Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente 2º Bachillerato - Salesianos Atocha 2015-2016 Luis Heras.

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1 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente 2º Bachillerato - Salesianos Atocha 2015-2016 Luis Heras

2 1. Definición La biotecnología es el conjunto de técnicas que utilizan las capacidades de los seres vivos o de compuestos procedentes de ellos (enzimas) para obtener productos, bienes y servicios. Comprende todas las técnicas que veremos en este tema. "Ninguna ciencia, en cuanto a ciencia, engaña; el engaño está en quien no la sabe"

3 2. Ingeniería genética Técnicas relacionadas con la manipulación y transferencia de genes de un organismo a otro, para obtener organismos modificados genéticamente (OMG). 2.1 Endonucleasas de restricción Generadas por bacterias. Son enzimas que actúan a nivel de nucleótidos, cortando fragmentos específicos de secuencias de ADN. Ese fragmento recortado ahora presenta unos extremos libres (extremos cohesivos), por lo que se puede asociar a otro ADN. La nueva unión se sella con ADN ligasas.

4 2.2 Vectores de clonación ADN que actúa como medio de transporte del gen que se desea transferir y contribuye a su replicación. Una vez unido el gen al vector se llama al conjunto ADN recombinante. Son ejemplos de vectores los plásmidos y algunos virus. Tanto el plásmido como el gen se cortan con enzimas de restricción, de forma que obtengamos extremos cohesivos que encajen entre ellos. La unión se fija con la ADN ligasa. En cuanto al virus, podemos manipular su genoma para eliminar las partes virulentas e introducir el gen de forma similar http://medmol.es/tecnicas/32/ http://medmol.es/tecnicas/32/

5 2.3 Clonación del DNA Introducir un gen dentro de un vector de clonación, de forma que pueda incorporarse dentro de una célula, y así producirá muchas copias de ese gen. 1. El gen cortado se incorpora a un plásmido 2. El plásmido recombinante es adquirido por una bacteria, que se multiplicará, y cada bacteria tendrá su propio plásmido. 3. Ese plásmido suele llevar un gen de resistencia a antibióticos, con lo podemos seleccionar a las bacterias recombinantes frente a las que no lo incorporaron. 4. Crecimiento de las bacterias en un cultivo y aislamiento de grandes cantidades del plásmido recombinante (por tanto, del gen) “Me moriré de viejo y no acabaré de comprender al animal bípedo que llaman hombre, cada individuo es una variedad de su especie"

6 Esta técnica conlleva no sólo que podamos obtener grandes cantidades del gen, sino también de la proteína que codifica para ese gen. Introducimos el gen cerca de una secuencia promotora, así nos aseguramos de que la célula vaya a transcribir y traducir muchas veces ese gen. Si la proteína a generar es eucariota, solemos partir del ARNm maduro (sin intrones, ya que un procariota no los puede retirar), que podemos pasar a ADN con la transcriptasa inversa. Un microorganismo muy empleado es Escherichia coli

7 2.4 PCR La Reacción en Cadena de la Polimerasa es un método para obtener muchas copias de un gen. Se necesita: el gen a amplificar, cebadores, los 4 nucleótidos trifosfato y una TAC polimerasa (polimerasa resistente al calor de Thermus aquaticus). Ciclo de replicación (se repetirá tantas veces como se desee) 1. Desnaturalización: alta T para separar las dos hebras de ADN 2. Hibridación: unión de los cebadores a las hebras. T menor. 3 Síntesis de ADN por la TAC polimerasa Aplicaciones: detección de infecciones, ciencias forenses, evolución…

8 3. Organismos modificados genéticamente (OMG u OGM) o transgénicos Organismos a los cuales se les ha insertado uno o varios genes procedentes de otro organismo mediante técnicas de ingeniería genética. El organismo portará el gen en todas sus células, por lo que será un productor de la proteína codificada por el gen. Se pueden generar bacterias, levaduras, plantas y animales transgénicos. Se consigue mediante técnicas similares a la clonación de ADN en los 3 primeros casos, mientras que para animales hay que introducir el gen mediante microinyección en el cigoto de la especie que será la transgénica.

9 Aplicaciones de los organismos transgénicos: Obtención de productos farmacéuticos: vacunas, hormonas como la insulina… Mejora de alimentos: producir plantas resistentes a plagas, o que ofrezcan cualidades novedosas en cuanto a su sabor, su tamaño, a la aportación de algún nutriente… Biorremediación: producir organismos que limpien el medio ambiente de tóxicos Terapia génica, trasplantes… “No ames lo que eres, sino lo que puedes llegar a ser "

10 4 Microbiología industrial y biotecnología Cultivo de microorganismos a gran escala para obtener productos de gran valor. Se llevan a cabo dentro de un fermentador o biorreactor. Controlando los requerimientos nutricionales y de crecimiento de los microorganismos cultivados, les orientamos a la producción de sustancias de nuestro interés. El producto de su metabolismo se recoge por una salida del fermentador y se purifica. Aplicaciones: depuración de aguas residuales, síntesis de biocombustibles, vitaminas, insecticidas, piensos, aditivos alimentarios, compuestos farmacéuticos…

11 Industria farmacéutica Antibióticos: Se usan para inhibir reacciones específicas de las bacterias y así eliminarlas sin afectar al ser humano. Alexander Fleming descubrió la penicilina que genera el hongo Penicillum.Bacterias como Streptomyces también generan la tetraciclina, otro antibiótico. Vacunas: se producen microorganismos que luego serán muertos o atenuados para ser inyectados. Otros: hormonas, enzimas… Para producir grandes cantidades de estas sustancias, se cultivan extensos cultivos de microorganismos en fermentadores, y se purifica el producto de su metabolismo. “Vendrá el tiempo en el que seamos, si todavía no somos "

12 Industria alimentaria Fermentación del vino y de la cerveza: fermentación alcohólica de Saccharomyces cerevisiae, degradando los azúcares de la uva para producir etanol. Elaboración del pan: fermentación alcohólica de Saccharomyces cerevisiae, degradando los glúcidos del pan para producir CO2 que hincha la masa. Fabricación del queso: microorganismos que usan la fermentación láctica, como Lactobacillus y por tanto coagulan el queso. Adicionalmente, la maduración de algunos tipos de quesos concretos se puede dar por Penicillum y mohos. Pasteurización y UHT: se aplican a la leche para librarla de microorganismos patógenos sin afectar a las propiedades de la leche.

13 Biorremediación Empleo de organismos para eliminar contaminantes en el suelo o el agua. Estos organismos degradan los contaminantes como parte de su metabolismo (biodegradación). Por ej, cuando las plantas lo hacen hablamos de fitorremediación. En el caso de los microorganismos, cada vez se está descubriendo más su potencial para tratar residuos industriales, eliminar manchas de petróleo, pesticidas o metales pesados. Ej: Pseudomonas para limpiar mareas negras. "Come poco y cena menos, que la salud de todo el cuerpo se fragua en la oficina del estómago"

14 5. Genómica Conocer los genes: su localización y su secuencia de nucleótidos. El Proyecto Genoma Humano: secuenciación completa del genoma humano, unos 25.000 genes. Se completó en el año 2003. EL PGH permitió conocer la secuencia de todos los genes humanos, con fines evolutivos, médicos… Otras investigaciones: proyecto HapMap, farmacogenómica

15 6. Proteómica Proteoma: conjunto de todas las proteínas de un organismo. Proteómica: estudio extenso de las proteínas, caracterizando su estructura y función, y correlacionándolas con sus genes. Chips de proteínas: soporte con anticuerpos que permite reconocer diferentes tipos de antígeno. Nanotecnología: elaboración y uso de materiales y dispositivos de la escala del nm. Bioinformática: software relacionado con el almacenamiento, análisis y procesamiento de secuencias de ADN y proteínas.

16 7. Terapia génica Sustituir un gen defectuoso del organismo de una persona por un gen funcional, utilizando vectores como virus atenuados o liposomas. Puede inyectarse el vector (in vivo) o bien extraer las células y tratarlas con el vector fuera del organismo (ex vivo). Actualmente en desarrollo, se ha probado con algún éxito particular. “Más vale una palabra a tiempo que cien a destiempo"

17 8. Investigación con células madre Pueden traer prometedores avances en medicina regenerativa (trasplantes de tejidos dañados por lesiones o enfermedades degenerativas). Actualmente permiten investigar los mecanismos de diferenciación celular.

18 9. Clonación de organismos completos Si queremos obtener varios ejemplares idénticos de un organismo con unas características concretas, el animal en cuestión se puede someter a una técnica de transferencia nuclear. La oveja Dolly fue el primer mamífero clonado. De una oveja A adulta se extrajo una célula de glándula mamaria, cuyo ADN se insertó en un ovocito no fecundado enucleado de una oveja B. Después este embrión se implantó en el útero de una oveja C para que se desarrollara. Finalmente se obtiene a Dolly, un clon de la oveja donante A inicial. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4E SO/Genetica2/actividad11b.htm http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4E SO/Genetica2/actividad11b.htm

19 10. Bioética Aplicación de los principios filosóficos de la ética a los nuevos hallazgos en Biología. ¿Qué problemas puede traer el uso indebido del genoma de una persona? ¿Se debería algún día aplicar la modificación genética de embriones para eliminar enfermedades? ¿Cómo regular el uso de células madre embrionarias, los transgénicos, la clonación humana…? “No hay ningún viaje malo, salvo el que conduce a la horca"