Biología: la vida en la Tierra

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1 Biología: la vida en la Tierra
Teresa Audesirk • Gerald Audesirk • Bruce E. Byers Biología: la vida en la Tierra Octava Edición Clase para el capítulo 13 Biotecnología Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

2 Introducción al capítulo 13
El perfil de DNA demostró que Earl Ruffin, que aparece aquí con algunas de sus nietas, era inocente de los cargos de violación y lesiones por los cuales pasó 21 años en prisión. El perfil de DNA demostró que Earl Ruffin, que aparece aquí con algunas de sus nietas, era inocente de los cargos de violación y lesiones por los cuales pasó 21 años en prisión.

3 Contenido del capítulo 13
13.1 ¿Qué es la biotecnología? 13.2 ¿Cómo se recombina el DNA en la naturaleza? 13.3 ¿Cómo se emplea la biotecnología en la ciencia forense? 13.4 ¿Cómo se utiliza la biotecnología en la agricultura? 13.5 ¿Cómo se emplea la biotecnología para aprender sobre el genoma humano? 13.6 ¿Cómo se utiliza la biotecnología en el diagnóstico médico y en el tratamiento de enfermedades? 13.7 ¿Cuáles son las principales implicaciones éticas de la biotecnología moderna?

4 Contenido de la sección 13.1
13.1 ¿Qué es la biotecnología? Aplicaciones tradicionales de la biotecnología Ingeniería genética DNA recombinante

5 Aplicaciones tradicionales
Biotecnología es biología aplicada. Enfoque moderno de la ingeniería genética, la tecnología de DNA recombinante, y el análisis de moléculas biológicas.

6 Aplicaciones tradicionales
Las aplicaciones tradicionales (históricas) de la biotecnología se remontan a 10,000 años en el pasado. Uso de la levadura para producir cerveza y vino en Egipto y el Cercano Oriente. La cruza selectiva de plantas. La cruza selectiva de animales.

7 Ingeniería genética La ingeniería genética se refiere a los métodos más directos para alterar el material genético.

8 Ingeniería genética Objetivos principales de la ingeniería genética:
Conocer más acerca de los procesos celulares, incluyendo la herencia y la expresión de los genes. Desarrollar mejores tratamientos para las enfermedades, sobre todo las genéticas. Generar beneficios sociales y económicos por medio de la producción de moléculas biológicas valiosas y mejorar las plantas y los animales para la agricultura.

9 DNA recombinante La ingeniería genética utiliza la tecnología de DNA recombinante. DNA modificado para que contenga genes o segmentos de genes provenientes de diferentes organismos.

10 DNA recombinante El DNA recombinante puede transferirse a plantas y animales. Los animales que tienen DNA modificado o derivado de otras especies se llaman transgénicos u organismos genéticamente modificados (OGM). La biotecnología moderna incluye muchos métodos de manipulación del DNA.

11 Contenido de la sección 13.2
13.2 ¿Cómo se recombina el DNA en la naturaleza? La reproducción sexual recombina el DNA. Transformación: Adquisición de DNA del ambiente por parte de una bacteria. Transferencia viral: Movimiento del DNA entre los organismos por medio de virus.

12 Recombinación en la naturaleza
Diversos procesos naturales pueden recombinar el DNA.

13 Reproducción sexual Los cromosomas homólogos intercambian DNA por entrecruzamiento durante la meiosis I. Así, cada cromosoma de un gameto comúnmente contiene una mezcla de alelos de los dos cromosomas progenitores. En este sentido, cada óvulo y cada espermatozoide contienen DNA recombinante.

14 Transformación Las bacterias pueden captar, de manera natural, el DNA del ambiente (transformación) e integrar los nuevos genes en el genoma (recombinación).

15 FIGURA 13-1a Recombinación en las bacterias
a) Además de su cromosoma circular grande, las bacterias por lo común poseen pequeños anillos de DNA llamados plásmidos, los cuales con frecuencia portan genes útiles adicionales. La transformación bacteriana ocurre cuando las bacterias vivas captan b) fragmentos de cromosomas o c) plásmidos. FIGURA 13-1a Recombinación en las bacterias a) Además de su cromosoma circular grande, las bacterias por lo común poseen pequeños anillos de DNA llamados plásmidos, los cuales con frecuencia portan genes útiles adicionales. La transformación bacteriana ocurre cuando las bacterias vivas captan.

16 FIGURA 13-1b Recombinación en las bacterias
a) Además de su cromosoma circular grande, las bacterias por lo común poseen pequeños anillos de DNA llamados plásmidos, los cuales con frecuencia portan genes útiles adicionales. La transformación bacteriana ocurre cuando las bacterias vivas captan b) fragmentos de cromosomas o c) plásmidos. FIGURA 13-1b Recombinación en las bacterias b) fragmentos de cromosomas o c) plásmidos.

17 Transformación Pequeñas moléculas circulares de DNA (plásmidos) tienen genes adicionales. Algunos plásmidos portan genes que hacen que las bacterias se desarrollen en ambientes nuevos. Otros plásmidos tienen genes que causan síntomas de enfermedades. Las bacterias que portan plásmidos resistentes a los antibióticos se diseminan rápidamente.

18 Transferencia viral de DNA
Ciclo de vida viral: La partícula viral invade a la célula huésped. El DNA viral es duplicado. Las proteínas virales son sintetizadas. Los nuevos virus son liberados y pueden infectar a nuevas células.

19 Transferencia viral de DNA
Los virus pueden incorporar algunos genes de la célula huésped a las partículas virales. La infección de la nueva célula huésped inyecta nuevos genes del huésped anterior, lo que permite la recombinación.

20 FIGURA 13-2 Los virus pueden transferir genes entre células

21 FIGURA 13-2 (parte 1) Los virus pueden transferir genes entre células

22 FIGURA 13-2 (parte 2) Los virus pueden transferir genes entre células

23 FIGURA 13-2 (parte 3) Los virus pueden transferir genes entre células

24 FIGURA 13-2 (parte 4) Los virus pueden transferir genes entre células

25 FIGURA 13-2 (parte 5) Los virus pueden transferir genes entre células

26 FIGURA 13-2 (parte 6) Los virus pueden transferir genes entre células

27 Contenido de la sección 13.3
13.3 ¿Cómo se emplea la biotecnología en la ciencia forense? La biotecnología revolucionó a la ciencia forense. La reacción en cadena de la polimerasa amplifica una secuencia específica de DNA. La electroforesis en gel separa los segmentos del DNA. Las sondas de DNA se emplean para etiquetar secuencias de nucleótidos específicas. Perfil de DNA.

28 Biotecnología y ciencia forense
La ciencia forense es la ciencia que identifica a las víctimas y a los criminales. La tecnología de DNA ha permitido a la ciencia forense identificar a victimas y criminales a partir de muestras biológicas. Las secuencias genéticas de los seres humanos son únicas. El análisis de DNA revela patrones que identifican a las personas con un alto grado de precisión.

29 Biotecnología y ciencia forense
La tecnología de DNA ha permitido a la ciencia forense identificar a victimas y criminales a partir de muestras biológicas. Las secuencias genéticas de los seres humanos son únicas. El análisis de DNA revela patrones que identifican a las personas con un alto grado de precisión.

30 Reacción en cadena de la polimerasa
Los técnicos forenses, por lo general, tienen muy poco DNA para realizar análisis. La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) produce prácticamente cantidades ilimitadas de DNA de una muestra pequeña.

31 Reacción en cadena de la polimerasa
La PCR requiere de pequeños segmentos de RNA (llamados iniciadores) que son complementarios a las secuencias de genes que se quieren copiar. Una prueba de la PCR es básicamente una duplicación del DNA en un pequeño tubo de ensayo. El DNA se mezcla con iniciadores, nucleótidos libres, y una DNA polimerasa especial.

32 Reacción en cadena de la polimerasa
Cuatro pasos del ciclo de la PCR. Separación de las cadenas de DNA: El tubo de ensayo se calienta de 90 a 95°C (194 a 203°F). Las altas temperaturas rompen los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias, separando el DNA en cadenas individuales…

33 Reacción en cadena de la polimerasa
Cuatro pasos del ciclo de la PCR Enlace de iniciadores: La temperatura se reduce a aproximadamente 50°C (122°F), lo cual permite a los dos iniciadores (RNA primer) formar pares de bases complementarias con las cadenas de DNA originales…

34 Reacción en cadena de la polimerasa
Cuatro pasos del ciclo de la PCR Síntesis de nuevas cadenas de DNA: La temperatura se eleva a 70 o 72°C (158 o 161.6°F). La DNA polimerasa, dirigida por los iniciadores (RNA primer), utiliza los nucleótidos libres para hacer copias del segmento de DNA enlazado por los iniciadores…

35 Reacción en cadena de la polimerasa
Cuatro pasos del ciclo de la PCR Repetición del ciclo: Este ciclo se repite automáticamente (usando una máquina termocíclica) durante 20 a 30 ciclos, produciendo hasta mil millones de copias de la secuencia original de DNA.

36 FIGURA 13-3a La PCR copia una secuencia específica de DNA
La reacción en cadena de la polimerasa consta de una serie de 20 a 30 ciclos de calentamiento y enfriamiento. Después de cada ciclo, se duplica la cantidad del DNA meta. Después de 20 ciclos, se han sintetizado un millón de copias del DNA meta. FIGURA 13-3a La PCR copia una secuencia específica de DNA La reacción en cadena de la polimerasa consta de una serie de 20 a 30 ciclos de calentamiento y enfriamiento. Después de cada ciclo, se duplica la cantidad del DNA meta. Después de 20 ciclos, se han sintetizado un millón de copias del DNA meta.

37 FIGURA 13-3b La PCR copia una secuencia específica de DNA
La reacción en cadena de la polimerasa consta de una serie de 20 a 30 ciclos de calentamiento y enfriamiento. Después de cada ciclo, se duplica la cantidad del DNA meta. Después de 20 ciclos, se han sintetizado un millón de copias del DNA meta. FIGURA 13-3b La PCR copia una secuencia específica de DNA

38 Reacción en cadena de la polimerasa
La elección de los iniciadores determina cuáles secuencias de DNA se amplifican. Los expertos forenses se enfocan en las repeticiones cortas en tándem (STR) que se encuentran en el genoma humano.

39 Reacción en cadena de la polimerasa
Las STR son secuencias repetidas de DNA dentro de los cromosomas que no codifican proteínas. Las STR varían mucho entre los seres humanos. Una coincidencia perfecta de 10 STR en el DNA de un sospechoso y el DNA encontrado en la escena del crimen prueba que el sospechoso estaba en la escena del crimen.

40 Figura 13-4 Repeticiones cortas en tándem comunes en las regiones de DNA no codificadas
Esta STR, llamada D5, no forma parte de cualquier gen conocido. La secuencia AGAT puede repetirse de 7 a 13 veces en individuos diferentes. FIGURA 13-4 Repeticiones cortas en tándem comunes en las regiones de DNA no codificadas Esta STR, llamada D5, no forma parte de cualquier gen conocido. La secuencia AGAT puede repetirse de 7 a 13 veces en individuos diferentes.

41 Electroforesis en gel La mezcla de los segmentos de DNA se puede separar según su tamaño. La electroforesis en gel es una técnica que se usa para separar los fragmentos de DNA de diferentes longitudes que hay en una mezcla.

42 Electroforesis en gel Cuatro pasos de la electroforesis en gel:
Las muestras de DNA son pipeteadas y colocadas en las ranuras (pozos) poco profundas en el gel. Se pasa corriente eléctrica a través del gel (negativa en un extremo de los pozos y positiva en el extremo opuesto).

43 Electroforesis en gel Cuatro pasos de la electroforesis en gel:
La corriente eléctrica mueve los segmentos de DNA a través del gel. Las piezas más pequeñas de DNA se mueven más lejos hacia el electrodo positivo.

44 Electroforesis en gel Cuatro pasos de la electroforesis en gel:
El gel se coloca en “papel” nailon especial. La corriente eléctrica impulsa al DNA fuera del gel hacia el papel nailon. El papel nailon con DNA se baña en una solución de sondas de DNA etiquetadas (rojo) que son complementarias de segmentos de DNA específicos de la muestra de DNA original.

45 Electroforesis en gel Cuatro pasos de la electroforesis en gel:
Segmentos complementarios de DNA etiquetados por las sondas (bandas rojas).

46 Figura 13-5a Electroforesis en gel que se usa para separar e identificar segmentos de DNA

47 Figura 13-5b Electroforesis en gel que se usa para separar e identificar segmentos de DNA

48 Figura 13-5c Electroforesis en gel que se usa para separar e identificar segmentos de DNA

49 Figura 13-5d Electroforesis en gel que se usa para separar e identificar segmentos de DNA

50 Figura 13-5e Electroforesis en gel que se usa para separar e identificar segmentos de DNA

51 Sondas de DNA Las sondas de DNA se emplean para etiquetar secuencias de nucleótidos específicas. Las sondas son fragmentos cortos de DNA de una sola cadena de DNA que son complementarios a la secuencia de nucleótidos de una STR dada.

52 Sondas de DNA Sondas de DNA:
Las sondas identifican la ubicación de una secuencia de genes al unir los puentes de hidrógeno a la banda que los contiene.

53 Figura 13-6 pares de bases de sondas de DNA con segmentos de DNA complementarios

54 Figura 13-6 pares de bases de sondas de DNA con segmentos de DNA complementarios

55 Sondas de DNA Sondas de DNA:
Las sondas de DNA se etiquetan, ya sea por radiactividad o agregándoles una de varias moléculas de colorante que las tiñen. Una vez que termina la técnica de electroforesis en gel, se transfieren los segmentos de DNA de una cadena hacia fuera del gel y a un trozo de papel hecho de nailon.

56 Perfil de DNA Las muestras de DNA de un sospechoso pueden amplificarse con la PCR y procesarse en diferentes tipos de gel con el DNA de la escena del crimen. Las STR del gel con DNA pueden ser identificadas por las sondas de DNA.

57 Perfil de DNA Las muestras de DNA procesadas en geles de STR producen un patrón llamado perfil de DNA. El perfil de DNA de la escena de un crimen puede compararse con el perfil de DNA de un sospechoso.

58 FIGURA 13-7 Perfiles de DNA
Las longitudes de las repeticiones cortas en tándem de DNA forman patrones característicos sobre un gel, el cual exhibe seis STR diferentes (Penta D, CSF, etcétera). Estas bandas de color verde-amarillo, espaciadas de manera uniforme de las partes izquierda y derecha del gel, muestran el número de repeticiones de las STR individuales. Las muestras de DNA de 13 personas diferentes se pasaron entre estos estándares, lo que resultó en una o dos bandas por carril vertical. en la ampliación de la STR D16 de la derecha, por ejemplo, el DNA de la primera persona tiene 12 repeticiones; la segunda persona, 13 y 12; la tercera, 11, y así sucesivamente. Aunque algunas personas tienen el mismo número de repeticiones de algunas STR, ninguna tiene el mismo número de repeticiones de todas las STR. (Foto cortesía de la doctora Margaret Kline, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.) FIGURA 13-7 Perfiles de DNA

59 Contenido de la sección 13.4
13.4 ¿Cómo se utiliza la biotecnología en la agricultura? Muchos cultivos se modifican genéticamente. Se clona el gen deseado. Las enzimas de restricción cortan el DNA en secuencias de nucleótidos específicas. El corte de dos segmentos de DNA con la misma enzima de restricción les permite mantenerse juntos.

60 Contenido de la sección 13.4
13.4 ¿Cómo se utiliza la biotecnología en la agricultura? (continuación) Los plásmidos se utilizan para insertar el gen Bt en una planta. Las plantas genéticamente modificadas sirven para elaborar medicamentos. Los animales genéticamente modificados pueden ser de utilidad en agricultura y en medicina.

61 Plantas genéticamente modificadas
El 52% ciento del maíz, el 79% del algodón y el 87% de la soya que se cultivan en Estados Unidos son transgénicos, es decir, contienen genes de otras especies.

62 tabla 13-1 Cultivos sometidos a ingeniería genética con aprobación del Departamento de Agricultura de Estados Unidos (usda)

63 Plantas genéticamente modificadas
Los cultivos se modifican para aumentar su resistencia a insectos y herbicidas. Los cultivos resistentes a los herbicidas permiten a los granjeros matar hierba mala sin dañar sus cultivos. El gen Bt (de la bacteria Bacillus thuringiensis), puede ser incorporado a los cultivos para producir una proteína que daña el tracto digestivo de los insectos.

64 FIGURA 13-8 Plantas con Bt que resisten el ataque de insectos
Las plantas de algodón transgénico con el gen Bt (derecha) resisten el ataque del gusano algodonero, el cual se come las semillas de esa planta. Por lo tanto, las plantas transgénicas producen mucho más algodón que las no transgénicas (izquierda). FIGURA 13-8 Plantas con Bt que resisten el ataque de insectos

65 Se clona el gen deseado La clonación de un gen comúnmente implica dos tareas: Obtener el gen. El gen deseado se sintetiza en el laboratorio.

66 Se clona el gen deseado La clonación de un gen comúnmente implica dos tareas: Insertarlo en un plásmido, de modo que puedan hacerse una enorme cantidad de copias del gen.

67 Las enzimas de restricción cortan el DNA
Una secuencia de DNA (por ejemplo, un gen) se puede remover del cromosoma usando enzimas especiales. Las enzimas de restricción cortan el DNA en una secuencia de nucleótidos específica.

68 Figura 13-9 Algunas enzimas de restricción dejan “extremos pegajosos” cuando cortan el DNA

69 Las enzimas de restricción cortan el DNA
Las enzimas que hacen cortes escalonados con “extremos pegajosos” son las más útiles en la clonación de los genes.

70 El corte de dos segmentos de DNA
Los extremos del gen Bt y el DNA del plásmido abierto tienen ambos nucleótidos complementarios en sus extremos pegajosos. El gen Bt puede ser cortado del cromosoma Bacillus con la misma enzima que se utilizó para cortar el plásmido. Cuando los plásmidos y los genes Bt cortados se mezclan, el apareado de bases entre los extremos pegajosos permite a algunos de los genes Bt llenar el DNA circular del plásmido.

71 El corte de dos segmentos de DNA
La DNA ligasa se agrega a la mezcla para enlazar de forma permanente los genes Bt al plásmido.

72 Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas
Figura Empleo de Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas FIGURA Empleo de Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas

73 Figura 13-10a Empleo de Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas

74 Figura 13-10b Empleo de Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas

75 Figura 13-10c Empleo de Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas

76 Figura 13-10d Empleo de Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas

77 Figura 13-10e Empleo de Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas

78 Los plásmidos se utilizan para insertar genes
La bacteria Agrobacterium tumefaciens, que contiene un plásmido especializado llamado plásmido Ti (inducción de tumor), puede infectar a muchas especies de plantas.

79 Los plásmidos se utilizan para insertar genes
Cuando la bacteria infecta a una célula vegetal, el plásmido Ti inserta su DNA en uno de los cromosomas de la célula vegetal. Los efectos patológicos de ciertos genes del plásmido Ti que causan tumores a la planta pueden ser desactivados. Un gen insertado en un plásmido Ti, es transportado a los cromosomas de la planta por medio de un proceso natural.

80 Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas
Figura Empleo de Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas FIGURA Empleo de Agrobacterium tumefaciens para insertar el gen Bt en plantas

81 Plantas genéticamente modificadas y medicamentos
Los genes médicamente útiles pueden insertarse en las plantas, por ejemplo: Las papas han sido modificadas genéticamente para producir proteínas inofensivas como las que se encuentran en E. coli y virus de la hepatitis B inocuos, estimulando así la respuesta inmune cuando son consumidas.

82 Plantas genéticamente modificadas y medicamentos
Los genes médicamente útiles pueden insertarse en las plantas, por ejemplo: Las plantas pueden ser modificadas genéticamente para producir anticuerpos humanos, confiriendo así una inmunidad pasiva a la infección al comer la planta.

83 Animales genéticamente modificados
Crear animales transgénicos, por lo general, requiere inyectar el DNA deseado, a menudo incorporado en un virus inofensivo, en un óvulo fecundado.

84 Animales genéticamente modificados
Es dificil producir animales transgénicos saludables. Se han insertado hormonas de crecimiento en cerdos y especies de peces, pero se han observado algunas anormalidades. Animales como las ovejas pueden ser modificados para producir proteínas medicinales importantes en su leche.

85 Contenido de la sección 13.5
13.6 ¿Cómo se emplea la biotecnología para aprender sobre el genoma humano? Descubrimientos y aplicaciones del Proyecto del Genoma Humano.

86 Proyecto del Genoma Humano
Descubrimientos: El genoma humano contiene aproximadamente ~ 25,000 genes. Se descubrieron nuevos genes, incluyendo muchos asociados con las enfermedades. Se determinó la secuencia de nucleótidos de los genes humanos, llamado el genoma humano. Los genes representan el 2% de todo el DNA.

87 Proyecto del Genoma Humano
Aplicaciones: Mejores diagnósticos, tratamientos y curas para anomalías o predisposiciones genéticas. La comparación de nuestro genoma con los de otras especies ayudará a aclarar las diferencias que nos hacen humanos.

88 Contenido de la sección 13.6
13.6 ¿Cómo se utiliza la biotecnología en el diagnóstico médico y en el tratamiento de las enfermedades? La tecnología del DNA puede emplearse para diagnosticar trastornos hereditarios. Las enzimas de restricción pueden cortar los diferentes alelos de un gen en sitios diferentes. Los alelos diferentes pueden enlazarse con sondas de DNA diferentes. La tecnología del DNA ayuda a tratar las enfermedades.

89 Diagnóstico de trastornos hereditarios
Los padres en potencia tienen la oportunidad de saber si son portadores de un trastorno genético. Los alelos defectuosos difieren de los alelos normales y funcionales a causa de diferencias en la secuencia de nucleótidos.

90 Diagnóstico de trastornos hereditarios
Se emplean dos métodos para saber si una persona es portadora de un alelo normal o de un alelo disfuncional: Análisis de las enzimas de restricción. Identificación de los alelos defectuosos con sondas de DNA.

91 Análisis de las enzimas de restricción
Las enzimas de restricción cortan el DNA sólo en secuencias de nucleótidos específicas. Cualquier enzima de restricción dada comúnmente corta el DNA de un cromosoma en muchos sitios, produciendo así muchos fragmentos de restricción.

92 Análisis de las enzimas de restricción
Una mezcla de segmentos de DNA de varias longitudes, se llaman polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción (RFLP). Las diferencias en RFLP se revelan en la electroforesis en gel.

93 Figura 13-11a Diagnóstico de la anemia de células falciformes con enzimas de restricción
a) El alelo de globina normal y el alelo de células falciformes (que se muestran en rojo) se cortan a la mitad por la enzima de restricción MstIl (flecha del extremo derecho). El alelo normal también se corta en otro sitio único (flecha intermedia). Finalmente, sin importar cuál alelo esté presente, se corta el cromosoma un poco más adelante del sitio del gen de globina (flecha del extremo izquierdo). Una sonda de DNA (azul) se sintetiza y es complementaria del DNA en ambos lados del único sitio de corte. Por consiguiente, la sonda etiquetará dos fragmentos del DNA del alelo normal, pero sólo un fragmento del alelo de la célula falciforme. FIGURA 13-11a Diagnóstico de la anemia de células falciformes con enzimas de restricción

94 Figura 13-11b Diagnóstico de la anemia de células falciformes con enzimas de restricción
b) El corte de DNA se trabaja en un gel y se hace visible con la sonda de DNA. El fragmento grande de DNA del alelo de la célula falciforme está cerca de donde comienza el gel; mientras que los fragmentos más pequeños del alelo normal se trabajarán más adelante en el gel. FIGURA 13-11b Diagnóstico de la anemia de células falciformes con enzimas de restricción

95 Análisis de las enzimas de restricción
Antes del STR, los RFLP se empleaban para determinar si el DNA hallado en una escena del crimen coincidía con el DNA de un sospechoso. El análisis RFLP se ha vuelto una técnica estándar para diagnosticar la anemia de células falciformes, incluso en un embrión.

96 Sondas de DNA Los alelos defectuosos también se pueden identificar usando sondas de DNA. Las sondas de DNA son muy útiles cuando hay muchos alelos diferentes en un sólo locus del gen. La fibrosis quística, es una enfermedad causada por cualquiera de los 32 alelos de un total de 1000 posibles.

97 Sondas de DNA Los arreglos de cadenas únicas de DNA complementarias a cada alelo defectuoso se enlazan al papel filtro especial. La muestra del DNA de una persona se corta en pequeños segmentos, que se separan en cadenas únicas. El arreglo se baña con la muestra de DNA. Las cadenas de DNA que se enlazan a la secuencia complementaria del papel indican la presencia de un alelo defectuoso en el genoma de la persona.

98 FIGURA 13-12a Arreglos de DNA en medicina y para investigación
a) El DNA de un paciente se corta en fragmentos pequeños, que se separan en cadenas únicas y se etiquetan (azul, en este diagrama). El arreglo del tamizado de fibrosis quística se baña en esta solución de DNA etiquetado. Cada alelo de fibrosis quística se puede enlazar con un solo fragmento específico de DNA complementario del arreglo. En este diagrama simplificado, el paciente tiene un alelo normal (parte superior izquierda) y un alelo defectuoso (parte inferior intermedia). FIGURA 13-12a Arreglos de DNA en medicina y para investigación

99 Sondas de DNA Una versión expandida de este tipo de análisis de DNA se conoce como microarreglo. Los microarreglos contienen cientos, o incluso miles, de sondas para cientos de alelos relacionados con enfermedades. El análisis de microarreglo tiene el potencial de identificar qué alelos de susceptibilidad porta cada paciente.

100 FIGURA 13-12b Arreglos de DNA en medicina y para investigación
b) Cada mancha contiene una sonda de DNA para un gen humano específico. En la mayoría de las aplicaciones de investigación se aísla el RNA mensajero del sujeto (por ejemplo, de un cáncer humano), y se etiqueta con un colorante fluorescente. El RNAm se vierte luego en el arreglo, y cada par de bases con su sonda de DNA de plantilla complementaria. Los genes que están particularmente activos en un cáncer “iluminarán” la sonda de DNA correspondiente. FIGURA 13-12b Arreglos de DNA en medicina y para investigación

101 Tratamiento de enfermedades
Tratamientos que usan la tecnología del DNA: Administración de proteínas para tratar una enfermedad, no para curarla. La insulina humana para los diabéticos se produce en las bacterias transgénicas rápidamente y a bajo costo. Otras proteínas humanas, como la hormona del crecimiento y los factores de coagulación, también pueden producirse en las bacterias transgénicas.

102 Tratamiento de enfermedades
Tratamientos que usan la tecnología del DNA: Reemplazo de genes defectuosos para curar una enfermedad. Reemplazar el alelo defectuoso de fibrosis quística usando un virus para transportar un gen de secuencia funcional a las células pulmonares del paciente. Reemplazar la célula de DNA defectuosa de la médula osea con un gen funcional en pacientes con inmunodeficiencia combinada severa (SCID).

103 TABLA 13-2 Ejemplo de productos médicos producidos por los métodos del DNA recombinante

104 Contenido de la sección 13.7
13.7 ¿Cuáles son las principales implicaciones éticas de la biotecnología moderna? Asuntos relacionados con los organismos genéticamente modificados en la agricultura. Objeciones científicas a los organismos genéticamente modificados. Cuestiones éticas en el uso de la biotecnología en el genoma humano.

105 Organismos genéticamente modificados en la agricultura
La finalidad de la biotecnología agrícola “tradicional” y “moderna” es la misma: modificar la composición genética de los organismos para volverlos más útiles.

106 Organismos genéticamente modificados en la agricultura
La modificación genética difiere de la cruza selectiva (“biotecnología tradicional”). La ingeniería genética es mucho más rápida. La ingeniería genética es capaz de recombinar el DNA de especies muy diferentes en un solo organismo. La ingeniería genética puede producir nuevos genes nunca antes vistos en la Tierra.

107 Organismos genéticamente modificados en la agricultura
Beneficios de las plantas modificadas genéticamente: Los cultivos transgénicos disminuyen la aplicación de pesticidas y ahorran combustible, mano de obra, y dinero. Las plantas transgénicas pueden venderse a precios más bajos gracias a los ahorros agrícolas. Estos cultivos pueden proporcionar mayores cantidades de vitaminas. como el “arroz dorado” que produce vitamina A.

108 FIGURA E13-4 Arroz dorado Figura E13-4 Arroz dorado
El arroz convencional sin cascarilla es blanco o muy pálido (parte inferior derecha). El arroz dorado original (parte superior derecha) era de un dorado tenue debido a un mayor contenido de beta-caroteno. La segunda generación, el arroz dorado 2 (parte izquierda), tiene un amarillo más intenso porque su contenido de beta-caroteno es 20 veces mayor que el del arroz dorado original. FIGURA E13-4 Arroz dorado

109 Objeciones científicas a los OGM
Cuestiones relacionadas con la seguridad al comer OGM. ¿Es peligroso para los humanos ingerir la proteína Bt de las plantas resistentes a los insectos? ¿Es peligroso comer pescados transgénicos producidos con la hormona del crecimiento?

110 Objeciones científicas a los OGM
Cuestiones relacionadas con la seguridad al comer OGM. ¿Los cultivos GM podrían causar reacciones alérgicas? La USDA ahora monitorea todas las plantas de cultivos transgénicos para conocer su potencial alergénico. El estudio toxicológico de plantas GM (2003) concluyó que la ingesta de los cultivos transgénicos actuales no representa riesgos significativos para la salud humana.

111 Objeciones científicas a los OGM
Peligros ambientales que plantean los OGM: El polen de las plantas modificadas puede portar genes GM a la población de plantas silvestres. ¿Los genes resistentes a los herbicidas podrían ser transferidos a especies de maleza, produciendo así una supermaleza?

112 Objeciones científicas a los OGM
Peligros ambientales que plantean los OGM: ¿Los peces GM podrían reducir la biodiversidad de la población silvestre si escapan? La reducción en la diversidad de peces silvestres los hace más susceptibles a brotes catastróficos de enfermedades.

113 Objeciones científicas a los OGM
Peligros ambientales que plantean los OGM: Estados Unidos descubrió que no cuenta con un sistema adecuado para monitorear los cambios en los ecosistemas que podrían ocasionar los cultivos transgénicos (Estudio del 2003 de la Academia Nacional de Ciencias).

114 El genoma humano ¿Los padres deben conocer la salud genética del feto?

115 El genoma humano ¿Debería permitirse a los padres seleccionar los genomas de sus descendientes? Actualmente se realizan pruebas a los embriones de la fertilización in vitro antes de implantarlos. Muchos de los embriones que no se utilizan son desechados.

116 El genoma humano ¿Debería permitirse a los padres diseñar o corregir los genomas de sus descendientes?

117 FIGURA La tecnología de clonación humana permitiría la corrección permanente de los trastornos genéticos En este proceso, los embriones humanos provienen de óvulos fecundados in vitro empleando un espermatozoide producido por un hombre y un óvulo de una mujer, donde uno o ambos sufren un trastorno genético. Cuando un embrión que contiene un gen defectuoso crece en un conglomerado pequeño de células, una sola célula se elimina del embrión y el gen defectuoso se reemplaza utilizando un vector apropiado. El núcleo reparado se implanta en otro óvulo (tomado de la misma mujer), cuyo núcleo haya sido removido. El óvulo reparado se implanta después en el útero de la mujer para que continúe su desarrollo normal. Figura La tecnología de clonación humana permitiría la corrección permanente de los trastornos genéticos En este proceso, los embriones humanos provienen de óvulos fecundados in vitro empleando un espermatozoide producido por un hombre y un óvulo de una mujer, donde uno o ambos sufren un trastorno genético. Cuando un embrión que contiene un gen defectuoso crece en un conglomerado pequeño de células, una sola célula se elimina del embrión y el gen defectuoso se reemplaza utilizando un vector apropiado. El núcleo reparado se implanta en otro óvulo (tomado de la misma mujer), cuyo núcleo haya sido removido. El óvulo reparado se implanta después en el útero de la mujer para que continúe su desarrollo normal.

118 Figura (parte 1) La tecnología de clonación humana permitiría la corrección permanente de los trastornos genéticos En este proceso, los embriones humanos provienen de óvulos fecundados in vitro empleando un espermatozoide producido por un hombre y un óvulo de una mujer, donde uno o ambos sufren un trastorno genético. Cuando un embrión que contiene un gen defectuoso crece en un conglomerado pequeño de células, una sola célula se elimina del embrión y el gen defectuoso se reemplaza utilizando un vector apropiado. El núcleo reparado se implanta en otro óvulo (tomado de la misma mujer), cuyo núcleo haya sido removido. El óvulo reparado se implanta después en el útero de la mujer para que continúe su desarrollo normal. FIGURA (parte 1) La tecnología de clonación humana permitiría la corrección permanente de los trastornos genéticos

119 Figura (parte 2) La tecnología de clonación humana permitiría la corrección permanente de los trastornos genéticos En este proceso, los embriones humanos provienen de óvulos fecundados in vitro empleando un espermatozoide producido por un hombre y un óvulo de una mujer, donde uno o ambos sufren un trastorno genético. Cuando un embrión que contiene un gen defectuoso crece en un conglomerado pequeño de células, una sola célula se elimina del embrión y el gen defectuoso se reemplaza utilizando un vector apropiado. El núcleo reparado se implanta en otro óvulo (tomado de la misma mujer), cuyo núcleo haya sido removido. El óvulo reparado se implanta después en el útero de la mujer para que continúe su desarrollo normal. FIGURA (parte 2) La tecnología de clonación humana permitiría la corrección permanente de los trastornos genéticos