TEMA-4 LA REVOLUCIÓN GENÉTICA

1. HISTORIA DE LA GENÉTICA

Ya desde la prehistoria la herencia ha estado presente en la vida humana. Muy pronto se supo que algunos caracteres pasaban de una generación a otra…..Mendel…

- Postulados premendelianos.

s.XVIII Se observaron en el microscopio los espermatozoides, hombres minúsculos (homúnculos) que tras la fecundación y sólo por crecimiento darían lugar a los individuos. Preformismo.

Al mejorar los microscopios. Tras la fecundación no sólo hay crecimiento sino una serie de transformaciones estructurales. Epigénesis.

Pangénesis. Cada órgano del cuerpo de ambos progenitores producira unos pequeños rudimentos (gémulas) que viajarán por la sangre hasta los genitales y de ahí pasarán a los hijos. Si hay cambio en los órganos cambiarán también las células.

Caracteres adquiridos. Lamarck. Todas las variaciones eran adquiridas y hereditarias. Los individuos cambian al adaptarse al medio y estos caracteres adquiridos se transmiten a los descendentes.

Plasma germinal. El plasma (compuesto por tejidos reproductores) se perpetua así mismo e incidentalmente determina la formación de todo el cuerpo. Una modificación en el plasma germinal daría lugar a modificaciones en el cuerpo. (Teoría opuesta a la pangénesis)

- Herencia Mendeliana

Gregor Mendel realizó experimentos sobre híbridos de plantas. A partir de los datos obtenidos, elaboró unas reglas que permitieron predecir comportamientos posteriores.

Experimentó con la planta del guisante ya que el tiempo de generación es corto y es fácil el control de los cruzamientos.

Seleccionó 2 caracteres diferentes, el color de la semilla (amarillo A, y verde a) y la forma de la semilla (Lisa L, rugosa l).

1ª LEY. LEY DE LA UNIFORMIDAD. Partiendo de razas puras de color (amarillas y verdes) todos los individuos de la primera generación son iguales para el carácter en estudio. En los híbridos Aa están los dos factores hereditarios aunque no se manifiesten. Son amarillos (A=dominante; a=recesivo).

2ª LEY. LEY DE SEGREGACIÓN. Mezcla 2 individuos obtenidos en la 1ª Generación y observa los resultados tras varios experimentos.

Los factores hereditarios unidos en el híbrido se separan a la hora de formar gametos, dando nuevas generaciones.

3ª LEY. TRANSMISIÓN INDEPENDIENTE DE CARACTERES.

Se fijo en 2 caracteres a la vez (color y rugosidad) Tras observar los resultados concluyó que los caracteres se transmiten de forma independiente.

Conclusión: La herencia se transmite por unos factores hereditarios almacenados en los gametos. Son de doble procedencia (materna y paterna). Se unen en el nuevo individuo sin mezclarse y se vuelven a separar para formar las células reproductoras.

- Herencia postmendeliana (se producen oleadas de descubrimientos)

- 1900. Se ampliaron las leyes de mendel a animales. Los factores hereditarios estaban en estructuras en número par en todas las células.

- Algunos genes están asociados a los cromosomas que determinan el sexo.

- Los genes están en los cromosomas. Los que se transmiten de forma independiente están en distintos cromosomas.

- Hoy en día: Todas las instrucciones para fabricar un ser vivo están en el NÚCLEO CELULAR (enciclopedia)

Los facículos serían los CROMOSOMAS hay dos versiones para una misma misión.

Los párrafos serían los GENES que determinan cada carácter de los organismos. Estos genes incluidos en los cromosomas se heredan de padres a hijos.

Los cromosomas están formados por proteínas y ADN y la molécula responsable de la herencia es el ADN y no las proteínas, de ahí la importancia de conocer la estructura, funcionamiento y su manipulación.

2. BIOLOGÍA MOLECULAR

Estudia la vida a nivel molecular. Establece la estructura molecular del ADN y los procesos para ejecutar las órdenes en la construcción de cada ser vivo: Replicación del ADN, ARN mensajero, síntesis de proteínas, regulación de la expresión genética.

- modelo molecular de ADN.

La estructura del ADN es de doble doble hélice formada por dos filamentos antiparalelos de nucleótidos (A, T, G, C) que se complementan entre ellos.

Adenina-Timina

Citosina-Guanina

- relación genes proteínas.

Las enzimas, de naturaleza proteica, son las responsables de todas las reacciones celulares, de forma que las proteínas que fabrica un organismo tiene mucho que ver con las características del mismo.

Un gen se definió c_omo un segmento de ADN que codifica para una proteína

ADN…………. ……………ARNm……………………..PROTEÍNA

Replicación - transcripción traducción y

- Replicación: Proceso por el cual se sintetizan dos copias idénticas de ADN tomando como molde otra cadena de ADN a. y

Todas las células al dividirse duplican el ADN para que las nuevas células lleven la misma información genética. Actúa una enzima_, la ADN polimerasa que se encarga de la unión Y la reparación de las secuencias de ADN dañadas.

- _Transcripción: Síntesis de ARNm tomando como molde de ADN. El ARN no lleva Timina, ésta se sustituye por Uracilo. El ARN transcrito sufre un proceso de maduración eliminándose las secuencias no codificantes.

- Traducción y código genético. El ARNm llega a los ribosomas, éstos deberán colocar los aminoácidos en el lugar que corresponfa en la proteína que están sintetizando. 3 nucleótidos de ARNm (codón) determinan el aminoácido oportuno. Hay 20aa diferentes que forman parte de las proteínas y 64 combinaciones posibles de codones diferentes.

- Severo Ochoa. Intervino en el desciframiento del código genético. Es universal, compartido por todos los ssvv, es decir siempre que aparezca un determinado codón se colocará siempre el mismo aminoácido. Cada individuo tiene su ADN por tanto tienen su propias proteínas, aunque partes de ese ADN es común para distintos individuos incluso de diferentes especies.

- Genoma es el conjunto de material genético de un organismo.

3. INGENIERÍA GENÉTICA

Consiste en hacer ingeniería con el genoma. Hay técnicas que permiten manipular el ADN modificando el genoma de los ssvv. Tiene numerosas aplicaciones, averiguar el funcionamiento de los genes, diagnóstico de enfermedades, síntesis de sustancias de interés, obtención de animales transgénicos, etc.

- ADN recombinante: Es aquel que tiene fragmentos de distinta procedencia. De forma natural en los ssvv un virus inserta su ADN en una célula o un gen pasa de un cromosoma otro, y es por esto que se pensó que podría hacerse en el laboratorio._

El ADN puede cortarse en fragmentos mediante enzimas, endonucleasas de restricción, éstas reconocen secuencias específicas de ADN y las cortan por lugares concretos. Los fragmentos resultantes tienen bordes cohesivos, complementarios a otros extremos de ADN cortados con la misma enzima, así se pueden unir fragmentos de distinto origen (ADN recombinante).

Para transportar el ADN recombiante se utilizan vectores génicos (plásmidos, bacteriófagos..) en los que se inserta el gen que se quiere transferir. Los vectores génicos llevan además otros genes llamados marcadores, que pueden identificar a las células transgénicas.

- Amplificación del ADN. Para manipular el ADN son necesarias muchas copias del fragmento implicado. Se consiguen por clonación utilizando bacterias a las que se introduce el ADN en estudio. Otro procedimiento es el PCR (reacción en cadena de la polimerasa). Actúa como una fotocopiadora. (esquema)

Este procedimiento tiene muchas aplicaciones: diagnóstico de enfermedades hereditarias, pruebas de paternidad, reconocimiento de cadáveres.

- Mutaciones dirigidas. Las mutaciones son cambios en el ADN. Se clasifican en génicas, cromosómicas y numéricas. Génicas: Afectan a un gen, por cambio de uno o más nucleótidos. o por pérdida o ganancia de los mismos. Cromosómicas: Afectan a la estructura de los cromosomas, por duplicación. pérdida o traslación de fragmentos.

Numéricas. Afectan al número de cromosomas.

SI las mutaciones afectan a las células somáticas (cél. No reproductoras) pueden aparecer tumores sin incidencia sobre la descendencia. SI son en en células reproductoras el cambio se transmite a la descendencia.

Las propiedades adquiridas por mutación son normalmente negativas, no obstante a veces son neutras y en algunos casos, en determinados ambientes beneficiosas.

La mutación y la selección son los motores de la evolución y se producen de forma azarosa, sólo se podrían dirigir a través de ingeniería genética.

4. GENOMA HUMANO

El 26-Junio-200. El genoma humano se secuenció perfectamente. El PGH (proyecto de Genoma humano) fue un trabajo que duró aproximadamente 15 años. Aunque se conoce queda mucho por saber como funciona realmente.

Entre los genes y las enfermedades hay una relación directa, pero debemos tener en cuenta la influencia del medio ambiente en los problemas de salud. En un futuro se podrá saber si alguien tiene problemas con alguna sustancia concreta, el tiempo de metabolización de fármacos, sin embargo el fármaco personalizado es una utopía por ahora.

Datos obtenidos del PGH:

- Las células humanas hay 46 cromosomas, distribuidos en 2 series de 23 cromosomas.

- 44 son autosomas.

- 2 cromosomas sexuales

- Cada serie tiene 3200 millones de bases y menos de 25000 genes.

- Un 95% del genoma es ADN basura, es una ADN que no tiene actividad biológica, antes no se le daba ninguna importancia, pero hoy en día se da un papel regulador importante, además éste se ha ido acumulando en el genoma a lo lago de la evolución.

- Conocido el mapa genético y la secuencia de nucleótidos, el siguiente paso será determinar los límites de los genes y las funciones de los mismos (trabajo complejo y multidisciplinar).

4. BIOTECNOLOGÍA

Ciencia basada en la utilización de ssvv o sus componentes para obtener o modificar productos, mejorar plantas y animales o desarrollar microorganismos con fines específicos. Junto a todos los beneficios hay una serie de inconvenientes. —Falta de control sobre microorganismos manipulados genéticamente; - producción y almacenamiento de armas biológicas; - aparición de especies nuevas cuya función sobre el ecosistema se desconoce.

- B. MÉDICA.

- Tratamiento de enfermedades que antes no había.

- Abaratamiento de tratamientos costosos.

- Vacunas eliminando el riesgo.

- Diagnóstico precoz de enfermedades de origen genético.

- Trasplante de órganos a partir de animales modificados genéticamente.

- Obtención de proteínas utilizadas como fármacos: Determinadas proteínas, (insulina, hormona de crecimiento, factores de coagulación) se pueden extraer de tejidos normales pero su purificación es muy costosa. Hoy en día se inserta en un microorganismo el gen que codifica una proteína, éste a la vez que expresa su genoma, expresaría también el gen introducido. La ventaja es el control completo y continuo de la hormona y su fabricación sería ilimitada.

- Diagnóstico y tratamiento de enfermedades de origen genético: hibridación y terapia génica.

Conociendo la secuencia de nucleótidos del gen responsable de una enfermedad.

(ejemplo)

La terapia génica consiste en modificar los genes anómalos para impedir que se manifieste una enfermedad. En las células afectadas se inserta una copia correcta del gen defectuoso a través de una infección vírica (vector) de este modo el ADN se corrige dando lugar a las células sanas.

-B. AGRÍCOLA.

Las plantas de cultivo se modifican genéticamente insertándoles genes que codifican proteínas de interés.

Los objetivos serían: - lograr plantas resistentes a herbicidas, insectos, bacterias y virus; - aumentar el rendimiento fotosintético y por tanto la producción; - disminuir las necesidades de nutrición de las plantas; - mejorar la calidad del producto; - fabricar productos y fármacos de interés.

-B. GANADERA.

Mediante alteración genética se puede mejorar la producción (más leche, más huevos…) aumentar el peso, hacerlos resistentes a determinadas infecciones. Los animales transgénicos más interesantes son los farmacológicos que producen proteínas y compuestos de interés (hay mamíferos que a través de la leche liberan proteínas humanas, y en un futuro los trasplantes de órganos).

-BIORREMEDIACIÓN.

Algunos microorganismos y plantas son utilizados para eliminar contaminantes en suelos y aguas. Ej. Hay especies que degradan el petróleo, pesticidas y algunos metales pesados.

5. REPRODUCCIÓN ASISTIDA

Actualmente estas técnicas se han ampliado utilizándose para el diagnóstico genético preimplantacional (estudio del preembrión antes de ser transferido al útero) y así evitar enfermedades genéticas, gestación de bebes sanos cuyas células del cordón umbilical sirvan para salvar la vida de un familiar enfermo.

Una pareja empieza a considerarse estéril cuando tras 12 meses sin utilizar anticonceptivos no queda embarazada. Hoy en día han aumentado estos problemas debido a la edad de maternidad y la disminución en la calidad del semen (estilos de vida y contaminación).

-Inseminación artificial: Introducción médica del semen en el útero. Se da cuando siendo el semen válido, hay problemas como la impotencia, vaginismo, anomalías del pene, anomalías del cuello del útero.

-Fecundación IN VITRO: Unión del óvulo y espermatozoide en el laboratorio. El óvulo se extrae por punción ovárica previa estimulación de 12-14 días. La unión en laboratorio se hace optimizando las condiciones de fecundación. Inconvenientes: embarazo ectópico (fuera del útero) y embarazos múltiples.

-Inyección intracitoplasmática. Es una fecundación in Vitro especial, espermatozoide es inyectado en el citoplasma del óvulo con una microaguja.

-Transferencia de embriones donados. Ambos progenitores son estériles. Se introducen embriones con carga genética diferente a la de los padres.

Todas estas técnicas están reguladas. En España se legisló por primera vez en 1988 y se modificó en 2006 debido a las exigencias de la comisión humana de reproducción asistida.

6. CLONACIÓN

Clonar consiste en obtener copias genéticamente iguales.

Se puede clonar moléculas de ADN, células y organismos.

Clonación natural

ADN……………..proceso de replicación

CÉLULAS……….mitosis

ORGANISMOS….reproducción asexual, bacterias, hongos, vegetales… o por formación de dos embriones por escisión de un preexistente.

Clonación en el laboratorio

ADN…………PCR (reacción en cadena de polimerarsa)

CÉLULAS…………Cultivo

ORGANISMOS……Transferencia nuclear

Las primeras clonaciones de organismos fueron por fisión de embriones tempranos (parecido a la gemelación) los nuevos individuos eran iguales pero diferentes a sus progenitores.

La verdadera clonación fue por trasferencia de núcleos de células de individuos ya nacidos a óvulos o cigotos enucleados, así se obtienen individuos iguales al que donó el núcleo.

1ª CLONACIÓN Ian Wilmut. Oveja Dolly (1996)

Se utilizaron 3 ovejas: donadora del óvulo, la donadora de la célula somática (glándula mamaria portadora de toda la información genética nuclear) la oveja nodriza (donde se implanta el embrión y se produce su desarrollo y parto)

(Esquema pizarra)

El gran salto de la ciencia está en crear individuos sexuales obviando el proceso de fecundación, lo más importante es conseguir la reprogramación del material nuclear de una célula ya diferenciada.

Las células embrionarias a medida que pasa el tiempo se van especializando dando lugar a diferentes tejidos aunque todas tienen la misma información genética, los genes que expresan son diferentes según el tejido que vayan a formar, lo difícil está en conseguir que un núcleo que ya está programado para leer unas instrucciones se desprograme y vuelva a ser totipotente (es decir que tenga capacidad para convertirse en cualquier tipo de célula)

CÉLULAS MADRE La clonación terapéutica es legal en ciertos países y aceptada por muchos científicos, consiste en implantar en un óvulo el material genético de un individuo para la obtención de células madres (estas células mediante cultivo y diferenciación celular darán lugar a los distintos tejidos y órganos).

· Tipos de células madres:

- Embrionarias o troncales: forman parte de un embrión (menos de 14 días) son capaces de generar un organismo completo.

- Adultas o somáticas: Células presentes en el adulto, son capaces de generar células especializadas de diferentes tejidos.

Existen bancos de células madres (cordón umbilical) células que pueden diferenciarse y ser utilizadas para el tratamiento de determinadas enfermedades como leucemia y linfomas.