño es el del pez pulmonado africano Protopterus aethiopicus con 139 mil millones de pb; una planta con flores Fritillaria assyriaca tiene 124,900 millones de pb.
IDENTIDAD GENÉTICA
ESPECIES CROMOSOMAS GENES PARES DE BASES
(MILLONES)
HUMANO
(Homo sapiens) 46 (23 pares) 28-35,000 ~ 3,100*
RATÓN
(Mus musculus) 40 22.5-30,000 ~ 2,700
PEZ SOPLADOR
(Fugu rubripes) 44 ~ 31,000 ~ 365
MOSQUITO DE MALARIA
(Anopheles gambiae) 6 ~ 14,000 ~ 289
CHORRO DE MAR
(Ciona intestinalis) 28 ~ 16,000 ~ 160
MOSCA DE LA FRUTA
(Drosophila melanogaster) 8 ~ 14,000 ~ 137
LOMBRIZ INTESTINAL
(Caenorhabditis elegans) 12 19,000 ~ 97
BACTERIA
(Escherichia coli) 1 (cromonema) ~ 5,000 ~ 4.1
En humanos, aproximadamente el 3% son secuencias codificantes
COMPARACIÓN DE GENOMAS
ESTRUCTURA DE UN GEN
• Tradicionalmente, un gen se ha
definido como un segmento de
ADN que codifica para un
polipéptido o para una molécula
funcional de ARN.
• Recientemente, los nuevos descubrimientos han
alterado radicalmente esta visión, para adoptar una
definición más vaga. De acuerdo con ello, un gen es
una secuencia de ADN genómico o de ARN que es
esencial para especificar una determinada función.
Para llevar a cabo su función el gen no necesita ser
traducido a proteína, y a veces ni siquiera necesita
ser transcrito.
Molécula
de
ADN
ESTRUCTURA DE UN GEN
•Elementos típicos:
1) región reguladora
o promotor basal (caja TATA).
o sitios de unión de proteinas
reguladoras (upstream promoter).
o Realzadores (enhancers)
o Silenciadores
2) sitio de inicio de transcripción.
4) codón de inicio.
5) intrones y exones alternados, con
sitios de procesamiento aceptores y
donadores
6) Codón de paro.
8) señal de poli-adenilación.
Región cromosómica del gen ADAM33. (a) estructura genómica de genes a los lados de ADAM33 (barra
15 kb). (b) Estructura exon intron de ADAM33 (barra 1 kb). Polimorfismos de nucleótidos únicos SNPs se
indican abajo del gen. (c ) Organización del Dominio del gen ADAM33 y localización de SNPs 3’UTR
Codificantes. Tamaño de exones en pares de bases (pb) (Kreeger, Y. The Scientist apr. 2003).
ESTRUCTURA GENÓMICA DE GENES
INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS DEL ADN RECOMBINANTE (ADNr)
TÉCNICA
PROPÓSITO
Enzimas Restricción Cortan ADN en puntos específicos, hacen fragmentos de ADN
ADN Ligasa Une fragmentos de ADN
Vectores Virus o fagos: llevan ADN a las células y aseguran replicación
Plasmidos Clase común de vector
Marcadores Genéticos Identifican a las células que han sido transformadas
PCR Amplifica la cantidad de ADN de muestras pequeñas
ADNc Copia de ADN a partir de ARN mensajero
Sondas de ADN Para identificar y marcar una pieza de ADN conteniendo cierta
secuencia
Síntesis Génica Para hacer un gen de una base de datos
Gel Electroforésis Para separar fragmentos de ADN
Secuenciación ADN Para leer la secuencia de bases de un segmento de ADN
• Enzimas de restricción • ADN polimerasas • ARN polimerasas • Nucleasa • ADN ligasa • Kinasa • Fosfatasa • Transcriptasa reversa
TÉCNICAS DEL ADN: ENZIMAS PARA LA MANIPULACIÓN DEL ADN
1. Agrobacterium. Uso de la bacteria Como "Ingeniero Genético". La bacteria conteniendo el inserto, infecta las células de la planta produciendo la recombinación genética. 2. Acelerador de Partículas (Gene Gun). Un cañón artificial bombardea micropartículas con el inserto, sobre la célula. 3. Electroporación. Uso de carga eléctrica para que el ADN atraviese la membrana nuclear. 4. Silicon Wiskers. Inyección con fibras microscópi-cas, que atraviesan las membranas con los insertos.
Técnicas del ADN: SISTEMAS DE TRANSFERENCIA GENÉTICA
5. Microinyección. Una célula es adherida a una pipeta bajo un microscopio y el ADN foráneo es inyectado directamente en el núcleo usando una micropipeta muy fina. Se usa cuando hay pocas células disponibles, tales como células fertilizadas de huevo animal.
6. Liposomas. Los vectores pueden ser encapsulados en pequeñas vesículas de membrana para introducir el ADN in vivo en la célula.
Técnicas del ADNr: SISTEMAS DE TRANSFERENCIA GENÉTICA
Aplicaciones de la Ingeniería Genética
Cartografía. Es el Proyecto Genoma Humano: describir todos los genes del
organismo humano, localizarlos y secuenciarlos.
Diagnóstico. identificar los defectos genéticos y diagnosticar o pronosticar las
enfermedades que aparecen o pudieran aparecer.
Identificación (forense/paternidad). identificar personas o determinar la
paternidad.
Terapéutica. corregir defectos genéticos causantes de las enfermedades
genéticas. Los "tratamientos genéticos" consisten en la reparación o
sustitución de genes defectuosos o delecionados.
Biotecnología. alterar los genomas de los seres vivos para dotarles de
alguna cualidad que no tenían (plantas resistentes a heladas, frutas que
maduran antes, cultivos que crecen más,...).
27.8 millones
de ha 1998
$ 2.1-$ 2.3 miles de millones 1999
En el año 2000 se cultivaron en el mundo 44,2 millones de ha de PRIMERA GENERACION de cultivos transgénicos.
Tolerancia
herbicidas
Resistencia
insectos
Ambos
NATURALEZA DE LA MODIFICACIÓN GENÉTICA
(Counseil de la science et de la technologie, 2002).
16 99,7 44,2 TOTAL
7 6 2,8 Colza
11 12 5,3 Algodón
16 23,3 10,3 Maiz
36 58,4 25,8 Soya
Produ total
plantas
cultivos
transgén.
Sup. cult.
millones ha.
Plantas
transgénic
as
74%
19%
7%
PAÍS
1999
2000
% de
Cambio
Estados Unidos 28,7 30,3 +5,6
Argentina 6,7 10,0 +49,3
Canada 4,0 3,0 -25,0
China 0,3 0,5 +66,7
Africa del Sur 0,1 0,2 +100
Australia 0,1 0,2 +100
Otros <0,1 <0,1 -
TOTAL 39,9 44,2 +10,8
INDICADORES: CULTIVOS TRANSGÉNICOS POR
PAÍS EN MILLONES DE HECTAREAS, 1996 A 2000
El AlgodónBt creciendo en China ha reducido el uso de pesticidas, incrementado la
eficiencia de la producción y ha mejorado la salud del
agricultor (Science,295, 674 (2002).
CHINA ENCABEZA LA REVOLUCIÓN DE OMGs
La investigación en cultivos de plantas genéticamente modificadas para alimentación, está detenida en muchas partes del mundo.
En China las políticas están promoviendo el aumento de capacidad de la Biotecnología Vegetal. Los investigadores trabajan con más de 50 especies de plantas, que incluyen (arroz, trigo, papas y mani) y con más de 150 genes funcionales.
ANIMALES ACUÁTICOS TRANSGÉNICOS
Especies Transgenes Países
Ctenopharingodon idella carpa triploide de grama
Cyprinus carpio carpa común
Carassius auratus pez dorado, goldfish
Pez de Wuchang / Charr del artico / Mummychog / Walleye
Pangio kuhli locha gigante / Esox lucio lucio del norte
Oncorhynchus mykis trucha arcoiris, O. kisuth salmón
Salmo salar salmón del Atlántico
Oreochromis spp tilapia
Artemia spp pulga de agua
Macrobrachium rosenbergii camarón de agua dulce
Penneus indicus camarón blanco
Haliotis kamtschatkana abalón japones
Haliothis rufescens abalón rojo
Mytilus edulis almeja azul
Crassostrea virginica ostra oriental
Crassostrea gigas ostra del Pacífico
• Genes marcadores
• Hormona de
crecimiento
• Polipeptido
anticongelamiento
• Cecropina
• Interferon
• Fitasa
• Factor VII de
coagulación humana
• Genes reporteros
para contaminantes
• GnRH antisentido
(liberación Hormona
Gonadotropina)
USA
Canadá
Cuba
Reino Unido
Francia
Noruega
China
Japón
Corea
India
Israel
Hallmark, E. 2003, ISB News Report, april
ARROZ DORADO con beta caroteno de
genes de narciso y de Erwinia uredovora,
pigmentos que se transforman en pro-
vitamina A al ser ingeridos.
ARROZ fortificado con un gen de la ferritina.
ARROZ con aa esenciales
Ingeniería Genética: NUEVOS ALIMENTOS
(ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).
(Pearson, H. Nature, 26 april 2002).
ARROZ con enzima lactoferrina de leche
humana, que puede ser utilizada para mejorar
las fórmulas de leche infantil. Los niños la
necesitan para usar eficientemente el hierro y
pelear contra las infecciones
ARROZ con altos niveles de tolerancia a
diferentes condiciones ambientales de estrés. Se insertaron dos genes fusionados de trehalosa de E. Coli y un promotor tejido específico
dependiente del estrés. Los genes de trehalosa
permiten la producción de arroz aún si está estresado por frio, sequía o altos niveles de salinidad e incrementa la producción en 20%. El azúcar trehalosa ayuda a estabilizar moléculas biológicas: lípidos, enzimas y otras proteínas, en organismos en condiciones de estrés. La composición química de los granos no
cambia (PNAS Online, 27 nov. 2002).
Ingeniería Genética NUEVAS PLANTAS
Salmón transgénico por
hormona de crecimiento.
Producido por AF Protein Inc. Cuenta con el promotor de la
proteína de anticongelamiento de otra especie de pez. Crece de
4 a 6 veces más rápido que un salmón no transgénico. Tiene un
20% en mejoramiento de la eficiencia de conversión del
alimento.
Ingeniería Genética: NUEVOS ALIMENTOS
(ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).
(Hoag, H. Nature, 27 enero 2003).
VACAS LECHERAS con incremento de
proteínas. En Nueva Zelanda se clonaron
vacas con óvulos mejorados genéticamente,
para mejorar la producción del queso y crema,
aumentando dos veces la kappa caseína,
crucial para hacer la cuajada y de 20% más de
beta caseina, que mejora la acción del cuajo
Implicaciones Éticas de
la Manipulación Genética en Plantas
Se refieren al hecho de informar o no al consumidor de que se trata de
productos manipulados genéticamente. Son desconocidos los efectos que
tendrán estos alimentos en el ser humano ya que se trata de especies
nuevas, no surgidas naturalmente.
Implicaciones Éticas de
la Manipulación Genética en Animales
Las mayores críticas se han dirigido contra la disminución de la
biodiversidad de las especies clonadas.
Población muy homogénea, que podría sucumbir completamente ante
una epidemia, pues ésta afectaría por igual a todos los ejemplares.
Todos los trabajos deben ser sometidos a un análisis en el que se
comparen los beneficios con el sufrimiento del animal.
Clonación Animal
Transgénesis.
• Variante de la recombinación genética, se interviene en el patrimonio genético de un ser con adición de nuevos genes y alteración por tanto, de sus características.
• Se rompe totalmente la barrera natural entre las especies, y es teóricamente factible insertar genes en casos que es imposible que se den en la naturaleza.
• La transgénesis debería considerarse éticamente ilícita debido a que supone una grave transgresión contra la naturaleza. Además no se postulan grandes beneficios ni a corto ni a largo plazo, salvo la mera curiosidad de ver como se comporta la naturaleza en estos casos
Implicaciones Éticas de
la Manipulación Genética en
Microorganismos Manipulación Genética de seres vivos se crean nuevas especies. En el
caso de los microorganismos se podrían estar construyendo nuevos
patógenos y con ello nuevas enfermedades.
Proliferación de nuevos microorganismos con características peculiares
y los consecuentes peligros para la especie humana. Entre ellos figuran la
introducción de genes productores de neoplasias malignas.
Es previsible la formación de microorganismos de una virulencia
extraordinaria y resistentes a la terapéutica usual conocida.
Implicaciones Éticas de
la Manipulación Genética en Humanos
Mientras que los beneficios potenciales de la ingeniería genética son
considerables también lo son sus riesgos
La ingeniería genética ofrece a este nivel, esperanzas fundadas de que en
un futuro próximo se puedan tratar con éxito algunas enfermedades
específicas.
Dado que todas las actuaciones de la terapia génica tienen un claro fin
terapéutico, a priori son moralmente lícitas. Esta licitud desaparece cuando
se usan los hombres a modo de "conejillos de indias", desapareciendo el fin
terapéutico.
Actuaciones sobre el Genoma Humano
Se llama genoma a la totalidad del material genético de un
organismo. El genoma humano posee entre 50 000 y 100 000 genes
distribuidos entre los 23 pares de cromosomas de la célula somática
humana.
Cada cromosoma puede contener más de 250 millones de pares de
bases de DNA, y se estima que la totalidad de genoma humano
tiene 3000 millones de pares de bases.
La investigación del genoma, representa un hecho claramente
positivo. Los análisis prenatales sirven para determinar si un
embrión lleva o no una tara genética. El estudio puede prevenir
futuras actuaciones terapéuticas, en este caso es éticamente lícito,
porque se busca un fin terapéutico en el análisis.
En algunos casos, un análisis genético puede tener como objetivo
un tratamiento que como consecuencia del diagnóstico obtenido
puede conducir al aborto. Por esto para determinar la licitud de estas
actuaciones hay que preguntarse cuál es el fin de las mismas.
Existen diferentes argumentos que tratan de justificar la interrupción del
embarazo por motivos eugenésicos:
• El caso de la tesis que sostiene que el nacimiento de niños minusválidos
sería irresponsable.
• Los niños con taras no se incluyen dentro de los niños deseados.
• Todas estas justificaciones y otras similares son inaceptables ya que
ignoran totalmente el respeto a la dignidad de cada ser humano.
La Declaración Universal sobre el Genoma y Derechos Humanos, en el
artículo 10 dice que: "Ninguna investigación relativa al genoma humano ni
sus aplicaciones, en particular en las esferas de la biología, la genética y la
medicina, podrán prevalecer sobre el respeto de los derechos humanos, de
las libertades fundamentales y de la dignidad humana de los individuos o, si
procede, de los grupos humanos". Con esto se ratifica la ilicitud de las
actuaciones eugenésicas
Discriminación Genética
• Se están usando como método de discriminación, hecho que aparte de ilegal, moralmente es inaceptable.
• Muchas compañías de seguros están haciendo análisis genómicos de los peticionarios de seguros de vida. Con este fin buscan el mayor beneficio al discriminar (excluyéndolos o con tasas abusivas), a los que parece que tienen alguna mayor predisposición a enfermedades graves o a muertes prematuras.
• Las empresas: no contratarían a un obrero cuyos genes revelaran que concluiría pronto su vida útil.
• Las personas: podrían guiarse por la genética a la hora de escoger una pareja que encajara con ellos.
Clonación Humana
La generación de una entidad biológica idéntica a otra
entidad: es decir, a la obtención de seres humanos
genéticamente idénticos a un ser humano ya existente.
Mientras la clonación reproductiva dejaría nacer al
individuo clonado, la así llamada “clonación
terapéutica” lo habría fabricado para experimentar
con él y luego destruirlo, lo cual es un acto que
atenta gravemente contra el respeto debido a todo
individuo humano, incluso al que es “producido”
por clonación
Fabricándonos
Casi sin que nos demos cuenta, los científicos han llegado a un punto en
el que no sólo serían capaces de clonar seres humanos, sino que podrían
modificar genes en embriones para producir seres superiores.
Los problemas éticos que plantean estas técnicas afectan
fundamentalmente a la dignidad humana. Estas técnicas plantean una
serie de preguntas sobre qué significa "ser humano", sobre las relaciones
familiares y entre generaciones, el concepto de individualidad y el
tratamiento de los niños como objetos.
Científicos de la Universidad de
California han conseguido multiplicar
por seis la expectativa de vida de un
gusano, gracias a una terapia genética.
El nematodo del experimento comparte
muchas características genéticas con
nuestra especie, por lo que la proeza
puede en principio escalarse a nivel
humano y aumentar nuestra
expectativa de vida hasta 500 años sin
perder la juventud.
En busca de la Inmortalidad
Eugenesia
Mejoramiento del Patrimonio Hereditario
Tecnología Segura ?
Para crear una alteración genética a través de empalmes de genes es necesario
romper y reconstruir directamente el código genético por procedimientos que
nunca podrían ocurrir en la naturaleza. Lejos de ser precisas, estas alteraciones son
realmente azarosas. En la mayoría de los casos, la función del gen que se altera no se
conoce completamente, sus interacciones con otros procesos bioquímicos en el
organismo son oscuras, y no se pueden predecir los efectos a largo plazo
¿No hemos sido suficientemente advertidos por el DDT, la talidomida, dioxinas,
plutonio, Chernobyl, la enfermedad de las vacas locas, las abejas asesinas, los
clorofluorocarbonados, el asbesto...?
La ausencia de conocimiento de peligro no debe
confundirse con la ausencia de peligro.
Los gobiernos tienen que comprender que
están legislando para los hijos de otras
personas, no sólo los propios.
La responsabilidad de los científicos
En el pasado, los científicos fueron motivados
por la inspiración del descubrimiento
científico..
Ahora, sin embargo, la presión sobre los
científicos es económica y es de tal magnitud
que los genetistas han abandonado su
preocupación principal por la vida humana.
Bioindustria