9. Antes de Mendel Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Preformismo: La observación de espermatozoides con un microscopio en el s.XVIII hizo creer que tras la fecundación, solo por crecimiento, estos daban individuos adultos. Epigénesis: Al mejorar las técnicas microscópicas se postuló que además de crecimiento había transformaciones estructurales. Pangénesis. Los órganos producen unas gémulas que viajan por la sangre a los genitales y de ahí a los hijos.

10. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Caracteres adquiridos (Lamarck): Teoría de Lamarck, que consideraba que las variaciones eran adquiridas y hereditarias. Los individuos cambian para adaptarse al medio y estás características se transmiten a los descendientes. Plasma germinal (Weissmann): Existe un plasma formado por los tejidos reproductores que se perpetúa a sí mismo. Las modificaciones del plasma germinal originarían modificaciones en el cuerpo. Hay diferencia entre células germinales y células somáticas.

11. Herencia mendeliana Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Monje agustino católico y naturalista, en la actual República Checa, que describió las llamadas Leyes de Mendel que rigen la herencia genética, por medio de los trabajos que llevó a cabo con diferentes variedades de la planta del guisante. Su trabajo no fue valorado cuando lo publicó en el año 1866. Hugo de Vries, botánico holandés, junto a Carl Correns y Erich von Tschermak, redescubrieron las leyes de Mendel por separado en el año 1900.

12. Experimentos de Mendel Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Mendel seleccionó siete caracteres para sus experimentos, cada uno de los cuales tenía dos posibilidades y obtuvo razas puras de guisantes para cada uno de estos caracteres. Posteriormente cruzó entre sí las razas puras que presentaban diferencias respecto a uno de los caracteres elegidos

13. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

15. Leyes de Mendel Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Primera Ley de Mendel o Ley de la uniformidad de los híbridos de la primera generación (F1). , y dice que cuando se cruzan dos variedades individuos de raza pura ambos (homocigotos) para un determinado carácter, todos los híbridos (hereocigotos) de la primera generación son iguales. AA aa Aa P (generación paterna) F1 (generación filial)

16. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Interpretación del experimento: El polen de la planta progenitora aporta a la descendencia un alelo para el color de la semilla, y el óvulo de la otra planta progenitora aporta el otro alelo para el color de la semilla ; de los dos alelos, solamente se manifiesta aquél que es dominante (A), mientras que el recesivo (a) permanece oculto.

17. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Segunda ley, o Principio de la segregación : “Ciertos individuos son capaces de transmitir un carácter aunque en ellos no se manifieste”. El cruce de dos individuos de la F1 (Aa) dará origen a una segunda generación filial en la cual reaparece el fenotipo "a", a pesar de que todos los individuos de la F1 eran de fenotipo "A“ Esto hace presumir a Mendel que el carácter "a" no había desaparecido, sino que sólo había sido "opacado" por el carácter "A", pero que al reproducirse un individuo, cada carácter segrega por separado. Aa Aa Aa aa AA Aa

18. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Tercera ley, o Principio de la transmisión independiente : Esta ley hace referencia al cruce polihíbrido (monohíbrido: cuando se considera un carácter; polihibrido: cuando se consideran dos o más caracteres). Mendel trabajó este cruce en guisantes, en los cuales las características que él observaba (color de la semilla y rugosidad de su superficie) se encontraban en cromosomas separados. De esta manera, observó que los caracteres se transmitían independientemente unos de otros . Esta ley sólo se cumple si los caracteres estudiados están en cromosomas distintos.

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20. Después de Mendel Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética 1900. Redescubrimiento de las Leyes de Mendel. 1910. Experimentos de Morgan. Demuestra que los genes están en los cromosomas, y los que están en el mismo cromosoma se transmiten juntos y los que están en cromosomas independientes se transmiten por separado. Se comprobó la existencia de recombinación o intercambio entre cromosomas homólogos (los dos cromosomas iguales que proceden uno del padre y otro de la madre) 1944. El ADN es el portador de la información genética (Experimentos de Avery)

21. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Estas experiencias demostraban que el ADN era la molécula que contenía la información necesaria para que las bacterias S fueran virulentas y que, a pesar de estar muertas, su ADN no estaba destruido y podía pasar al medio y de aquí a las bacterias de cepa R integrándose en el genoma de éstas y transformándolas en virulentas

24. Relación entre genes y proteínas Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética El ADN (más concretamente, los genes que contiene y que se definen como segmentos de ADN que codifican una proteína) contiene la información con las características de los seres vivos. Esta información se expresa en forma de proteínas. Las proteínas son las que finalmente definen al ser vivo, junto con la influencia que puede ejercer el medio ambiente. La relación entre genes y proteínas se expresa a través del dogma central de la Biología Molecular (1970, Crick)

25. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Replicación Replicación ADN Proteínas ARN m Transcripción Traducción ADN Proteínas ARN m Traducción Transcripción Retrotranscripción

26. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética A raíz de la modificación del Dogma central de la Biología Molecular se han cuestionado los conceptos de gen y ADN basura (ADN que no codifica información para proteínas). Actualmente se cree que este ADN basura puede tener un papel regulador importante, así como que un gen puede dar lugar a varias proteínas (hasta hace muy poco, el concepto fundamental era “un gen, una proteína”).

28. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Modelos de replicación del ADN Modelo conservativo Modelo dispersivo Modelo semiconservativo

29. Replicación del ADN Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

30. Complementariedad de bases Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética La complementariedad de bases es útil para saber el contenido de bases de un ADN o conocer a partir de una secuencia como será la cadena complementaria: Ejercicio 8 (pag 105): Si un ADN tiene un contenido de C+G del 42%, ¿qué porcentaje habrá de cada una de las bases? C+G=42%  A+T=58% C= 42:2= 21%; G= 42:2= 21%; A= 58:2= 29%; C= 58:2= 29%

31. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Ejercicio 11 (pag 105): Dada una hebra simple de ADN 3’-TACGGAATTCAT-5’, construye la hebra complementaria y la cadena de ADN que se formaría tomando como referencia la hebra inicial. Hebra ADN: 3’-TACGGAATTCAT - 5’ Cadena complementaria: 5’- ATGCCTTAAGTA - 3’ Hebra ADN: 3’- TACGGAATTCAT- 5’ Cadena de ARM m: 5’- AUGCCUUAAGUA-3’

33. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

37. Código genético Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

38. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética AUG - CCU – AAG – UUU – GCU – CUC …. A partir de un ARN m: MET PRO LEU LYS PHE ARG PROTEÍNA

40. Ingeniería genética Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Se puede definir como la formación in vitro de nuevas combinaciones de material genético, por medio de la inserción de un ADN de interés en un vehículo genético (vector), de modo que tras su introducción en un organismo huésped, el ADN híbrido (recombinante) se pueda multiplicar, propagar, y eventualmente expresarse. Lo que se pretende mediante la ingeniería genética es lograr ciertos fines tanto en la ciencia pura como en la aplicada (producción microbiana de productos, plantas y animales transgénicos, nuevos diagnósticos).

41. ADN recombinante Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética El ADN recombinante es aquel que tiene fragmentos de distinta procedencia. De forma natural existen ADN recombinantes, cuando los virus insertan su ADN en el ADN de la célula huésped. Se pensó hacer lo mismo de manera artificial en el laboratorio utilizando enzimas de restricción.

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44. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

46. Genes marcadores Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética En los vectores, además del gen de interés se colocan otros genes denominados marcadores. Son genes que permiten identificar aquellas células que han incorporado el ADN del vector. En general, estos genes dan a la célula que los contiene resistencia a antibióticos, de tal forma que si añadimos el antibiótico a una mezcla de células con y sin el ADN de interés, las que no lo tengan (y por tanto, tampoco el gen de resistencia al antibiótico), morirán.

47. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Las bacterias que no crecen en presencia de tetraciclina pero que crecen en presencia de ampicilina son las que contienen un plásmido recombinado.

48. Amplificación del ADN Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética El estudio y manipulación del ADN requiere muchas copias de los fragmentos de ADN que se quieren estudiar. El método clásico de obtención de copias era la clonación mediante bacterias. Era un proceso lento y costoso. En 1983, Mullis diseño un mecanismo para obtener múltiples copias de forma mucho más sencilla. Este método denominado PCR (Polimerasa Chain Reaction) ha sido determinante en multiples areas del conocimiento que utilizan ADN

49. PCR Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

50. PCR Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Esta técnica requiere conocer la secuencia de nucleótidos de los extremos del fragmento que se quiere amplificar para diseñar dos oligonucleótidos sintéticos (P1 y P2) de DNA complementarios a una porción de cada una de las dos cadena de la doble hélice. La mezcla de reacción contiene la secuencia de DNA que se quiere amplificar, los dos oligonucleótidos sintéticos, una DNA polimerasa termoestable (Taq) y los cuatro nucleótidos (dATP, dGTP, dCTP y dTTP) La mezcla de reacción se somete a ciclos que constan cada uno de una fase de desnaturalización, una de hibridación y una de elongación. Durante la desnaturalización, que se realiza por calentamiento de la mezcla a 95 ºC, se separan las dos cadenas del DNA molde. Durante la hibridación, la temperatura de incubación se reduce para permitir el apareamiento de las bases de ambos cebadores en el sitio donde encuentran una secuencia complementaria. Durante la fase de elongación, la mezcla se calienta a 72 ºC, temperatura a la cual la DNA polimerasa extiende la cadena complementaria a partir del extremo 3' de los cebadores. Al finalizar cada ciclo, tenemos el doble de ADN

52. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Tipos de mutaciones

54. Mutaciones génicas Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

55. Mutaciones cromosómicas Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

56. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Tipos de mutaciones numéricas

57. Aneuploidía Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

58. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

59. Genoma humano Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética El Proyecto Genoma Humano es una investigación internacional que busca seleccionar un modelo de organismo humano por medio del mapeo de la secuencia de su DNA. El proyecto fue fundado en 1990 por el Departamento de Energía y los Institutos de la Salud de los Estados Unidos, con un plazo de realización de 15 años. Debido a la amplia colaboración internacional (más de 20 países implicados), a los avances en el campo de la genómica y la informática un borrador inicial del genoma fue terminado en el año 2000.

61. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Este proyecto supone la realización de dos tipos de mapas: Mapas genéticos: Estos mapas indican la posición relativa de los diferentes genes. Para esta confección se están estudiando la transmisión de caracteres hereditarios, capaces de ser objetivados de una generación a otra en grandes familias. Por ejemplo, en Estados Unidos se han localizado muchos genes gracias a estudios realizados en comunidades mormonas, cuya endogamia es notoria. En 1994 se terminó el primer mapa genético de todo el genoma humano.

62. Mapa genético Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

63. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Mapas Físicos: de mayor resolución, pues muestra la secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN que constituye el cromosoma. Se establece la situación real de los genes en los cromosomas (en los mapas genéticos era un posición relativa). Se obtiene la secuencia de nucleótidos de un gen. Se realiza fundamentalmente mediante la electroforesis en gel de distintos fragmentos de ADN y la ayuda de ordenadores. El completar este mapa se ha conseguido cinco años antes de lo que se esperaba. Secuenciación de ADN por ordenador con letras y colores.

64. Resultados del PGH Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Algunos de los aspectos que más han llamado la atención es el bajo número de genes encontrados (en comparación a lo esperado), así como lo repetitivo, similar y duplicado que es el genoma humano. También ha sorprendido la presencia de genes más afines con las bacterias que con cualquier otro organismo estudiado. Otros datos importantes son: Las células humanas tienen 46 cromosomas (44 autosomas y2 cromosomas sexuales), distribuidos en dos series (una de procedencia paterna y otra materna). Cada serie tiene unos 3200 millones de pb y menos de 25000 genes. El resto es el “ADN basura” (cerca del 95%)

66. Problemas éticos Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Pero el conocimiento del código de un genoma abre las puertas para nuevos conflictos ético-morales. Esto atentaría contra la diversidad biológica y reinstalaría entre otras, la cultura de una raza superior, dejando marginados a los demás. Quienes tengan desventaja genética serían discriminados.

73. Obtención de fármacos Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Se obtienen a partir de microorganismos que contienen el gen que produce la proteína de interés farmacológico (insulina, hormona del crecimiento…) Las principales ventajas son: Se controla mejor la producción, disminuye el riesgo de contaminación, se abaratan los costes… Por el mismo procedimiento se pueden fabricar vacunas, evitando el riesgo de utilizar virus atenuados.

74. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

75. Determinación de enfermedades Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Consiste en poner en contacto ADN de un individuo con secuencias de genes responsables de una determinada enfermedad. Las hebras del ADN del paciente se separan y si hibridan con el ADN de la enfermedad, es que el paciente tiene ese gen.

76. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

78. l Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

80. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Tecnología Era Intervenciones genéticas Tradicional Unos 10 000 años a.C. Se domestican plantas y animales, comienzan a seleccionar material vegetal para su propagación y animales para su mejoramiento. Unos 3 000 años a.C. Se fabrica cerveza y queso, se fermenta vino. Convencional Finales del siglo XIX Gregor Mendel identifica en 1865 los principios de la herencia, sentando las bases para los métodos clásicos de mejoramiento. Década de 1930 Se obtienen cultivos híbridos comerciales. de la década de 1940 a la década de 1960 Se aplica la mutagénesis, el cultivo de tejidos y la regeneración de plantas. Moderna Década de 1970 Transferencia de genes mediante técnicas de recombinación de ADN. Aislamiento y cultivo de embriones y a la fusión de protoplasmas en la fitogenética y a la inseminación artificial en la reproducción animal. Década de 1980 La insulina es el primer producto comercial obtenido mediante transferencia de genes. Se recurre al cultivo de tejidos para la propagación en gran escala de plantas y al trasplante de embriones para la producción animal. Década de 1990 Se aplica la caracterización genética a una gran variedad de organismos. En 1990 se realizan los primeros ensayos de campo de variedades de plantas obtenidas mediante ingeniería genética, que se distribuyen comercialmente en 1992. Se obtienen vacunas y hormonas mediante ingeniería genética y se clonan animales. Década del 2000 Aparecen la bioinformática, la genómica, la proteómica y la metabolómica.

81. Plantas transgénicas Transgénesis= introducción de ADN extraño en un genoma, de modo que se mantenga estable de forma hereditaria y afecte a todas las células en los organismos multicelulares. Agrobacterium tumefaciens es patógena de plantas. Produce tumores tumores célula vegetal Proliferación de hormonas crecimiento. Se forman tumores en las zonas de la lesión Plásmido Ti núcleo cromosoma cromosoma Agrobacterium inductor de tumores contiene oncogenes (genes onc) Ingeniero genético natural tras sutitución de genes onc por genes de interés

82. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

83. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

85. Biotecnología ganadera Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Consiste en la alteración genética de animales para mejorar el rendimiento que de ellos se obtiene. La investigación se centra en la obtención de animales que produzcan proteínas y compuestos de interés farmacológico y a obtener órganos destinados a trasplantes humanos (fundamentalmente a partir de cerdos)

86. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

87. Biorremediación Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética La naturaleza tiene una cierta capacidad de limpieza de los elementos contaminantes. Microorganismos como levaduras, hongos o bacterias degradan una gran cantidad de sustancias tóxicas, reduciendo su carácter nocivo o incluso volviéndolas inocuas para el medio ambiente y la salud humana. La biorremediación consiste en acelerar este proceso natural para mitigar la contaminación ambiental.

89. Biolixiviación Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética También denominada lixiviación bacteriana, consiste en el ataque químico de distintas materias primas naturales, de residuos o de productos reciclados mediante la participación directa o indirecta de bacterias. Estas son generalmente mesófilas, como la Thiobacillus ferrooxidans , aunque cada vez se utilizan más las de naturaleza termófila con temperaturas de crecimiento de hasta 80 ºC.

90. Reproducción asistida Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética La reproducción asistida tiene como finalidad solucionar problemas de esterilidad Actualmente se trabaja en evitar la aparición de enfermedades genéticas (diagnostico genético preimplantacional) y obtener bebes sanos cuyas células del cordón umbilical sirvan para salvar vidas de familiares enfermos.

94. Fecundación in vitro Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética La fecundación in vitro es una técnica por la cual la fecundación de los óvulos por los espermatozoides se realiza fuera del cuerpo de la madre. La FIV es el principal tratamiento para la infertilidad cuando otros métodos de reproducción asistida no han tenido éxito. El ovulo fecundado (preembrión) se implanta en la madre

97. Inyección intracitoplasmática Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética El procedimiento consiste en la inyección de un espermatozoide en el interior del óvulo. De esta forma cualquier varón del que se pueda obtener un espermatozoide del semen, epidídimo o testículo puede convertirse en padre, situación que antes no se podía corregir en muchos casos. Las pruebas genéticas (particularmente en caso de alteraciones genéticas como la fibrosis quística y las microdelecciones del cromosoma Y) a veces aconsejan esta técnica para mejorar los resultados reproductivos

98. Transferencia de embriones Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Se usa cuando los dos miembros de la pareja son estériles. Los preembriones llevan una información genética diferente a la de los padres (preembriones sin utilizar de otras parejas, congelados o no)

99. Regulación de la fecundación asistida Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética En España está regulada desde 1988. Posteriormente se promulgó una nueva ley del año 2003 (se impedía la fecundación de más de tres óvulos, no se podían usar los embriones originados con otra finalidad que la reproducción) y más recientemente se ha aprobado otra ley (2006) con bastante polémica.

101. Clonación Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Es la obtención de copias (ADN, células u organismos) genéticamente iguales. Las primeras clonaciones de organismos se hicieron por fisión de embriones tempranos. Un embrión, obtenido por procedimientos normales, se dividía, y los embriones resultantes eran genéticamente idénticos, pero no se sabía las características que iban a tener. Esto ya se puede saber a partir de la primera clonación por transferencia de núcleos de células de individuos adultos. Los embriones resultantes eran genéticamente idénticos al donante del núcleo.

102. Dolly Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética La primera clonación de mamíferos fue realizada por Ian Wilmut en 1996 utilizando tres ovejas, la donadora de la información (núcleo) la donadora del ovulo y la “madre de alquiler” (oveja nodriza). El resultado fue la oveja Dolly

104. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética

107. Controversia Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética ¿Qué tipo de célula madre es más conveniente usar (embrionaria o adulta)?, y sobre todo el estatus de un embrión humano, aunque tenga menos de 14 días y haya sido obtenido “in vitro” y esté congelado. Hay un importante debate (político, ético y científico) sobre el uso de las células madre. La solución puede venir de los últimos avances científicos. Se ha logrado obtener células madre pluripotenciales a partir de células adultas (se comportar como células madre embrionarias)

108. Bioética Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Es una consecuencia del enorme desarrollo alcanzado, pero de también los efectos negativos de la ciencia (experimentos con prisioneros, Hiroshima, deterioro ambiental, guerras químicas y bacteriológicas…) La ciencia no es neutral desde un punto de vista ético o económico y se puede utilizar con buenos fines u otros no tan buenos. Lo que esto nos indica es que hay cosas que la ciencia puede lograr, pero “no todo lo que puede hacerse, debe ser hecho” La Bioética nace para establecer unos principios que permitan afrontar los avances de la ciencia con respeto y responsabilidad. El criterio ético fundamental que regula esta disciplina es el respeto al ser humano, a sus derechos inalienables, a su bien verdadero e integral: la dignidad de la persona.

109. Principios de Bioética Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética En 1979, se definieron como cuatro los principios de la Bioética: autonomía , no maleficencia , beneficencia y justicia . En un primer momento definieron que estos principios son prima facie , esto es, que vinculan siempre que no colisionen entre ellos, en cuyo caso habrá que dar prioridad a uno u otro dependiendo del caso. Sin embargo en 2003, se considera que los principios deben ser especificados para aplicarlos a los análisis de los casos concretos.

110. Eduardo Gómez Tema 4: La revolución genética Principio de autonomía . Es un principio de respeto a las personas que impone la obligación de asegurar las condiciones necesarias para que actúen de forma autónoma. Principio de beneficencia : Obligación de actuar en beneficio de otros, promoviendo sus legítimos intereses y suprimiendo perjuicios. Principio de no maleficencia (Primum non nocere): Abstenerse intencionadamente de realizar acciones que puedan causar daño o perjudicar a otros. Es un imperativo ético válido para todos, no sólo en el ámbito biomédico sino en todos los sectores de la vida humana. Principio de justicia : Tratar a cada uno como corresponda con la finalidad de disminuir las situaciones de desigualdad (biológica, social, cultural, económica, etc.)