biotecnología bach PDF

Preview

Summary

TEMA 11-LES MUTACIONS I L’ENGINYERIA GENÈTICALES MUTACIONSSón alteracions a l’atzar del material genètic (DNA i RNA als virus).La major part de mutacions són recessives i queden amagades. Algunes poden arribar a ser letals per a l'individu.Algunes mutacions són positive s per a l’espècie ja que apor...

Description

TEMA 11-LES MUTACIONS I L’ENGINYERIA GENÈTICA LES MUTACIONS Són alteracions a l’atzar del material genètic(DNA i RNA als virus). La major part de mutacions són recessives i queden amagades. Algunes poden arribar a ser letals per a l'individu. Algunes mutacions són positives per a l’espècie ja que aporten variabilitat a la població, sobre la qual actua la selecció natural, permetent l’evolució de les espècies. Si es produeix un canvi en l’ambient l’organisme mutant pot ser que s’adapti millor.  

Mutacions somàtiques: Afecten només a l'individu que les presenta. No tenen importància des del punt de vista evolutiu. Mutacions germinals: es donen en cèl·lules reproductores. Totes les cèl·lules del nou organisme tindran la mutació. Aquestes són les que faciliten l'evolució.

Segons l’extensió de la mutació les podem classificar en :   

Gèniques : afecten a la seqüència de nucleòtids d’un gen. Cromosòmiques : afecten a una seqüència de gens d’un cromosoma . Genòmiques : afecten al nombre de cromosomes propi d’una espècie.

LES MUTACIONS GÈN IQUES Canvis en la seqüència de DNA. Per tant canviarà la seqüència d’aminoàcids que determina el DNA i no es formara la proteïna que cal. 

Mutacions per substitució de bases: canvis d’una base per una altra. - Transicions: canvi d’una púrica per una altra (A,G) o d’una pirimidina per una altra(T,C) - Transversions: canvi d’una purina a una pirimidina. Conseqüències: (alteració d’un únic triplet) -

Es provoca un triplet STOP i s’atura la traducció. Es produeix una proteïna incompleta.

-

El triplet pertany al centre actiu d’un enzim és molt greu i l’enzim no és funcional.

-

Si no és cap dels anteriors no es perjudicial i se’n diu que és neutra. Pot ser que la seqüència alterada codifiqui el mateix aa.



Mutacions per pèrdua o inserció de nucleòtids: - Delecions: pèrdua - Addicions: inserció Conseqüències: corriment en l’ordre de lectura, per tant, alteració de tots els triplets següents. Molt greu.

SISTEMES DE REPARACIÓ

Reparació amb escissió del DNA: una endonucleasa detecta l’error i produeix dos talls, l’enzim exonucleasa elimina els nucleòtids del segment tallat. Després la DNA-polimerasa I sintetitza el segment de forma correcta i finalment un DNA-ligasa uneix l’extrem final. Reparació sense escissió del DNA Sistema SOS:

MUTACION S CROMOSÒMIQUES Canvis en un segment de cromosoma que pot afectar a diversos cromosomes. Pot ser: •

Deleció ( pèrdua): pèrdua d’un fragment. Conseqüències: Depèn de la zona implicada i dels gens afectats. Si el fragment perdut conté una gran quantitat de gens, mutació molt greu i fins i tot letal. (Síndrome de Williams i síndrome del grito del gato)

•

Duplicació: repetició d’un segment. Conseqüències: poden determinar l’aparició de nous gens durant el procés evolutiu, importància evolutiva. Tant les delecions com duplicacions suposen un canvi en la quantitat de gens i tenen per tant efectes fenotípics, generalment deleteris i molts cops mortals.

•

Inversió: canvi de sentit en un fragment. Conseqüències: normalment no comporten perjudicis a l’individu. Però si durant la meiosi es produeix un encreuament dins de la inversió, les gàmetes tindran manca de gens. Poden afectar als descendents.

•

Translocació: canvi de posició d’un segment (entre un parell de cromosomes no homòlegs, translocació recíproca si no transposició) Conseqüències: no són perjudicials ja que es mantenen els gens en el genoma. Però per a la descendència són perjudicials ja que poden heretar un cromosoma incomplet o amb duplicacions. SI les gàmetes són molt defectuoses hi haurà problemes d’infertilitat.

MUTACION S GENÒMIQUES Són alteracions del nombre de cromosomes pròpies de l’espècie. Causa : distribució anòmala dels cromosomes a la meiosi. ANEUPLOÏDIA Augment o disminució d’un o diversos cromosomes sense arribar a afectar al joc complet.

Pot ser : -

Nul·lisomies : falta el parell de cromosomes Monosomies : falta un cromosoma

-

Trisomies : hi ha un cromosoma de més.

Causes: 

 

No disjunció meiòtica: distribució errònia dels cromosomes durant la meiosi bé per no separació d’una parella de cromosomes homòlegs durant la meiosi I, o bé per la no separació de les cromàtides germanes durant la meiosi II. Fusió cèntrica: unió de dos cromosomes no homòlegs amb pèrdua del centròmer d’un dels dos. Fissió cèntrica: escissió d’un cromosoma en dos. Dóna lloc a un nou centròmer.

EUPLOÏDIA És l’alteració en el nombre normal de dotacions haploides (jocs de cromosomes) d’un individu. -

Monoploïdia o haploïdia: només hi ha un representant de cada cromosoma. Individus monoploides naturals són estranys: algunes algues, fongs, abellots. Poliploïdia: més de dos jocs complerts de cromosomes. Triploïdia(3n), tetraploïdia (4n). Els poliploides solen ser individus més grans. Molt freqüent en vegetals: tenen fulles i fruits més grans, interessant per a la producció agrícola (híbrids). En animals poc comú, en alguns peixos i amfibis.

ELS AGEN TS MUTÀGENS Factors que augmenten sensiblement la freqüència normal de mutació. AGENTS FÍSICS -

Radiacions ionitzants (longitud d’ona curta, raigs X, partícules alfa...) –Poden trencar enllaços fosfodièster.

-

Radiacions no ionitzants (radiació UVA)- provoquen mutacions gèniques( dímers de timina)

AGENTS QUÍMICS(mutacions gèniques) -

Modificació de les bases nitrogenades- provoquen emparellaments erronis en la replicació.

-

Substitució de bases (causades per anàlegs de bases nitrogenades)- Provoquen emparellaments erronis en la replicació

-

Introducció de certes molècules en la cadena d’ADN (intercalants)- Provoquen un excés de nucleòtids en la replicació

BIOLÒGICS (Augmenten la freqüència de la mutació gènica) – –

Virus (retrovirus, adenovirus o hepatitis B) Provoquen canvis en l’expressió d’alguns gens Transposons (segments d’ADN mòbils) S’han trobat en la dacsa, insectes, bacteris i es pensa que els poden portar els virus mutagènics

L’ENGINYERIA GENÈTICA És el conjunt de tècniques i processos que permeten (modificar el genoma d’un individu):

-

Afegir un o més gens (incorporar una característica biològica)

-

Modificar un gen (alterar una característica biològica)

Eliminar o inactivar un gen (suprimir una característica biològica) BIOTECNOLOGIA: conjunt de processos industrials que utilitzen organismes modificats genèticament. Per això, biotecnologia depèn d’enginyeria genètica. Utilitats dels bacteris modificats genèticament: -

Producció de fàrmacs, com antibiòtics, vacunes, insulina, anticancerígens, etc. Producció de plàstics i materials biodegradables. Bioremediació reparació de desastres ecològics, detoxidicació de productes químics, depuració d’aigües residuals, etc. Producció de ferments i additius alimentaris, com enzims per fer formatge o vitamina C. Bacteris fermentadors per accelerar i/o millorar les qualitats organolèptiques del producte que s’obté.

DNA RECOMBINAT El gen que ens interessa no es pot introduir directament dins la cèl·lula. Cal unir-lo amb el seu DNA. 1.

2. 3. 4.

Cal tallar el DNA del vector i del DNA passatger amb el mateix enzim de restricció.(permeten tallar punt concrets i separar els segments que ens interessen) L’enzim talla els dos DNA per una seqüència palindròmica determinada deixant uns nucleòtids desaparellats en cada fragment. Aquests fragments són complementaris entre si. Una DNA-ligasa uneix els fragments del DNA passatger amb el DNA vector.

INTRODU CCIÓ DE GENS D’ EUCARIOTES A PROCARIOTES Si volem utilitzar bacteris per fabricar proteïnes d’una cèl·lula eucariota, hem d’introduir DNA eucariota en un procariota. CAL TENIR EN COMPTEADN eucariotes: introns i exons. L’ARNm ha de madurar S’utilitza l’enzim transcriptassa inversa (Virus): Capaç de transcriure l´ARNm a ADN sense diferenciar introns ni exons. Finalment, s’introduirà al bacteri a través d’un vector. MECANISMES D’INTRODUCCIÓ DE GENS EN CÈ L·LULES 1.

Vectors de clonació:

PLASMIDIS Petit DNA circular de doble hèlix que té la capacitat d’entrar dins d’un bacteri (transformació). El bacteri receptor adquireix les propietats dels plasmidi. Aquest bacteri es podrà utilitzar de dos formes: -

Per produir la proteïna corresponent al gen introduït (insulina)

-

Per infectar una altra cèl·lula i transferir-li el DNA recombinat (algunes malalties)

Els plasmidis bacterians no serveixen per a introduir gens a les cèl·lules animals ( si a les vegetals). Per altra banda, els llevats també tenen plasmidis i són cèl·lules eucariotes. VIRUS Un virus pot adquirir DNA d’un bacteri que hagi infectat. Quan aquest virus infecta un nou bacteri, també introdueix el DNA recombinat. (transducció) Per tant, el virus es pot utilitzar com a vector, de forma artificial. Quan aquest virus infecti a una cèl·lula, li traspassarà el gen d’interès. És necessari eliminar els gens responsables de la lisi del bacteri. 2. -

Mecanismes no biològics: Electroporació gràcies a voltatge, es generen porus que permeten l’entrada de DNA Microinjecció injecció de DNA Tret de microbales  es disparen microbales que contenen DNA.

PRODUCCIÓ DE CÒPIES DE DNA Per estudiar i manipular gens i transferir-los entre organismes diferents cal obtenir prèviament moltes còpies d’aquest gen. Per obtenir aquestes còpies es fan servir 2 mètodes: LA CLONACIÓ DEL DNA Consisteix a inserir-lo en un vector de clonatge per poder introduir-lo en una cèl·lula hoste en la qual pot ser copiat i mantingut ¡. La clonació es una molt bona manera d’obtenir còpies del gen, ara bé, si la quantitat inicial és molt petita o impura la clonació no es pot fer. Passos de la clonació: 1. 2. 3. 4. 5.

Aïllar el fragment del ADN que es vol clonar i preparar el vector molecular. Tallar el ADN i el vector amb el mateix enzim de restricció. Lligació del ADN al vector mitjançant l’ADN lligasa. Introducció del ADN recombinat en un organisme per la seva amplificació. Selecció de les cèl·lules que han incorporat l’ADN recombinat

Per a què serveix clonar un gen? -

Obtenció en gran quantitats de la proteïna que el gen codifica. Obtenció de la insulina, la hormona del creixement, etc. Obtenció d’un gen específic per a investigació. Obtenció d’un gen específic per ser introduït en un nou organisme: organismes transgènics.

Selecció del clon:

Cal saber quins bacteris s’han recombinat amb el plasmidi i, d’aquests plasmidis, quins contenen el gen d’interès. Saber quins contenen plasmidi: el plasmidi que s’introdueix conté un gen que proporciona resistència a l’ampicil·lina. Despés del cultiu, s’afegeix ampicil·lina, els que són resistents, contenen el plasmidi. Quin plasmidi conté el gen d’interès: s’afegeix DNA monocatenari radioactiu, complementari al DNA d’interès. Els que s’aparellin, són els que tenen el gen d’interès. PCR És una tècnica que permet amplificar un fragment de DNA milers de milions de vegades en unes quantes hores en un tub d’assaig a partir només d’una mostra ínfima de DNA. S’utilitza quan la quantitat de DNA és molt petita. Serveix per: fer còpies d’una cadena de DNA (mostres medicina forense, història...) Es necessita taqPolimerassa (resistent a elevades temperatures), DNA encebedor i nucleòtids.

ENGINYERIA GENÈTICA I TE RÀPIA DE MALALTIES HUMANES 3000 malalties genètiques no s’han identificat encara els gens responsables de les mateixes. Moltes malalties genètiques depenen de l’expressió de més d’un gen. Conseqüència  En la majoria de casos, es fabriquen les substàncies necessàries i s’injecten. Exemple: producció insulina SUSBTÀNCIES HUMANES PROD UÏDES PER BACTE RIS Introdueixen els gens que codifiquen per les proteïnes que ens interessa produir dins bacteris. S’introdueix RNAm i es fa transcripció inversa a dins el bacteri: -

Insulina: hormona encarregada de regular el nivell de glucosa a la sang.

-

Hormona de creixement

-

Interferó: substància que limita o anul·la efectes de la infecció. Ha estat positiu el seu tractament en malalties víriques, i en aplicacions prolongades disminueix els efectes del càncer.

-

Factor VIII de la coagulació: pel tractament de la hemofília.

INTRODU CCIÓ DE GENS EN CÈL·LULES HUMANES S’utilitzen retrovirus per introduir el gen a les cèl·lules humanes. (Passarà ARN a ADN i la cèl·lula incorporarà aquest ADN) Exemple: Nens bombolla ( manca enzim adenosina-desaminasa): Aquests nens han de viure aïllats perquè no tenen limfòcits i per tant no es poden defensar contra les infeccions. VACUNES RECOMBINANTS No s’inclouen bacteris o virus morts o atenuats sinó només una o dues proteïnes d’aquests que es comporten com a antígens i desencadenen la síntesi d’anticossos (resposta immunològica). 1. 2.

Es talla el gen víric que codifica i s’introdueix al plasmidi bacterià. El plasmidi híbrid s’insereix al nucli de la cèl·lula del llevat, la qual produeix la proteïna que serveix per vacunar a la persones. (Exemple: hepatitis B)

+ Anteriorment s’havia provat d’obtenir la vacuna introduint el DNA recombinat en un bacteri, però no va funcionar ja que la proteïna necessita un procés posterior d’addició de glucosa per desencadenar la resposta immunològica i aquesta reacció només es produeix en les cèl·lules eucariotes, com el llevat. LA PRODUCCIÓ AGRÍCOLA I ANIMAL Organisme transgènic: és un organisme eucariota desenvolupat a partir d’una cèl·lula en la qual s’han introduït gens estranys. Els nous gens introduïts (transgens) passaran a formar part del genoma de l'individu. La introducció de gens en cèl·lules eucariotes és més difícil que en bacteris per la membrana. PRODUCCIÓ AGRÍCOLA - Varietats transgèniques de blat de moro. - Varietat de tomàquet. - Plantes de tabac transgèniques. - Varietat transgénica d’arròs. PRODUCCIÓ ANIMAL La major aplicació ha estat en peixos, ja que la seva fecundació és externa: es poden introduir els gens abans de la formació del zigot.

UTILITAT: - Resistència a plagues - Resistència a malalties - Canvis en la maduració, floració, etc. - Canvis en la composició alimentària - Resistència a condicions ambientals - Obtenció de substàncies farmacològiques

Assoliments: -

Carpes transgèniques que creixen més ràpidament (gen hormona creixement)

-

Salmons transgènics que resisteixen millor les baixes temperatures. (gen proteïna anticongelant)

CLONACIÓ I MEDICINA REGENERATIVA

La medicina regenerativa és una branca de la biomedicina que té per objectiu el guariment de malalties degudes al funcionament anòmal de determinades cèl·lules, teixits o òrgans tot reemplaçant-los per cèl·lules, teixits o òrgans funcionals Una de les diverses tècniques utilitzades per obtenir les noves cèl·lules, teixits o òrgans és la clonació terapèutica. Els trasplantament convencional presenta grans inconvenients: –L'escassetat d'òrgans disponibles. –El rebuig immunològic i la necessitat de dependre de medicaments immunosupressors de per vida. –La impossibilitat tècnica d'aconseguir determinats òrgans i teixits (com per exemple el teixit nerviós) Característiques CÈL·LULES MARE: -

-

Capacitat per dividir-se indefinidament originant noves còpies de si mateixa. Capacitat per diferenciar-se en altres tipus i llinatges cel·lulars quan se li proporcionen determinades condicions fisiològiques o experimentals. Capacitat per originar teixits i òrgans.

S’obtenen cèl·lules embrionàries idèntiques a la del pacient que cal tractar. El procediment consisteix en posar el nucli d’una cèl·lula del pacient a un oòcit ( d’uns dóna que actua com a donant). S’estimula l’òvul i es deixa que arribi a la fase d’embrió de 5 dies. Aleshores fem un cultiu d’aquestes cèl·lules mare embrionàries. Aquestes cèl·lules són genèticament idèntiques a les de la pacient. NO ÉS ÈTIC!! EL CÀNCER És una malaltia que consisteix en la multiplicació accelerada de determinades cèl·lules alterades que formen tumors. Un tumor és qualsevol massa cel·lular on hi hagi un augment en el nombre de cèl·lules que el componen. •

Tumors benignes: Neoplàsia. Les seves cèl·lules no envaeixen altres parts del cos, generalment es poden treure i no solen tornar a aparèixer.

•

Tumors malignes: Càncer. Les cèl·lules d’aquests tumors poden envair teixits propers o bé disseminar-se per altres parts del cos. El fet de disseminar-se des d’una part del cos a una altra s’anomena metàstasi. Les cèl·lules canceroses es diferencien de les normals en que es divideixen a gran velocitat, tenen proteïnes de membrana diferents, presenten alteracions de forma i tenen tendència a envair teixits propers.

Transformació cancerosa o neoplàstica: Té lloc quan Factors ambientals que alteren alguns gens i esdevenen ONCOGENS: Originen proteïnes amb una funció alterada que afavorirà el creixement i la formació d’un tumor. Altres gens (Antioncogens o gens supressors) inhibeixen la divisió cel·lular.

Factors que el provoquen: Virus: Papiloma humà. Aquests virus introdueixen un oncogen viral en connexió amb un oncogen de la cèl.lula i la transformen en cancerígena. Substàncies químiques i radiacions: radiacions UV, X, quitrà, tabac, aliments cremats….Mutàgens.

Càncer i resposta immunològica •

Cèl.lules canceroses: estimulen la producció d’anticossos, però la resposta immune no sempre és l’apropiada

•

Els limfòcits B són els encarregats de produir anticossos específics contra antígens.

•

Els anticossos monoclonals s’obtenen injectant a ratolins l’antigen que ens interessa. L’animal produirà limfòcits B contra l’antigen.

•

En un cultiu es fusionen els limfòcits B produits per l’animal amb cèl.lules tumorals (hibridomes) : produiran molts anticossos

•

Actualment s’intenta aconseguir “vacunes” contra el càncer per aconseguir la immunitat activa dins le cèl.lules humanes

•

Aliments anticancerígens: Bròquil (indol), llavors de lli (càncer colon), pell de raïm, mores, cacahuets (reservatiol)...

PROJECTE GEN OMA HUMÀ •

2003: Es va seqüenciar totalment el genoma humà

•

Es va treballar amb RNAm (3% genoma codifica proteïnes)

•

Gens: 25000

•

Complexitat: Maneres d’interaccionar els gens

•

Usos: Teràpia gènica: Curar malalties de base genètica

RISCOS I IMPLICACIONS ÈTIQUES DE LA ENGINYERIA GN EÈTICA El comitè Internacional de Bioètica de la Unesco vol evitar aspectes de progrés que atemptin contra la dignitat humana: -

Límits per motius ecològics i de sanitat: provocar malalties, contaminacions, desaparicions d’espècies.

-

Límits per motius ètics i morals: respectar la integritat de l’individu.

-

Límits per motius socials: evitar que es pugui accedir a un sondeig genètic per accedir a un lloc de treball.

-

Límits per motius polítics: que no s’augmentin les diferències entre països rics i pobres....