Biotecnologia i enginyeria genètica

Presentación del tema: "Biotecnologia i enginyeria genètica"— Transcripción de la presentación:

1 Biotecnologia i enginyeria genètica

2 L'enginyeria genètica és el conjunt de tècniques i eines biològiques que s'utilitzen per tal de manipular els gens d'un organisme. Utilitza alguns elements i processos naturals com -- els enzims de restricció: els bacteris els fan servir en processos de protecció contra ADN forani (víric..) -- vectors com: 1.plasmidis: fragments de ADN circulars i bicatenaris que permeten intercanviar ADN sense que hi participi l’ADN bacterià 2.retrovirus: amb ARN i transcriptasa inversa i altres enzims que incorporen l’ADN al genoma de la cèl·lula que infecten

3 Processos bàsics usats en enginyeria genètica:
-- obtenció de fragments d’ADN que es volen manipular -- unió amb un vector i formar un ADN recombinant -- introducció de l’ADN recombinant dins d’una cèl·lula o cèl·lules que volem manipular -- replica de l’ADN recombinant Podem obtenir dos tipus d’organismes: -- Organismes transgènics vegetals i animals -- Organismes clònics

4 Plantes transgèniques
Gràcies a Agrobacterium tumefaciens Per un canó de gens que dispara microprojectils (partícles d’or que porten ADNtransgènic)

5 1. Agrobacterium tumefaciens, infecten vegetals
1.Agrobacterium tumefaciens, infecten vegetals. Provoquen tumors degut al plàsmid Ti. Aquest plasmid conté -- el gen VIR per integrar-se al DNA de la cèl. -- regió T responsable de l’aparició dels tumors. 2. Al laboratori s'extreuen plàsmids Ti i se'ls inserta en mig de la regió T el transgen que interessi (per ex: un "herb-res"). La regió T modificada no provova tumors en les cèls. vegetals que infecti. 3.Tornem a introduir els plàsmids modificats en bacteris Agrobacterium tumefaciens. 4.Infectem un cultiu in vitro de cèl·lules del vegetal (un disc fol·lial que són cèl·lules totipotents). En tres dies els bacteris hauran passat el seu plàsmid a les cèls. vegetals i aquest s'haurà insertat al DNA de les cèls . Gràcies a un gen marcador que també s'incorpora al plàsmid podem seleccionar les cèls. vegetals transgèniques 5.Fem creixer per mitosi les noves plantes: totes les seves cèls tindran el transgen

6

7 Es pot assolir: 1. Plantes amb -- més rendiment -- més riquesa alimentària i de nutrients -- formació del fruit controlada -- resistents a plagues i herbicides 2. Produir alguna substància terapèutica Utilitats dels vegetals transgènics Depén del transgen: Gens per millorar les carac. nutritives de l'aliment Gens de resistència a paràsits,fongs o a bacteris o a herbicides. Gens que fan la planta més tolerant a la salinitat Gens per a que la planta elimini un determinat tòxic del sòl Gens per modificar el color de la flor. etc, etc, etc.

8 Només a l'Àfrica es calcula que 250 milions de persones consumeixen iuca com a font principal de calories, el mateix que l'arròs a l’Àsia. El projecte és molt ambiciós i pretén augmentar sis vegades el contingut de ferro i zinc de la iuca, quatre vegades el contingut de proteïnes, deu vegades el de les vitamines A i E, i fer la planta resistent a dos virus. Però no tot és augmentar; si la iuca serà més bàsica encara, és necessari disminuir el seu contingut en cianur, que fa necessària la seva neteja prèvia i fins i tot produeix casos d'enverinament. Arròs daurat conté la substància precursora de la vitamina A

9 Gen de resistència a un herbicida
Gen de resistència a un herbicida. Les plantes transgèniques fabrica una prot que li permet resistir l'herbicida. Gens Bt: el transgen (de Bacillus thuringensis). La proteïna és una toxina que mata els corcs. Un estudi revela efectes sobre la salut de varietats de blat de moro transgènics Som Lo Que Sembrem un article que presenta un estudi realitzat per quatre investigadors francesos, que mostra els efectes del panís amb elements transgènics sobre la salut, en aquest cas, de ratolins després d'ésser alimentats durant 14 setmanes amb panís transgènic. Elements transgènics com el NK 603, són emprats per a tolerar els herbicides com el Roundup, fet que condueix a l'aparició de restes d'aquests herbicides en el panís, efectes dels quals, s'observen sobretot en òrgans com el fetge i els ronyons, òrgans de detoxificació del cos; l'estudi, a més a més, no descarta efectes en altres òrgans.

10 Animals transgènics: més complexa que els vegetals
-- per optimitzar la producció, carn, llet, llana,... -- per a fer fàrmacs, vacunes i proteïnes d’interès -- animals aptes per a xenotransplantaments. Com l’obtenim: -- Fer una construcció: -- Amplificar amb PCR per obtenir moltes còpies de la construcció. -- Introduir la construcció en l'animal: a) Microinjecció a un zigot d’una FIV:amb una micropipeta unes 200 còpies!! de la construcció amb l'esperança de que alguna s'integri al DNA del zigot. Després s'implanta en una mare de lloguer. Eficiència molt baixa: 10% en ratolins i menys de 1% en ovelles, cabres, vaques i porcs. b) Transfecció en cèl·lules mare de l'animal en cultiu: poc eficaç c) Utilitzar virus

11 Utilitats dels animals transgènics:
1.- Augmentar la productivitat: l'animal transgènic com aliment: salmons transgènics: transgen propi de hormona de creixement (GH) i un transgen d'una prot. anticongelant de peixos antàrtics. Tenen vàries còpies del gen GH i una que l’activa a l’hivern: surten salmons 10 cops més gans Quin problema ecològic creieu que provocaria aquest salmó en llibertat?

12 2.- Bioreactors: l'animal transgènic com a reactor:
el transgen només s'expressi quan la femella està de lactància i doni el seu producte a la llet d'on és molt fàcil de purificar. Els bacteris transgènics ens permeten fer prots. humanes senzilles com la insulina però no prots humanes complicades que necessiten modificacions post-traduccionals. Pharming: produir a la llet alguna prot humana que es necessita com a fàrmac. Així s'ha fet per ex. l'ovella Polly que a la llet té factorIX de coagulació (que necessiten els hemofílics). Llet amb un enzim transgèni que inhibeix la fabricació de lactosa

13 3.- Xenotransplantaments: l'animal transgènic per transplantar òrgans a humans.
S'està estudiant obtenir òrgans de porcs transgènics (amb moltes de les proteïnes de superfície cel·lular humanes)

14 Bacteris transgènics Insulina recombinant
Als pacients amb diabetis se'ls ha d'injectar insulina diverses vegades al dia. El 1982 es va autoritzar la comercialització d'insulina obtinguda mitjançant enginyeria genètica. Gràcies a les noves tècniques, la insulina es fabrica ara en grans quantitats i està disponible per a tothom. Analitzar la següent il lustració que mostra com s'elabora la insulina recombinant i completar els quadres en blanc amb els següents termes Escherichia coli, plàsmid bacterià, insulina, gen de la insulina humana, insulina humana purificada, bacteri E. coli recombinant

15 Clonatge Capacitat de les cèl.lules
Les cèl·lules de la mòrula i del blastòcit primerenc són cèl·lules mare embrionàries totipotents ja que poden generar qualsevol tipus cel·lular. La massa cel·lular interna del blastòcit tardà són les cèl·lules mare embrionàries. Poden generar qualsevol part o tipus cel·lular de l’embrió. Són pluripotents (ja no poden formar les membranes extraembrionàries). Les cèl·lules oligopotents són les cèl·lules mare de teixit: només poden generar pocs tipus cel·lulars, només aquells que hi ha en el teixit on es troben.

16 Clonatge reproductiu natural (n’hem dit reproducció asexual):
bipartició reproducció vegetativa dels vegetals r. Asexual a les planàries Els bessons monozigòtics (comparteixen tant el material hereditari nuclear com el mitocondrial) Clonatge reproductiu experimental: és un procés experimental destinat a obtenir organismes genèticament idèntics. Hi ha 2 maneres a) per divisió de l’embrió o escissió gemel·lar (com els bessons monozigòtics) b) per transferència nuclear

17

18 Al 1996 a Escòcia, Ian Wilmut i col·laboradors van obtenir un clon amb aquest mètode: l’ovella Dolly, el primer mamífer clònic a partir del nucli d’una cèl·lula diferenciada de glàndula mamària introduït dins un oòcit. La cèl·lula donant de nucli és una cèl·lula amb un programa gènic activat per fer de cèl·lula de glàndula mamària, en el cas de la Dolly, i després de la transferència ha d’actuar de nucli de zigot. Cal desactivar els programes gènics i reprogramar perquè funcioni com a zigot. Van caldre 400 oòcits, 227 on van introduir un nou nucli amb èxit, dels quals 50 van ser embrions viables, només 13 mares adoptants van quedar embarassades, de les qual només una va parir la Dolly

19 Biotecnologia i salut Bioxips: dispositis diminuts amb fragments d’ADN que permeten detectar la presència de certs gens alterats en una mostra de sang Diagnòstic preimplantacional d’algunes alteracions gèniques. Consisteix en obtenir embrions mitjançant FIV als quals s’apliquen diverses tècniques de diagnosi. Es tria el que no té alteracions i s’implanta per obtenir una persona sana. Teràpia gènica: consisteix en la curació de malalties hereditàries degudes a la presència d’un gen no funcional inserint una còpia d’un gen que pugui fer correctament la seva funció.

20 Xips d’ADN

21 14/3/2009  INVESTIGACIÓ AMB CÈL·LULES MARE
El primer 'nadó medicament' espanyol cura el seu germà malalt • Andrés ha superat una greu anèmia gràcies a la sang del cordó umbilical del petit Javier Andrés Mariscal acaba de fer 7 anys, i des de fa un mes la seva vida no depèn de transfusions sanguínies ni té marcat el calendari a causa de la greu anèmia congènita que patia. Li han trasplantat amb èxit cèl.lules del cordó umbilical del seu germà Javier, seleccionat genèticament. A partir d'ara, tan sols s'haurà de sotmetre a un tractament mèdic de sis mesos per evitar possibles infeccions. Podrà fer vida completament normal Andrés va néixer amb una beta-talassèmia major, un tipus d'anèmia molt greu que l'obligava a viure dependent de l'hospital i escurçava la seva esperança de vida fins als 25 anys. L'única curació era un trasplantament de cèl.lules sanguínies, però a la xarxa internacional de donants --amb 11 milions de persones-- no en van trobar cap de compatible, i els metges van plantejar la possibilitat de la selecció genètica mitjançant diagnòstic genètic preimplantatori. Els progenitors van sol.licitar aquesta opció i, després de ser aprovada per un comitè ètic, es va seleccionar l'embrió sa i amb un perfil de compatibilitat absoluta. El nadó va néixer a l'octubre i al gener el seu germà gran es va sotmetre a unes fortes sessions de quimioteràpia per eliminar les cèl.lules de la seva medul.la òssia. Desproveït de cèl.lules mare a la medul.la, una transfusió de la sang del cordó umbilical va permetre que el seu cos comencés a generar glòbuls vermells sans.

22 TERÀPIA GÈNICA 1. Aconseguir aïllar l'al·lel o gen sà a partir d'una persona no malalta. Fer una construcció amb el gen sà i un vector: retrovirus o plàsmidi. 2. Obtenir un cultiu de cèl·lules del pacient 3. Introduir el gen sà en les cèl·lules del pacient en cultiu. 4. Transferir les cèl·lules del cultiu que han incorporat el DNA sà al pacient amb l’esperança que aquestes expressin la proteïna correcta que el pacient no pot expressar

23

24 Francia y EE.UU. ensayan la terapia génica contra el parkinson
 La Vanguardia.| Barcelona | 15/10/2009 Seis pacientes del hospital Henri-Mondor de París han recibido una terapia génica experimental para aliviar los síntomas de la enfermedad de Parkinson. Otros cinco pacientes han sido tratados con una terapia génica similar en California. "Resultados esperanzadores, ningún efecto secundario grave", resumió Béchir Jarraya, investigador del equipo del hospital Henri-Mondor. Pero "el ensayo aún está en curso, demasiado pronto para tener conclusiones", advirtió. Sí hay conclusiones de un exhaustivo ensayo de terapia génica contra el parkinson realizado en macacos. Según resultados presentados ayer, las dificultades de movimiento características de la enfermedad desaparecen durante periodos superiores a tres años. Esta mejora se observa sin que se produzcan movimientos involuntarios –como ocurre con los fármacos actuales contra el parkinson cuando el tratamiento es prolongado– ni ningún otro efecto secundario significativo. El parkinson: se destruyen las neuronas que producen dopamina en una pequeña región del cerebro. En una persona sana, la dopamina producida incide en otra región del cerebro llamada cuerpo estriado y regula funciones importantes como el movimiento voluntario. Pero, en una persona con parkinson, el cuerpo estriado se ve privado de dopamina, lo que lleva a la rigidez muscular, temblores o lentitud de movimientos, entre otros síntomas.

25 La terapia génica ensayada en el hospital Henri-Mondor de París ha consistido en insertar tres genes clave para la producción de dopamina en neuronas del cuerpo estriado. El tratamiento se aplica en intervenciones de neurocirugía de más de seis horas de duración con anestesia total. Los genes están vehiculados por virus inocuos que se inyectan directamente en el cuerpo estriado: gracias a los virus, los genes productores de dopamina se integran en el ADN de las neuronas. Los investigadores han comprobado cómo estos genes consiguen que vuelva a haber una cantidad suficiente de dopamina en el cuerpo estriado y que los síntomas del parkinson remitan. El tratamiento ha sido desarrollado por la compañía de biotecnología británica Oxford BioMedica, que ha anunciado que otros doce pacientes se incorporarán al estudio en los próximos meses y que espera presentar las conclusiones de la investigación en el El tratamiento ensayado en California, en el que sólo se inserta uno de los tres genes relacionados con la dopamina, ha sido desarrollado por la compañía Genzyme.

26 Extracció ADN

27 Extracció ADN

28 electroforesi

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52