Ejercicio 5: La clonación (Tema 5, ej.5)

Células madre y clonación.

Las células madre son células indiferenciadas que tienen capacidad de diferenciarse para originar uno o más tipos celulares.

Las células madre

 
Un ser pluricelular se origina a partir de un cigoto, por varias divisiones, cada una de ellas sería una célula madre.  Son células embrionarias pluripotentes. Después ocurriría su diferenciación produciendo una célula especializada. Todas las células tienen la misma información genética, el ADN completo, la diferencia es que en las células musculares se expresarán unos genes y otros se encontrarán reprimidos, mientras que en las nerviosas serán otros genes los que se expresen.  En los seres adultos pluricelulares,  las células se encuentran ya diferenciadas, a excepción de las células de la médula ósea, que pueden diferenciarse a cualquiera de los tipos sanguíneos.

Uso de células madre

• Regeneración de tejidos.
• Terapia génica.
• Experimentación de medicamentos sobre tejidos.
• Avance en investigación  sobre cáncer y otras enfermedades.

Obtención de células madre

• Células madre embrionarias, se necesitan embriones humanos, obtenidos de reproducción asistida o por fecundación in vitro, lo que conlleva problemas éticos y legales.
• Obtención a partir de células adulta reprogramadas, reprogramando células madre de tejidos adultos, usando virus o modificación genética.

Clonación

  Ian Willmut, en 1997 clona el primer mamífero, la famosa oveja Dolly. Reemplazó el ADN de un óvulo normal con el ADN de una oveja adulta, y lo insertó en otra oveja, transformándose la célula adulta en una célula embrionaria que fue capaz de originar un feto del que se formó "Dolly". 

  Este proceso biotecnológico no implica manipulación de genes, sino de núcleos y células, por lo que en sentido estricto no podemos hablar de Ingeniería Genética.
En la especie humana se producen clones de forma natural en el caso de los gemelos idénticos. Para hacerlo artificialmente, hay dos caminos:

• Disociar las células del embrión.
• Transferencia nuclear, tipo a la de Dolly

Las aplicaciones:

• Clonación reproductiva, para mejora en ganadería, o conservación de especies en peligro. No se plantea para el ser humano.
• Clonación terapéutica, para obtener células madre embrionarias, para trasplantes.

Los problemas éticos y legales que plantea, se intentan evitar con el uso de células madre adultas, células del cordón umbilical, evitando el uso de embriones.

Terapia génica

  Consiste en manipular genéticamente células enfermas para que ellas mismas puedan producir las proteínas cuya falta o mal funcionamiento provoca la enfermedad: con la ayuda de un vector adecuado se introduce el gen correcto y se integra en el ADN de la célula enferma.

  En el año 2002 se produjo el primer éxito importante de la terapia génica, corrigiéndose una inmunodeficiencia congénita en dos niños que se habían visto obligados a vivir en una burbuja estéril durante los primeros meses de su vida.

  Hoy se trabaja marcando  genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ellas.

Problemas éticos de la clonación

  La clonación plantea grandes expectativas pero también problemas éticos, existen grupos a favor del uso de estas técnicas y grupos en contra.

 En España, los científicos del Comité de expertos sobre Bioética y Clonación, descartan cualquier posibilidad de donación de seres humanos; aceptando su uso solamente para tratamiento y curación de enfermedades genéticas, creación de nuevos fármacos y realización de trasplantes.

Sería una irresponsabilidad aplicar métodos de clonación en seres humanos. Los niños podrían desarrollar deformidades o trastornos graves como envejecimiento prematuro, cáncer o problemas neurológicos, aun desconocidos.

Otro problema ético sería la posibilidad de que personas influyentes o ricas utilicen estas técnicas en su propio beneficio.

La disminución de la biodiversidad que provocarian los procesos de clonación podrían conducir a la extinción de la especie.

"La reproducción humana pasaría a convertirse en un proceso de producción humana".

Ejercicio 4: Transgénicos (Tema 5, ej.4)

OGM

  Se puede definir un OGM como un organismo vivo ( vegetal o animal) en el que el material genético (ADN) ha sido alterado de manera artificial, confiriéndole una determinada característica o propiedad que no posee de manera natural. Esta definición engloba los transgénicos, pero hay que tener en cuenta que no todos los OGM son transgénicos.
  Un ejemplo hipotético sería el olivo, al que, a través de la modificación de determinados genes, se le aumenta la producción de ácido oleico de sus aceitunas para obtener una mayor cantidad de Ácidos Grasos Omega3.

Antes de la modificación
 

Después de la modificación

TRANSGÉNICOS

 

  Los transgénicos son organismos genéticamente modificados a los que se les ha añadido algún gen de otra especie.

  Por ejemplo, la introducción del gen de la Insulina humana en una bacteria llamada Escherichia Coli, para obtener insulina para pacientes diabéticos.

  Otro ejemplo sería la intoducción de un gen de resistencia a un determinado herbicida en el material genético del trigo. Con ello se consigue poder regar con herbicida todo el campo arado matando a las malas hierbas pero sin dañar la cosecha.

  Las aplicaciones con mas importancia de los Organismos Genéticamente Modificados

 ( incluidos los transgénicos) hacen referencia al sector farmacéutico y alimentario.

  Se introduce el concepto de Alimento Genéticamente Modificado a aquellos alimentos que contienen o están compuestos por OGM, o han sido producidos o contienen ingredientes obtenidos a partir de OGM.

Métodos para introducir ADN a células vegetales:

 

1. Transferencia mediante el plásmido Ti

  Método excelente y de alta eficiencia que está indicado principalmente para plantas dicotiledóneas.

2. Biobalística (Bombardeo con microproyectiles)

 Usado con un amplio rango de plantas y tejidos. Sencillo y barato, pero ineficiente en obtener integraciones estables.

3. Vectores víricos

 Actualmente no es un método efectivo de introducir ADN en plantas

4. Transferencia directa del gen a protoplastos vegetales (Electroporación, Fusión con liposomas).

  Sólo es posible usarlo con aquellas plantas que se puedan regenerar a partir de protoplastos.

5.Microinyección

  Tiene una utilidad limitada ya que sólo se puede inyectar una célula en cada experimento. Requiere la intervención de personal altamente especializado.

 Ventajas e inconvenientes de su uso:

 Ventajas

1. Los cultivos transgénicos resistentes a las plagas y de mayor rendimiento podrían ayudar a cubrir las demandas de alimento de la creciente población mundial.
2. Las plantas podrían ser modificadas con el fin de producir alimentos más nutritivos y saludables. 3. Se podría desarrollar plantas transgénicas capaces de resistir condiciones extremas como sequías.
4. El uso de pesticidas y herbicidas podría disminuir produciendo un ahorro de energía al verse reducida la necesidad de fumigar los cultivos.

5. Los alimentos transgénicos podrían presentar beneficios a la salud, tales como vacunas comestibles.
6. Los alimentos transgénicos podrían ser más económicos, de mejor calidad y más sabrosos.

Inconvenientes


  No sabemos lo suficiente acerca de los posibles daños que produciría la inserción de genes en los cultivos transgénicos. Éstos, a gran escala podrían afectar la biodiversidad, el equilibrio de la naturaleza, la fauna y el medio ambiente.

1. Los genes de las plantas transgénicas podrían traspasarse a plantas no transgénicas.
2. El uso de genes resistentes a los antibióticos como marcadores en plantas transgénicas podría conllevar una mayor resistencia a los antibióticos también en los seres humanos.
3. Las toxinas o alergenos podrían propagarse, traspasarse o producirse como consecuencia de la modificación genética.

Ejercicio 1: ADN y cromosomas (Tema 5, ej.1)

¿Qué es ADN?

 El ADN, Ácido Desoxirribonucleico, es una molécula de gran tamaño que guarda y transmite de generación en generación toda la información necesaria para el desarrollo de todas las funciones biológicas de un organismo.

 El ADN está formado por la unión paralela de dos cadenas, cada cadena se encuentra conformada por 4 diferentes nucleótidos. Lo que hace que el ADN sea tan variado es la posición  y la cantidad de estos cuatro nucleótidos a lo largo de las dos cadenas, a esta secuencia se le llama código genético, o bien genoma. El ADN de todos los organismos vivos está formado por solo éstos cuatro nucleótidos.

  

¿Cómo es su estructura?

   En la década de los cincuenta, el campo de la biología fue convulsionado por el desarrollo del modelo de la estructura del ADN. James Watson y Francis Crick en 1953 demostraron que consiste en una doble hélice formada por dos cadenas.

1. Unidades químicas básicas

1. un azúcar de 5 carbonos - desoxirribosa
2. fosfato - uniones entre los azúcares


3. bases: purinas = adenina y guanina
              pirimidinas = timina y citosina
4. base + azúcar = nucleósido
5. base + azúcar + fosfato = nucleótido

2. Una hebra

Cada hebra esta hecha de un azúcar unido por un enlace covalente a un fosfato que a su vez se une a otro azúcar y así sucesivamente. Cada hebra de ADN puede contener miles o millones de estas uniones azúcar-fosfato.
Cada azúcar tiene también, una purina o pirimidina unida a él por un enlace covalente.

3.La doble hélice

Una molécula de ADN consiste en dos hebras que se encuentran enrrolladas una alrededor de la otra formando una doble hélice. Las bases de las dos hebras se disponen en manera tal que cuando en una de ellas hay una adenina en la enfrentada hay timina y, cuando hay guanina en la otra hay citosina.

Esto satisface la regla de Chargaff en manera tal que:

la cantidad de adenina = a la cantidad de timina (A = T)

la cantidad de guanina = a la cantidad de citosina (G = C)

4.  Direccionalidad

La cadena de uniones azúcar-fosfato (la "columna vertebral") está construída en manera tal que posee una polaridad, esto es, que el fosfato en el carbono 5' de la desoxirribosa se une al 3' de la siguiente desoxirribosa. En este caso se dice que tiene una dirección 5' a 3'. Las dos hebras del ADN están dispuesta en manera tal que su disposición se conoce como antiparalela, donde una de ellas va de 5'- 3' y la complementaria de 3'- 5'.

¿Cuál es su función en la célula?

La función principal del ADN es mantener a través del código genético la información necesaria para crear un ser vivo idéntico a aquel del que proviene (o muy similar, en el caso de mezclarse con otra cadena, en la reproducción sexual, o de sufrir mutaciones)

El ADN controla la actividad de la célula:

1. Lleva la información genética de la célula, ya que las unidades de ADN, llamadas genes, son las responsables de las características estructurales y de la transmisión de estas características de una célula a otra en la división celular. Los genes se localizan a lo largo del cromosoma.
2. El ADN tiene la propiedad de duplicarse durante la división celular para formar dos moléculas idénticas.
3. Capacidad de mutación: justificando los cambios evolutivos.

 Una de las tareas más importantes de la célula es la síntesis de proteínas, moléculas que intervienen en la mayoría de las funciones celulares.

  El ADN que se encuentra en el núcleo de la célula, contiene la información necesaria para dirigir la fabricación de proteínas.

 Una proteína es un compuesto formado por moléculas pequeñas llamadas aminoácidos, que determinan su estructura y función.

  La secuencia de aminoácidos está a su vez determinada por la secuencia de bases de los nucleótidos del ADN.



Código genético



 Cada secuencia de tres bases, llamada triplete, constituye una palabra del código genético o codón, que especifica un aminoácido determinado.

  Así, el triplete GAC (guanina, adenina, citosina) es el codón correspondiente al aminoácido leucina, mientras que el CAG (citosina, adenina, guanina) corresponde al aminoácido valina.





Leucina



  La síntesis proteica comienza con la separación de la molécula de ADN en sus dos hebras. En un proceso llamado transcripción, una parte de la hebra paralela actúa como plantilla para formar una nueva cadena que se llama ARN mensajero (ARNm)

  El ARNm sale del núcleo celular y se acopla a los ribosomas, unas estructuras celulares especializadas que actúan como centro de síntesis de proteínas. Los aminoácidos son transportados hasta los ribosomas por otro tipo de ARN llamado de transferencia (ARNt). Se inicia un fenómeno llamado traducción que consiste en el enlace de los aminoácidos en una secuencia determinada por el ARNm para formar una molécula de proteína.

 

  Un gen es una secuencia de nucleótidos de ADN que especifica el orden de aminoácidos de una proteína por medio de una molécula intermediaria de ARNm. La sustitución de un nucleótido de ADN por otro que contiene una base distinta hace que todas las células contengan esa misma secuencia de bases alterada.

  Como resultado de la sustitución, también puede cambiar la secuencia de aminoácidos de la proteína resultante. Esta alteración de una molécula de ADN se llama mutación. Casi todas las mutaciones son resultado de errores durante el proceso de replicación. La exposición de una célula o un virus a las radiaciones o a determinados compuestos químicos aumenta la probabilidad de sufrir mutaciones.



Mutación