El aislamiento de genes específicos de cromosomas eucarióticos es un proceso muy difícil y lento, para el cual se conocen dos métodos principales: Método forzado (shotgun) y obtención de adn complementario (adnc) a partir del arnm del gen. Método forzado (shotgun)
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Tienen lugar en la naturaleza con frecuencia relativamente baja, ya que, a pesar de las continuas mutaciones espontáneas que sufren los seres vivos, la identidad de los organismos se transfiere de generación en generación con una fidelidad extraordinaria. Esto se consigue gracias a la notable capacidad de ciertas enzimas para proteger y reparar la secuencia de bases específica de los cromosomas de cada organismo. El papel de las enzimas reparadoras es muy importante, ya que la mayor parte de las mutaciones que se producen son automáticamente reparadas por ellas. Mutaciones estructurales - Cuando el cambio estructural se verifica en un solo cromosoma, se llama intracromosómico. Si afecta a dos o más cromosomas, es intercromosómico. Mutaciones génicas - En las cuales el cambio afecta a la constitución química de los genes. Lógicamente, por tratarse de cambios moleculares, este tipo de mutaciones a diferencia de las anteriores no son observables ni siquiera con el microscopio electrónico. Actualmente sólo se consideran verdaderas mutaciones las génicas. Mutaciones inducidas - Son aquéllas que se producen por influencia de factores externos. Los principales son radiación ultravioleta, radiaciones ionizantes y mutágenos químicos. Mutaciones puntuales - Son cambios que afectan a un gen o, como mucho, a varios genes vecinos al mismo tiempo. También se llaman mutaciones génicas. El gen primitivo se llama alelo salvaje y el mutado alelo. En el hombre existen numerosas enfermedades cuya base genética es una mutación de este tipo. Ejemplos de ello los tenemos en la hemofilia, la talasemia y el albinismo. Las mutaciones que se originan cuando una base es reemplazada por otra incorrecta se llaman mutaciones por sustitución. Cuando no producen cambios en las propiedades biológicas de la proteína para la que codifica el gen, la mutación se llama silenciosa. Las mutaciones por inserción y por supresión son mucho más numerosas y letales. En el punto en que se produce la ganancia o la pérdida de una base tendrá lugar un desplazamiento de la pauta de lectura de ADN, en consecuencia, el producto polipeptídico tendrá la secuencia aminoácida correcta hasta llegar al lugar de la mutación, pero a partir de este punto, poseerá una secuencia aminoácida falseada. Este fenómeno se conoce como corrimiento de armazón. MUTAGÉNESIS Mutagénesis y carcinogénesis - El cáncer consiste en una alteración del ciclo vital de las células, que pasan a dividirse de forma incontrolada y adquieren ciertas transformaciones que pueden conducir a poblaciones celulares que invaden y alteran regiones y órganos del cuerpo. El cáncer se produce como consecuencia de una perturbación en el funcionamiento de ciertos genes. La destrucción de genes reguladores del crecimiento celular es una de las causas del cáncer; otra es la intrusión del genoma o de parte del genoma de ciertos virus llamados oncogénicos en el genoma humano. La exposición continua de los seres humanos a ciertos agentes químicos, en especial en el lugar de trabajo, da lugar a un aumento de la incidencia de determinados tipos de cáncer. Se está dedicando actualmente un gran esfuerzo a la evaluación de la posible implicación en la génesis del cáncer de gran cantidad de sustancias: productos químicos industriales, aditivos de alimentos, cosméticos, colorantes, gases liberados por los tubos de escape, etc. MUTÁGENO - Mutágenos químicos - Pueden actuar de varias maneras, por ejemplo reaccionando y alterando las bases del ADN (ácido nitroso, hidroxilamina, gas mostaza, epóxidos, dietilsulfonato), sustituyendo las bases durante la replicación (5-bromouracilo y 2-aminopurina) o distorsionando las moléculas de ADN por introducirse en ellas, causando pérdida o adición de bases (acridina). MUTANTE - Dícese del individuo que presenta en su genotipo caracteres producidos por medio de una mutación y que, por consiguiente, se diferencia genéticamente de sus progenitores. Dícese del nuevo gen, cromosoma o genoma que ha surgido por mutación de otro preexistente. NUCLEICO - Se dice de los ácidos fosforados, que son uno de los constituyentes fundamentales del núcleo de la célula. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (A.D.N.) y el ácido ribonucleico (A.R.N.). El primero, vector de la herencia, y, como tal, presente en los cromosomas, está formado por una doble hélice de azúcares y grupos fosforados, a la cual están fijados pares de bases, una púrica y otra pirimídica, unidas entre sí por un puente de hidrógeno. La secuencia de estas bases (en número de cuatro) constituye la información genética propiamente dicha. El A.R.N. es análogo al A.D.N., pero consta de una sola hélice y en él el azúcar y las bases son distintos. Hay tres variedades de A.R.N: El A.R.N m (mensajero), que transmite la información genética al citoplasma. El A.R.N r (ribosómico) que descifra el código genético del A.R.N. mensajero y ayuda a la construcción y mantenimiento del ribosoma . El A.R.N t de (transferencia) que transfiere los aminoácidos del medio celular hasta la cadena de montaje de las proteínas. Obtención de "ADN complementario" (ADNc) a partir del ARNm del Gen A través de la enzima transcriptaza inversa- De aislamiento de genes y preparación de ADN complementario: se aísla de las células el ARNm que codifica para la proteína que nos interesa, buscando las células que puedan contener mayor cantidad de ARNm del que necesitamos. Por ejemplo, los ARNm que codifican para las cadenas de la hemoglobina pueden aislarse de reticulocitos y eritrocitos en gran cantidad. Los ARNm que codifican para la proinsulina se aíslan de células pancreáticas humanas. El ARNm así obtenido se utiliza ahora como patrón para la síntesis de un ADNc, utilizando la transcriptasa inversa. Sin embargo, es necesario construir primero el ADN cebador sin el cual la transcriptasa inversa no puede actuar. Todos los ARNm contienen una cola de poli A (nucleótidos de adenina) en el extremo terminal 3'. Al ARNm se le añade una molécula de poli T (nucleótidos de timina), que aparea sus bases con la cola de poli A del ARNm. El pequeño trozo de ADN así obtenido actúa como cebador de la transcriptasa inversa y así se puede transcribir el ARNm en una cadena complementaria de ADN. Para que el proceso se pueda dar, hay que proporcionar al sistema los nucleótidos correspondientes: dATP, dTTP, DGTP y dCTP. A continuación se elimina del híbrido el ARNm, y el ADNc monohebra se replica por acción de la ADN polimerasa l dando lugar a un ADNc doble, específico par la proteína que queremos obtener. Este ADN así obtenido no contiene intrones ni señales de iniciación y terminación. Obtención de "ADN recombinante - (molécula de ácido desoxiribonucleíco, generalmente de origen bacteriano, al que se le ha insertado un gen procedente de otra especie). Comprende las siguientes etapas: obtención del inserto de ADN que interese, mediante la utilización de las enzimas de restricción; unión de éste a un ADN vector; y la transformación en una célula procariótica o eucariótica. Obtención de plantas transgénicas - Se utilizan principalmente dos procedimientos para obtenerlas: la técnica mediada por la bacteria Agrobacterium y el método del cañón. Agrobacterium posee un plásmido inductor de tumores, en el cual se inserta el ADN portador del caracter deseado. Cuando la bacteria infecta a las células de la planta transfiere el ADN. En el método del cañón se disparan partículas metálicas bañadas en ADN sobre las células vegetales. En ambos casos, las células incorporan el ADN en sus cromosomas y regeneran una planta completa. Uno de los aspectos más interesantes de la tranferencia genética se refiere a la resistencia a enfermedades y, en este sentido, se investiga en la línea de conseguir plantas resistentes a virus, ya que actualmente no hay manera de tratar directamente los cultivos infectados con virus. También existen importantes limitaciones en el campo de la ingeniería genética, ya que los ingenieros genéticos no consiguen modificar características expresadas por más de tres a cinco genes, por lo que la dificultad para aislar genes deseados es muy elevada en algunos casos, y además, algunos cultivos no responden a los métodos actuales de transferencia de genes. No obstante, las investigaciones siguen progresando y cada vez se consiguen mejores resultados. Por otra parte, la biotecnología puede ser una solución de futuro para el problema de la alimentación humana, puesto que la producción anual de alimentos deberá aumentar considerablemente para satisfacer las necesidades de una población que va en aumento, se necesitarán productos alimenticios económicos y de gran calidad. ONCOGÉN - Gen celular desencadenante del tumor canceroso. OPERÓN - Conjunto de genes vecinos de un cromosoma, que concurren en el cumplimiento de una misma función celular en el momento en que ésta es útil. PLÁSMIDO - Acúmulo de A.D.N. que se replica en el citoplasma bacteriano independiente de la replicación del cromosoma e interfiriendo en el código genético de éste. Son pequeños ADNs de cadena doble y circular, que se encuentran en el citoplasma de la mayoría de las bacterias. Cada plásmido contiene entre 2.000 y 100.000 pares de bases. En una sola bacteria puede haber 20 o más copias de plásmidos pequeños y uno o dos plásmidos grandes. Cada plásmido contiene varios genes que se replican, transcriben y traducen independientemente de los genes del cromóforo bacteriano, pero simultáneamente en el tiempo. Los plásmidos pasan de una célula a otra, y también de una especie bacteriana a otra. Por ejemplo, las resistencias de las bacterias a determinados antibióticos se adquieren gracias a ciertos genes que muchas veces se transfieren de unas a otras bacterias incluidas en plásmidos. Se pueden unir genes extraños a los plásmidos con mucha facilidad, y después ser transportados como pasajeros al interior de las células de E. coli. RESUMEN Es posible extraer genes específicos de los cromosomas de su portador natural e insertarlos en los cromosomas de otras especies que duplicarán el gen a medida que se reproduzcan, dando lugar a cantidades enormes del producto genético que entonces puede ser cosechado. Cuando el ADN original, que contiene un gen de interés , se inserta en un ADN anfitrión, el producto es una recombinación del ADN. PASOS EN LA RECOMBINACIÓN:
Las células que contienen el gen de interés, se identifican mediante la selección del producto genético o gracias con su correspondencia en la secuencia básica en el ADN . Esta técnica de Ingeniería Genética se ha utilizado para obtener grandes cantidades de proteinas útiles, tales como la Insulina, la creación de plantas resistentes a la plaga, ganados con aumento en la cantidad de leche. Terapia de reposición Genética En la terapia de reposición genética se reemplazan los genes defectuosos por genes normales. Útil en ciertos transtornos metabólicos, transtornos con manifestación relegada o tardía como la enfermedad de Alzheimer corea de Huntington y otra enfermedades de origen genético que sean susceptibles de realizarse la TRG. POLIMERÍA - Forma particular de herencia en que diversos genes alelos pueden sumar sus efectos para dar una gama de variantes en el grado de intensidad de un carácter hereditario determinado. POLIPLOIDE - Dícese del núcleo de una célula que posee un número de cromosomas que es múltiplo de la dotación cromosómica normal. RADIACIÓN - Radiación ionizante - Se destaca las radiaciones cósmicas, las de isótopos radiactivos y los rayos X. Pueden inducir cambios en la complementación de las bases y roturas en las moléculas y en los cromosomas. La frecuencia de mutaciones provocadas es proporcional a la dosis de radiación recibida por el organismo y existen diferencias de sensibilidad entre unos y otros tejidos. Radiación ultravioleta - El efecto de la luz ultravioleta (longitud de onda entre 200 y 400), que constituye una parte importante del espectro solar, es de los más conocidos y consiste en una excitación de los electrones en las bases del ADN que puede dar lugar a dos tipos de consecuencias: 1. Cambio de una base por su forma tautomérica. 2. Formación de dímeros de timina, por reacción de dos timinas adyacentes. Este hecho distorsiona la doble hélice del ADN, pudiendo producir roturas en la cadena complementaria. Puede causar mutaciones groseras y afectar, no a pequeñas zonas de unos pocos pares de bases, sino a regiones más largas de ADN e incluso llegar a producir cambios estructurales cormosómicos. RECESIVO - Se dice del gen o carácter hereditario que no se manifiesta en el fenotipo del individuo que lo posee, pero que puede aparecer en la descendencia de éste. RECOMBINACIÓN GÉNICA - Proceso por el que se produce una nueva asociación de caracteres en un individuo descendiente de padres que los portaban por separado. REDUCCIÓN CROMÁTICA o cromosómica - Disminución de la mitad del número de cromosomas de una célula que tiene lugar durante una de las divisiones previas a la formación de las células reproductoras. REORDENACIÓN CROMOSÓMICA - Cambio de estructura de uno o más cromosomas, que lleva aparejado la adquisición, la pérdida o el desplazamiento de segmentos cromosómicos. SECUENCIA - Secuencia de ADN - orden de encadenamiento de las bases nitrogenadas de los nucleótidos que constituyen el ADN y que cifra toda la información genética. Cuando es codificante (exón), define el orden de los aminoácidos que forman la proteína correspondiente. SIMPORTADOR - Simportador o proteína simportadora. Aquella proteína transportadora que lleva a cabo el transporte de dos sustancias a la vez o secuencialmente en la misma dirección. SIMPORTE. Tipo de transporte a través de membrana en el que se transportan dos solutos a la vez o secuencialmente y en la misma dirección. A la proteína que lleva a cabo este tipo de transporte se le conoce como simportadora. SISTEMA - Sistema inmune - Conjunto de defensas que funcionan para repeler los gérmenes patógenos y destruir los agresores que hayan conseguido entrar en el organismo. SOMACIÓN - Variación que afecta sólo al soma de un organismo, por consiguiente, no transmisible por herencia. TERAPIA - Terapia somática celular ( T.S.C ) Uno o más tejidos son sometidos a la adición de uno o más genes terapéuticos, mediante tratamiento directo o previa extirpación del tejido. Esta técnica se ha utilizado para el tratamiento de cánceres o enfermedades sanguíneas, hepáticas o pulmonares. TETRAPLOIDE - Dícese de los individuos mutantes cuya dotación cromosómica es doble de la de sus progenitores. TIMINA - Una de las cuatro bases nitrogenadas contenidas en los ácidos nucleicos y que intervienen en el código genético. TRANSDUCCIÓN - Tipo particular de intercambio genético, que se realiza por mediación de un bacteriófago. TRANSLOCACIÓN - Aberración cromosómica por la cual un segmento de cromosoma se separa y se fija sobre un cromosoma no homólogo. Son transposiciones de un segmento cromosómico que se coloca en otra posición dentro del mismo cromosoma. Se necesita un mínimo de tres roturas. La translocación puede producirse también entre dos cromosomas distintos. Este es el caso de la mutación que da lugar a la leucemia nucleoide crónica, en la que se ha producido una translocación del brazo largo de los cromosomas 9 y 22. Las translocaciones, en el caso de que no sean letales, se heredan de forma mendeliana. TRIPLOIDE - Dícese del organismo cuyas células poseen tres dotaciones cromosómicas en lugar de dos. TRISOMÍA - Anomalía caracterizada por la aparición de un cromosoma superfluo en un par. (El mongolismo se debe a una trisomía.) X - Cromosoma sexual (gonosoma), que se presenta en número de un ejemplar en el hombre y en número de dos en la mujer. Y - Cromosoma sexual (gonosoma) presente únicamente en el hombre, que posee un par celular. ( haploide ) |
