revista_biotecnologia I

BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA1
BIOTECHNOLOGY AND GENETIC ENGINEERING 1
ALVARO CALERO ESCOLAR2, MS.C
PALABRAS CLAVE:
RESUMEN
ADN, toxinas, genoma humano,
transgenesis
Los avances en ingeniería genética han contribuido esencialmente a desarrollar productos de aplicaciones industriales, las clonaciones, la transferencia de toxinas y la terapia génica entre otras, han marcado avances para
solucionar enfermedades congénitas en algunos casos o manifestaciones
infecciosas.Estos avances como el germinivirus en el uso del tabaco y
endotoxinas de BT son procesados para evitar el daño de algunos tejidos en
plantas, también podemos mencionar la terapia génica para reparar e introducir genes funcionales en pacientes.
KEY WORDS:
ADN, toxins, human genome,
transgenesis
ABSTRACT
The advancements in genetic engineering have contributed essentially to
develop products of industrial applications, the clonation , the toxins
transference and the genic therapy among others have marked advances to
solve congenital diseases in some cases or infectious manifestations.
These advancements such as the geminivirus in tobacco case and endotoxins
of BT are processed in order to avoid the damage of some tissues in plants,
the genic therapy also can be mentioned to prepare and introduce functional
genes in patients.
____________
Recibido para evaluación: Noviembre 29 de 2002. Aprobado para publicación: 28 de febrero de 2003.
1
2
Contribución a la II Muestra Agroindustrial. Universidad del Cauca, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Popayán, Noviembre 8, 9 y 10
de 2000.
Profesor Universidad del Valle, Departamento de Química.
Correspondencia: Alvaro Calero Escolar, e_mail: [email protected]
Facultad de Ciencias Agropecuarias
Vol 1 No.1 Marzo 2003
INTRODUCCION
La Ingeniería Genética es una de las áreas que hoy por
hoy toma fuerza dado los diferentes desarrollos que se
han generado en la identificación del mapa genético.
También, su uso en la producción de nuevos
biomateriales, en la predeterminación del sexo. En esta
corta revisión de la Ingeniería genética, se muestra la
importancia de la genética en el desarrollo de nuevos
productos.
Clonación: Multiplicación de moleculas de ADN
identicas en cultivo de celulas de bacterias, levaduras,
plantas o animales. (1,2)
Clon: es una colonia de moleculas de la sustancia hereditaria geneticamente identicos o un individuo unico que
representa una copia genetica exacta del otro.
Clonar: es el copiado de un ser viviente por metodos no
sexuales.
Figura 1. ADN y ARN polimeros de nucleotidos.
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CLONACIÓN DE LA TELA DE ARAÑA
CONDUCE A LA PRODUCCIÓN DE NUEVOS
BIOMATERIALES
Científicos Lebensmittel Consulting (Fostoria, OH) Plant
Cell Technologies (Chatham, MA), patentaron una técnica para clonar el gen y producir largas cadenas de tela
de araña. Figura 3.
•
•
•
Produce fibras de 190 Tn.
Peso molecular 220.000 a 800.000 k/dalton,
30.000 pares de bases.
Características
•
•
•
•
Cientos de veces más delgados que el cabello humano
Mas elástico que el nylon
Mas fuerte que el acero e
Impermeable.
Biotecnología para control de reproducción de cucarachas
•
•
•
Ecologix TM carnada para alterar el metabolismo
de las cucarachas.
Combinación de sustancias naturales que previenen la reproducción de los adultos.
Cuando el insecto come la carnada se altera su
metabolismo no pueden crecer y mueren de hambre.
SEMEN SELECCIONADO PARA
PREDETERMINACIÓN DE SEXO
Ternero de la Universidad del estado de Colorado obtenidos por técnicas de inseminación artificial usando semen seleccionado. Figura 4. (3)
Lawrence A. Jonson Ph.D. y colaboradores desarrollaron un práctico método para predeterminar el sexo en el
ganado vacuno. (3)
En 1953, James Watson y Francis Crick dedujeron la estructura
del ADN. Los genomas de todas las células y la mayoría de los
virus más grandes están compuestos de ADN de doble banda.
Algunos de los virus más pequeños contienen su información
genética como un ADN de una sola banda o como ARN. (1)
1.
2.
3.
Células Ovoides separadas en cromosomas X, Y.
Los cromosomas X tienen 4% mas de ADN que
las Y.
Realizan modificación cromo-somica
Método físico can ayuda de citometria y láser.
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•
•
Todos los terneros nacen saludables y normales.
Beneficio comercial se pueden obtener mejores
productores de carne o de leche según las necesidades.
•
Car ticel proporciona un cultivo autologo de
chondrocitos por implantación.
•
Genzyme Tissue Repair (Cambridge, M.A.)
FDA A PRUEBA GENZYME'S CARTICEL
PRODUCTO PARA REPARAR DAÑOS EN LA
RODILLA
ADN VIRICO EN LOS CROMOSOMAS DEL
TABACO Y DE UNA PLANTA
ESTRECHAMENTE EMPARENTADA.
Defectos cartilaginosos sin-tomáticos del condilo
femoral medio, lateral ó troclear causados por traumas
repetitivos o agudos. (Figura 5) (4)
Durante la evolución que ha conducido al tabaco
(Nicotiana tabacum), dos padres diploides, N.sylvestris
y N.tomentosiformis, cada uno de ellos dotados de 12
Figura 2. Emparejamiento y complementariedad estructural entre A/T y entre G/C.
Figura 3. Clonación de la tela de araña.
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INFECCIÓN DE UNA HOJA DE
TABACO POR UN GEMINIVIRUS
Figura 4. Terneros obtenidos por inseminación.
Los geminivirus son virus vegetales de una
sola hebra circular de ADN, protegidos por
una envoltura de proteínas, planta de tabaco infectada por un virus vegetal, hoja enrollada manchada con lesiones necróticas
amarillas. (ver Figura 8) (5)
•
Planta de adorno (Kalanchoe tubiflora),
infectada, en el laboratorio, (Agrobactrium tumefaciens).
•
Dispone de capacidad natural para trans
ferir ADN a los vegetales, induciendo tumores benignos. (Figura 9) (5)
Figura 5. Defectos cartilaginosos.
Taladros de Maíz
Larvas y adultos de los taladros del maíz O.
nubilalis y S. nonagrioides. (Figura 10) (5)
Daños Producidos
•
•
•
pares de cromosomas, se cruzaron para producir el antepasado del tabaco.(ver Figura 6) (4)
PRINCIPALES ETAPAS DE LA
TRANSGENESIS
Las plantas transgénicas poseen dos genes de resistencia a los antibióticos. (5)
1.
2.
Gen de clonación, permite mantener su construcción genética en la bacteria E.Coli .
Gen sirve para seleccionar las células vegetales en
las que se integra esta construcción.
(ver Figura 7)
Las larvas se alimentan de las hojas al
comienzo de su desarrollo
Posteriormente se introducen en la caña
llegan al cuello de la raíz
En ocasiones se introducen en la mazorca. (Figura 11) (5)
MODO DE ACCIÓN DE ENDOTOXINAS
•
•
•
Las δ - endotoxinas de Bt son procesadas a su
forma activa al ser ingeridas por el insecto.
La toxina se une a un receptor en la membrana
de las células epiteliales del tubo digestivo
Lisis celular osmótica y muerte del insecto. (Figura 12) (5)
TRANSFERENCIA DE TOXINAS DE B.
TRHURINGIENSIS A PLANTAS DE MAÍZ
Transformación de las plantas de maíz, utilizando
plásmidos que contienen el gen de B.thuringiensis que
codifica la toxina, un promotor y un gen marcador. (Figura 13) (4,5)
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Figura 6. Secuencia del tabaco.
Figura 9. Planta inducida.
GENOMA HUMANO
Figura 7. Secuencia de clonación en la E. Col.
Mapa genético del hombre.
inversión:
3 billones de dólares
Secuenciar 3 billones de unidades de ADN
Esfuerzo conjunto (antecedentes):
1865: G.Mendel, descripción leyes de la
herencia
1910: Morgan, localización de los genes en
los cromosomas.
Figura 8. Planta de tabaco infectada.
1953: J. Watson y F.Crick, estructura del
ADN.
1975: F.Sanger desarrollo técnica de
secuenciación.
Avances en las areas de:
•
Biología
•
Química
•
Física
•
Matemática y
•
Cinecia de los computadores.
MAPA GENÉTICO
Secuencia de caracteres que identifican los
cuatro constituyentes químicos del ADN.
(4,5)
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Figura 10. Larvas y adultos de los taladros de maiz.
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TERAPIA GENÉTICA
Metodo moderno para aprovechar
la ingeniería genética para reparar
e introducir genes funcionales en
un paciente a fin de devolverle la
salud. (5)
PROYECTO GENOMA
HUMANO
Figura 11. Daños producidos en el maiz.
Aprobado por el congreso de U.S.
en 1988 Inversionistas: Departamento de Energía de U.S.
Instituto Nacional de Salud.
Empresa Privada: Laboratorios
Farmacéuticos
Países participantes:
Estados Unidos
Japón
Inglaterra
Alemania
Francia
China
76%
7%
5%
4%
4%
4%
Iniciación: Octubra de 1998
Finalización: en el 2005/2003.
Mayo de 1998: tenían el 15% de la
secuenciación humana
Mayo del 2000: tenían el 90%.
Proyecto:
•
Figura 12. Mecanismo de rompimiento.
•
•
•
Secuencia del ADN humano
Mapear o identificar entre
60000 a 100000 genes.
Poder llegar en 20 años a identificar la función de cada gen.
Plantear aspectos éticos, legales y sociales.
Implicaciones
•
•
Eticas-Sociales
Legales
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Figura 13. Transferencia de Toxinas.
A : Adenina
T : Timina
C : Citisina
G :Glicina
ADN se encuentra organizado en 23 pares de cromosomas: 23
cromosomas femeninos y 23 cromosomas masculinos. (5)
Cada cromosoma alberga miles de genes:
Están contenidas las instrucciones
para el funcionamiento celular
En los genes
Instrucciones del código de la vida
escritos en un alfabeto
Genes - palabras
construidas con ellas.
Privacidad y Confidencialidad: derecho a la reserva
de la información genética C.G.
Propiedad y Patentabilidad: Etica - Cuestiona la
patentabilidad del genoma humano.
UNESCO 1997 publicó la Declaración Universal sobre el Genoma Humano D.U.G.H. patrimonio de la
humanidad.(3)
Genoma humano estado natural no puede dar lugar a
beneficios económicos. (5)
UNESCO VS. OFICINA DE PATENTES
Discriminación: Modificar organismos vivientes a partir
de sus genes.
REFERENCIAS
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
http:www.iupui.edu/nivec/ngv
http:www.uiowa.edu/n gene
http:www.med.unc.edu/wrkunits/
3ctrpgm/Lec/vos/lab/ongoing
http:www.mc.vanderbilf.edu/gerc/gene/index