“BIOLOGÍA MOLECULAR: Herramienta de la Biotecnología”

CONTENIDO: Historia de la Biología Molecular La Biología Molecular: herramienta de la Biotecnología Tecnología del ADN Ingeniería Genética Marcadores Reflexión Final

AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR 1941 Genes codifican las proteínas 1944 Prueba que el ADN porta la información genética 1953 Determinación de estructura del ADN y de la Insulina 1956 Enfermedad monogénica sustitución de un aa cadena β-hemoglobina 1961 Código Genético, ARN mensajero, regulación génica 1967 Wise y Richardson aislaron ADN ligasa 1970 Smith y colegas aislaron y caracterizaron la Hind III 1972 Janet Mertz y Ron Davis cortaron y pegaron mol de ADN 1973 Stanley Cohen y H. Boyer pusieron ADNr en bacterias 1974 Demostración directa de delección génica humana 1975 Southern Blotting 1976 Proto-oncogenes 1977 Fred Sanger secuenció el virus de ADN Ф X174 1978 Biblioteca génica humana 1979 RFPL para diagnóstico prenatal, oncogenes celulares

AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR 1979-81 genes humanos clonados y secuenciados 1982 Tabaco, la primera planta modificada genéticamente 1983 Kary Mullis concibe el PCR / Fred Sanger y colegas publican la secuencia del λ lambda 1985 Un “gen de enfermedad” aislado por clonación posicional 1986 La secuenciación del ADN es automatizada 1987 Inicia el Proyecto del Genoma Humano 1995 Es secuenciado la bacteria Haemophillus influenzae 1996 Es secuenciada la levadura Saccharomyces cerevisiae 1998 Es secuenciado el nemátodo Caenorhabditis elegans 1999 Es secuenciado el cromosoma 22 humano 2000 Es secuenciada la mosca de la fruta D. melanogaster / 26 de junio se presenta 90% borrador genoma humano 2001 Feb 2001 se completa el genoma humano.

BASES MOLECULARES DE LA VIDA ADN ADN ARN PROTEÍNAS genoma Célula cromosomas genes los genes contienen instrucciones para hacer proteínas ADN las proteínas actúan solas o en complejos para realizar las funciones celulares BASES MOLECULARES DE LA VIDA ADN ADN ARN PROTEÍNAS

BIOTECNOLOGÍA Es el medio o vía de manipulación de las formas de vida (organismos) para proveer un producto deseable para el uso del hombre. Areas cubiertas por el término Biotecnología incluyen: i) Biología Molecular: ADN recombinante, cultivo de células animales, cultivo de tejidos vegetales, inmunología, mejoramiento animal y vegetal, ii) Fermentación, iii) Sistema de Enzimas y iv) Otras.

Anticuerpos Monoclonales . 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 BIOTECNOLOGÍA Producción de Proteínas humanas Terapia Génica Bancos de ADN, ARN Proteínas Mapas de Genomas completos Biología Molecular Cultivos Celulares Anticuerpos Monoclonales Síntesis de Nuevas Proteínas Nuevos Antibióticos Nuevas Plantas y Animales Alimentos Recursos humanos químicos raros BIOTECNOLOGÍA

Tecnología del ADN BIOINFORMÁTICA Campo convergente de la biología, computación e información tecnológica en una misma disciplina. La meta última de este campo es posibilitar el descubrimiento de nuevas ideas biológicas, así como crear una perspectiva global de la que puedan ser discernidos principios unificadores de la biología (www.ncbi.nlm.nih.gov/Education/index.html).

GENÓMICA Es el estudio del genoma y su acción. Tecnología del ADN El genoma es la suma total del material genético presente en un organismo particular e incluye el ADN presente en los cromosomas y en los organelos subcelulares (ej., mitocondrias) e incluye el genoma de ARN de algunos virus. El anuncio el 26 de junio de 2000, del borrador del genoma humano en un 90%, marcó un hito histórico para la humanidad.

GENOMAS Tecnología del ADN IDENTIDAD GENÉTICA El genoma de un organismo es el juego completo de ADN. La planificación del Proyecto Genoma Humano se inició en 1986, previsto para el 2007. En Junio de 2000 se presentó el 90% del borrador con la secuenciación de unos 30,000 genes y 3 mil millones de pares de bases (pb). Los genes son secuencias específicas de bases que codifican instrucciones para hacer proteínas. Los genes son un 2% del genoma humano. Entre una persona y otra el ADN solo difiere en 0.2% 60% IDENTIDAD GENÉTICA De 289 genes humanos implicados en enfermedades, hay 177 cercanamente similares a los genes de Drosophila. 20% 70% 95% idéntico Humanos 30,000 genes Chimpancé 30,000 genes Ratón 30,000 genes A. thaliana 25,000 genes C. elegans 19,000 genes D. melanogaster 13,000 genes

Leer 3 mil M de bases. Si el sistema se logra GENÓMICA FUTURA 14th International Genome Secuencing and Analysis Conference (oct. 2002), la US Genomics Inc., presentó un aparato que lee la doble hélice de ADN sin cortarlo. Abre la doble hélice espiral de ADN, la lineariza y la pasa por un escaner para leerla en un lector fijo (como una pélicula de carrete pasa por un proyector), las moléculas se mueven a 30 M de bases por minuto. En 40 minutos se pueden Leer 3 mil M de bases. Si el sistema se logra pasar a un biochip el tiempo bajará a menos de cinco minutos por la habilidad de capturar un Terabyte (1024 o 1000 gigabites, un gigabite = 1024 o 1000 Megabites) de información cada pocos segundos.(Uehling, M. D, Bio-It World Nov. 12 2002).

INGENIERÍA GENÉTICA O ADNr La Ingeniería Genética o tecnología del ADNr se inició en la década de los 70s. Se refiere a un grupo de tecnologías usadas para cambiar la composición genética de las células y mover genes a través de las fronteras de las especies para producir nuevos organismos. Se pueden aislar genes, modificarlos, introducirlos a nuevos hospederos, y clonarlos para obtener una ventaja novedosa sobre el organismo natural.

Ingeniería Genética NUEVAS PROTEÍNAS Enzimas producidas por Biotecnología mediante el ADN recombinante se usan como aditivos en dietas de aves, para digerir carbohidratos complejos como las beta-glucanasas, alfa-amilasas, maltasas, oligo 1-6 glucosidasas, xilanasas, sacarasas; lipasas; proteasas y fitasas (para la utilización del fósforo). En México, tienen un gran impacto en la producción avícola proporcionando 3/5 de carne de aves para el consumo de proteína animal. Se considera que el mercado mundial de enzimas como aditivos en los alimentos crecerá del valor actual de US $ 60 millones al doble para el 2005. (Avila G., E. Huatulco 2001).

Ingeniería Genética NUEVAS PLANTAS 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%. La composición química de los granos no cambia. El azúcar trehalosa ayuda a estabilizar moléculas biológicas: lípidos, enzimas y otras proteínas, en organismos en condiciones de estrés (PNAS Online, 27 nov. 2002).

Ingeniería Genética NUEVOS ANIMALES 1987 secreción de Beta-lactoglobulina en leche de ratón. Producción de proteína C humana en leche de cerdos, para desórdenes como hemofilia. Hormonas de crecimiento humano en tejido seminal de cerdo. Antitrombina humana III, anti- coagulante sanguíneo secretada en leche de cabras transgénicas. Cabras transgénicas para producir BioSteel fibra hecha por el hombre con propiedades de tela de araña.

Ingeniería Genética NUEVOS ALIMENTOS ARROZ DORADO con beta caroteno de genes de narciso y de Erwinia uredovora, pigmentos que se transforman en pro-vitamina A al ser ingeridos. Hay 70 patentes implicadas en la consecución del arroz dorado; acuerdo con la industria reducen a 12 las patentes esenciales y se limita su cultivo gratuito a las explotaciones agrícolas que no superen los 10.000 dólares de beneficios anuales (Gebelli, 2001). ARROZ fortificado con un gen de la ferritina del frijol de soya. ARROZ con aa esenciales.

Salmón transgénico por Ingeniería Genética NUEVOS ALIMENTOS 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. Cerdo transgénico para el precursor de la hormona de crecimiento proteasa resistente (GHRH). Por técnicas de mutagénesis sitio dirigida y terapia electrogénica, se introdujo en músculo de cerdo. Los efectos de una inyección de 10 mg de dosis del plásmido, en cerdos de tres semanas de edad, se mantuvo sobre 60 días con un 42% mayor que los controles a los 62 días (42 kg contra 29 kg). (ISB, 2000 mar). (ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).

Ingeniería Genética NUEVOS ANTIBIÓTICOS PAPA con la vacuna que previene la insulina dependencia de la diabetes mellitus 100 veces más poderosa que la actual vacuna. PAPA con la sub-unidad B antigénica de la enterotoxina del Vibrio cholerae causante del cólera). FRIJOL de SOYA con anticuerpos que protegen contra el virus 2 de Herpes simplex (HSV). TABACO con anticuerpos que previenen la caries dental producida por Streptococcus mutans.

CLONACION Ingeniería Genética Término genérico para la replicación en un laboratorio de genes, células u organismos de una entidad original, con copias genéticas exactas del gen, célula u organismo original. Esta técnica ha producido avances sensacionales en medicinas y vacunas. También hay investigación en clonación de células humanas, órganos y otros tejidos. Esto puede producir el reemplazo de piel, cartilagos y hueso para victimas de quemaduras y accidentes, o de órganos.

TERAPIA DE CÉLULAS MADRE Ingeniería Genética TERAPIA DE CÉLULAS MADRE

Ingeniería Genética TERAPIA GÉNICA Rafael Valdes del Hospital de Niños de México Implantó células de cerdo en 12 adolescentes en procura de curar su diabetes. En su método, usó células especializadas para proteger el transplante de los sistemas inmunológicos de los pacientes hospederos, que nunca había sido ensayado en humanos. Los implantes en los pacientes constan de células pancreáticas de cerdo, las cuales producen insulina (hay 150 millones de diabéticos en el mundo) . Para prevenir el rechazo del transplante implantó células de Sertoli (de testículo de cerdo) que han mostrado que protegen a los tejidos transplantados del sistema inmune recipiente en algunos modelos animales. Uno de los pacientes ha dejado de inyectarse insulina y cinco otros están tomando menos insulina que antes. Los resultados han llegado sin usar medicamentos Inmuno- supresores, los cuales tienen que ser dados por el resto de sus vidas a recipientes de transplantes (Nature/Vol. 419/5 sept. 2002).

FUTURO NANOTECNOLÓGICO Marcadores FUTURO NANOTECNOLÓGICO Shumin Nie y sus colegas desarrollaron un cristal superconductor a escala nanométrica llamado punto cuántico (diez nanómetros es un diámetro 1000 veces menor que el grosor de un cabello humano). Las nanopartículas que usa pueden brillar en un espectro de seis colores visibles y cuatro infrarrojos. Variando su tamaño ligeramente, se puede hacer que brillen en uno de los 10 colores disponibles. En un futuro próximo, podrán ser enlazadas a fármacos médicos o agentes terapéuticos para identificar y tratar células cancerosas. Una vez detectadas estas últimas, podrían actuar como "bombas inteligentes", liberando una cantidad controlada de medicamento que sea apropiado para cada tipo particular de célula.

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