SCIE-112 Taller 5

TALLER 5 INGENIERÍA GENÉTICA SCIE 112 Ciencias Integradas 112

Objetivos específicos Al finalizar el taller, el/la estudiante: 1. Describirá los pasos básicos que se siguen comúnmente en los experimentos de ingeniería genética. 2. Describirá las aplicaciones de la ingeniería genética para modificar plantas y animales. 3. Resumirá los objetivos principales del Proyecto del Genoma Humano. 4. Identificará las aplicaciones del ADN en cuanto a huellas genéticas y la clonación. 5. Resumirá el proceso de formación de las especies a la luz de las teorías evolutivas.

INGENIERÍA GENÉTICA

Ingeniería genética ◦ La ingeniería genética es el proceso de la utilización de la tecnología del ADN recombinante (ADNr) para alterar la composición genética de un organismo. ◦ Tradicionalmente, los seres humanos han manipulado indirectamente los genomas mediante el control de la reproducción, así como seleccionando aquella descendencia que tenga las características deseadas. ◦ La ingeniería genética implica la manipulación directa de uno o más genes. ◦ Lo más común es que un gen de otra especie se introduzca en el genoma de un organismo para producir el fenotipo deseado. ◦ La ingeniería genética es tomando fragmentos de ADN y combinándolos con otras piezas de ADN.

Ingeniería genética ◦ En un experimento de ingeniería genética es tomando fragmentos de ADN y combinándolos con otras piezas de ADN. ◦ Esto realmente no sucede en la naturaleza; es algo que producimos en tubos de ensayo en el laboratorio. ◦ Después se toma lo producido y se propaga en diferentes organismos que van desde células de bacterias, a las de levaduras, a las plantas y los animales.

PROYECTO GENOMA HUMANO

El Genoma Humano ◦ Es el genoma del Homo sapiens. ◦ Está compuesto por 24 secuencias cromosómicas distintas (22 autosomas + 2 cromosomas sexuales: X, Y) con un tamaño total aproximado de 3200 millones de pares de bases de ADN (3200 Mb megabase) que contienen unos 20.000-25.000 genes.

Proyecto Genoma Humano ◦ El (PGH) (Human Genome Project en inglés) consiste en determinar las posiciones relativas de todos los nucleótidos (o pares de bases) e identificar los 20.000 a 25.000 genes presentes en él. ◦ Los beneficios de conocer e interpretar el genoma se esperan fructíferos en los campos de la medicina y de la biotecnología.

Proyecto Genoma Humano - Human Genome Project ◦ El Proyecto Genoma Humano fue una investigación internacional que descifró la totalidad de la secuencia del genoma humano, mapeando y secuenciando todos sus genes. ◦ Oficialmente se inició en 1990 como un programa a quince años vista, con el que se pretendía registrar los 80.000-100.000 genes humanos (finalmente se comprobó que eran alrededor de 20.000-25.000). ◦ Los rápidos avances tecnológicos aceleraron los tiempos de modo que los resultados iniciales se publicaron en febrero de 2001, y la secuenciación se completó en el 2003, aunque no se conocen en detalle las funciones de todos los elementos del genoma.

Los objetivos concretos del Proyecto fueron: ◦ Identificar los aproximadamente 100.000 genes humanos en el ADN. ◦ Determinar la secuencia de 3 billones de bases químicas que conforman el ADN. ◦ Guardar la información en bases de datos. ◦ Desarrollar de modo rápido y eficiente tecnologías de secuenciación. ◦ Desarrollar herramientas para análisis de datos. ◦ Dirimir las cuestiones éticas, legales y sociales que se derivan del proyecto.

BIOTECNOLOGIA

Biotecnología ◦ Es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura, farmacia , ciencia de los alimentos, ciencias forestales y medicina. ◦ Se desarrolla en un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias. ◦ Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos.

Biotecnología y sus aplicaciones ◦La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales como lo son ◦ La atención de la salud. ◦ La agricultura . ◦ Usos no alimentarios de los cultivos. ◦ Y cuidado medioambiental a través de la biorremediación.

Biotecnología y sus aplicaciones ◦ Biotecnología en procesos médicos. Un ejemplo de ello es: ◦ Diseño de organismos para producir antibióticos ◦ El desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos. ◦ Los diagnósticos moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación genética.

Biotecnología y sus aplicaciones ◦Biotecnología industrial, es aquella aplicada a procesos industriales. ◦ El diseño de microorganismos para producir un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores industriales. ◦ También se aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil. ◦ Creación de productos fácilmente degradables.

Biotecnología y sus aplicaciones ◦ Biotecnología aplicada a procesos agrícolas. ◦ El diseño de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermedades. ◦ La ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas. ◦ Biocombustibles

Biotecnología y sus ventajas ◦ Entre las principales ventajas de la biotecnología se tienen: ◦ Rendimiento superior de los cultivos. ◦ Reducción de pesticidas para reducir su uso que esta asociado a grandes daños ambientales y a la salud. ◦ Mejora en la nutrición añadiendo vitaminas y proteínas adicionales en alimentos así como reducir los alergenos y toxinas naturales.

Biotecnología y los riesgos para el medio ambiente ◦ Polinización cruzada, por medio de la cual el polen de los cultivos genéticamente modificados (GM) se difunde a cultivos no GM en campos cercanos. ◦ Esto que podría dar lugar, por ejemplo, al desarrollo de maleza más agresiva o de parientes silvestres con mayor resistencia a las enfermedades o a los estreses abióticos, trastornando el equilibrio del ecosistema.

Biotecnología y los riesgos para el medio ambiente ◦ Otros riesgos ecológicos surgen del gran uso de cultivos modificados genéticamente con genes que producen toxinas insecticidas. Esto puede hacer que se desarrolle una resistencia al gen en poblaciones de insectos expuestas a cultivos GM. ◦ También puede haber riesgo para especies que no son el objetivo, como aves y mariposas, por plantas con genes insecticidas. ◦ También se puede perder biodiversidad, por ejemplo, como consecuencia del desplazamiento de cultivos tradicionales por un pequeño número de cultivos modificados genéticamente\".

Biotecnología y los riesgos para la salud ◦ Existen riesgos de transferir toxinas de una forma de vida a otra, de crear nuevas toxinas o de transferir compuestos alergénicos de una especie a otra, lo que podría dar lugar a reacciones alérgicas imprevistas. ◦ Existe el riesgo de que bacterias y virus modificados escapen de los laboratorios de alta seguridad e infecten a la población humana o animal.

Biotecnología y las preocupaciones éticas y sociales ◦ Los avances en genética y el desarrollo del Proyecto Genoma Humano, en conjunción con las tecnologías reproductivas, han suscitado preocupaciones de carácter ético sobre las cuales aún no hay consenso. ◦ Reproducción asistida del ser humano. Estatuto ético del embrión y del feto. Derecho individual a procrear. ◦ Sondeos genéticos y sus posibles aplicaciones discriminatorias: derechos a la intimidad genética y a no saber predisposiciones a enfermedades incurables.

Biotecnología y las preocupaciones éticas y sociales ◦ Modificación del genoma humano para \"mejorar\" la naturaleza humana. ◦ Clonación y el concepto de singularidad individual ante el derecho a no ser producto del diseño de otros. ◦ Cuestiones derivadas del mercantilismo de la vida (p. ej., patentes biotecnológicas).

Biotecnología y las preocupaciones éticas y sociales ◦ Reconociendo que los problemas éticos suscitados por los rápidos adelantos de la ciencia y de sus aplicaciones tecnológicas deben examinarse teniendo en cuenta no sólo el respeto debido a la dignidad humana, sino también la observancia de los derechos humanos, la Conferencia General de la UNESCO aprobó en octubre de 2005 la Declaración Universal sobre Bioética y Derechos Humanos.

DNA-HUELLA GENETICA- CLONACIÓN

¿Qué es la Huella Genética? ◦ El ADN contiene toda la información necesaria para el desarrollo de los seres vivos. Los individuos de la misma especie comparten gran parte de su secuencia de ADN, pero existen determinadas regiones altamente variables que son propias de cada sujeto. ◦ Estas zonas del genoma se denominan polimorfismos o marcadores genéticos, y son utilizadas para la identificación de personas ya que dos seres humanos no relacionados es poco probable que tengan en común los mismos marcadores genéticos. Al conjunto de polimorfismos propio de cada persona se le conoce como perfil genético o huella genética.

Clonación ◦ Clonar significa obtener un individuo a partir de una célula o de un núcleo de otro individuo.



Evolución ◦ La evolución biológica es el proceso continuo de transformación de las especies a través de cambios producidos en sucesivas generaciones, y que se ve reflejado en el cambio de las frecuencia alelicas de una población. ◦ Generalmente se denomina evolución a cualquier proceso de cambio en el tiempo. ◦ En el contexto de las Ciencia de la vida, la evolución es un cambio en el perfil genético de una población de individuos, que puede llevar a la aparición de nuevas especies, a la adaptación a distintos ambientes o a la aparición de novedades evolutivas.

Hecho evolutivo V/S Teoría Evolutiva ◦ Se denomina hecho evolutivo al hecho científico de que los seres vivos están emparentados entre sí y han ido transformándose a lo largo del tiempo. ◦ La teoría de la evolución es el modelo científico que describe la transformación y diversificación evolutivas y explica sus causas.

Evolución ◦ Charles Darwin y Alfred Russel Wallace propusieron la selección natural como principal mecanismo de la evolución. ◦ Actualmente, la teoría de la evolución combina las propuestas de Darwin y Wallace con las leyes de Mendel y otros avances genéticos posteriores; por eso es llamada Síntesis Moderna o Teoría Sintética. ◦ En el seno de esta teoría, la evolución se define como un cambio en la frecuencia de los alelos en una población a lo largo de las generaciones.

Evolución ◦ Este cambio en la frecuencia de los alelos puede ser causado por una cantidad de mecanismos diferentes: ◦ Selección natural ◦ Deriva genética ◦ Mutación ◦ Migración (flujo genético).

Evolución por selección natural ◦ La selección natural - es un mecanismo evolutivo que se define como la reproducción diferencial de los genotipos en el seno de una población biológica. ◦ En Biología evolutiva se considera la principal causa del origen de las especies y de su adaptación al medio.

Evolución por selección natural ◦ La formulación clásica de la selección natural establece que las condiciones de un medio ambiente favorecen o dificultan, es decir, seleccionan la reproducción de los organismos vivos según sean sus peculiaridades. ◦ La selección natural fue propuesta por Darwin como medio para explicar la evolución biológica. Esta explicación parte de dos premisas. ◦ Los descendientes de un organismo hay una variación aleatoria, no determinista, que es en parte heredable. ◦ La variabilidad puede dar lugar a diferencias de supervivencia y de éxito reproductor, haciendo que algunas características de nueva aparición se puedan extender en la población. ◦ La acumulación de estos cambios a lo largo de las generaciones produciría todos los fenómenos evolutivos.

Evolución por selección natural ◦ La selección natural puede ser expresada como la siguiente ley general, tomada de la conclusión de El origen de las especies: Existen organismos que se reproducen y la progenie hereda características de sus progenitores, existen variaciones de características si el medio ambiente no admite a todos los miembros de una población en crecimiento. Entonces aquellos miembros de la población con características menos adaptadas (según lo determine su medio ambiente) morirán con mayor probabilidad. Entonces aquellos miembros con características mejor adaptadas sobrevivirán más probablemente. Darwin, El Origen de las especies

Evolución por selección natural ◦ Grafico demostrando la resistencia de una población a un cambio en el ambiente y su población antes y después del mismo

Evolución por deriva genética ◦ La deriva genética o deriva génica es una fuerza evolutiva que actúa junto con la selección natural cambiando las características de las especies en el tiempo. ◦ Se trata de un cambio aleatorio en la frecuencia de alelos de una generación a otra. ◦ Normalmente se da una pérdida de los alelos menos frecuentes y una fijación (frecuencia próxima al 100%) de los más frecuentes, resultando una disminución en la diversidad genotípica de la población.

Evolución por deriva genética ◦ Como la selección, actúa sobre las poblaciones, alterando la frecuencia de los alelos (frecuencia alélica) y la predominancia de los caracteres sobre los miembros de una población, y cambiando la diversidad genética del grupo. ◦ Los efectos de la deriva se acentúan en poblaciones de tamaño pequeño (como puede ocurrir en el efecto de cuello de botella y el efecto fundador) y resultan en cambios que no son necesariamente adaptativos.

Evolución por deriva genética ◦ Efecto cuello de botella - cuando una población o especie ha sufrido un drástico descenso en el número de miembros en algún momento del pasado, llegando en algunos casos a estar al borde de la extinción. Como consecuencia se homogeneiza la población. ◦ Efecto fundador - consecuencias derivadas de la formación de una nueva población de individuos a partir de un número muy reducido de éstos.

Evolución por deriva genética ◦ La deriva genética tiende a formar una población homocigótica, es decir tiende a eliminar los genotipos heterocigóticos. ◦ Además, ya que en cada población pueden ser distintos los alelos que se pierden y se fijan, la deriva hace que dos o más poblaciones de la misma especie tiendan a diferenciarse genéticamente.

Evolución por mutación ◦ La mutación es una alteración o cambio en la información genética (genotipo) de un ser vivo y que, por lo tanto, va a producir un cambio de características, que se presenta súbita y espontáneamente, y que se puede transmitir o heredar a la descendencia.

Evolución por mutación ◦ Una consecuencia de las mutaciones puede ser una enfermedad genética, sin embargo, aunque en el corto plazo puede parecer perjudiciales, a largo plazo las mutaciones son esenciales para nuestra existencia. ◦ Sin mutación no habría cambio y sin cambio la vida no podría evolucionar.

Evolución por migración o flujo genético ◦ El flujo genético (también conocido como migración) es la transferencia de genes de una población a otra. ◦ La migración hacia o desde una población puede ser responsable de importantes cambios en las frecuencias del acervo genético (el número de individuos con un rasgo particular). ◦ La inmigración puede resultar en la introducción de nuevo material genético al acervo genético establecido de una especie o población particular y, a la inversa, la emigración provoca una pérdida de material genético.

Evolución por migración o flujo genético ◦ Hay un número de factores que afectan al ritmo del flujo genético entre poblaciones diferentes. ◦ Uno de los factores más significativos es la movilidad, y los animales tienden a ser más móviles que las plantas. ◦ Una mayor movilidad tiende a darle más potencial migratorio a un individuo.

Evolución por migración o flujo genético ◦ Barreras al flujo genético ◦ Las barreras físicas al flujo genético son a menudo, pero no siempre, naturales. Pueden incluir cordilleras infranqueables o grandes desiertos, o algo tan sencillo como la Gran Muralla China, que ha dificultado el flujo natural de genes de plantas. Se han hallado ejemplares de la misma especie que crecen en ambos lados con diferencias genéticas. ◦ Flujo genético entre especies ◦ Los genes pueden fluir entre especies, como cuando se transfiere ADN bacteriano a los animales o las plantas.

Referencias ◦ Eldorado, D. (2009). Ingeniería genética o biotecnología. Retrieved from https://ebookcentral.proquest.com. ◦ Equipo, A. (2009). Resumen de “el origen de las especies” de charles darwin. Retrieved from https://ebookcentral.proquest.com. ◦ Strathern, P. (2011). Darwin y la evolución. Retrieved from https://ebookcentral.proquest.com. ◦ Betancourt, S. M. Á. (2008). Evolución. Retrieved from https://ebookcentral.proquest.com.