La clonación, el ADN y cosas de la genética

CIENCIA Y VIDA COTIDIANA
La clonación, el ADN y cosas de la genética
Santiago Torres Martínez
Departamento Genética y Microbiología
Universidad de Murcia
Murcia
25 febrero y 3 marzo, 2008
. Genética
. Gen
. ADN
. Información genética
. Cromosomas
. Genética forense
. Ingeniería genética
. Clonación
. Transgénicos
. Selección embriones
Genética:
Parte de la biología que trata de la
herencia y de lo relacionado con ella.
Diccionario de la lengua española
Genética
Transmisión
Genes
Semejanza entre progenitores
y descendientes
Van Gogh
Genética
Variación
Transmisión
¿porqué nos parecemos?
Genes
¿porqué nos diferenciamos?
Que dos mellizos nazcan de distinto color es "un caso entre un
millón", según algunos expertos.
Pero la explicación es “sencilla”:
La madre de los niños es mulata, lo que quiere decir que tiene
una mezcla de genes de raza blanca y negra. Por eso pudo
producir óvulos de cada color (uno con los genes que indican
que la piel será negra, y otros con los genes que indican que
será blanca). Dos de estos óvulos fueron fecundados por el
padre:
óvulo negro + espermatozoide blanco
óvulo blanco + espermatozoide blanco
ADN
Ácido DesoxirriboNucléico
A
T
C
G
G
C
T
A
A
T
A
T
C
G
C
G
G
C
G
C
T
A
T
A
A
T
A
T
C
G
C
G
G
C
G
C
T
A
T
A
Los genes están en los cromosomas
Cromosoma
Gen
ADN
Cariotipo
Óvulo recién fertilizado
aprox. 25.500 genes
espermatozoide
óvulo
Óvulo recién fertilizado
(44 cromosomas + X + X )
(22 cromosomas + X )
(22 cromosomas + X ó Y)
(44 cromosomas + X + Y )
?
C C
C
C
C C
C C
C C
C
C
Mujer
Una célula
cigoto
óvulo
Cientos de miles de
millones de células :
más de 200 tipos
distintos de células
embrión
esperma
Hombre
Desarrollo embrionario
Control genético
Cientos de miles de
millones de células :
más de 200 tipos
distintos de células
Una célula
Cigoto
embrión
Desarrollo embrionario
Control genético:
25.500 genes
Bacterias
(≈ 4.000 genes)
Levaduras
(≈ 6.000 genes)
Gusanos
(≈ 19.000 genes)
Moscas
(≈ 13.700 genes)
Gallo
(≈ 20.000 genes)
Ratón
(≈ 29.000 genes)
Perros
(≈ 20.000 genes)
Chimpancé
(≈ 25.000 genes)
Humanos
(≈ 25.500 genes)
Plantas
(≈ 25.500 genes)
nucleótidos
… GCAACTTCGGGATTCACTGCCACCT …
… CGTTGAAGCCCTAAGTGACGGTGGA ..
aminoácidos
aa1 aa2 aa3 aa4 aa5 . . . . .
proteína
Código genético
Febrero 2001
Revisado: 12 febrero 2008
http://web.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/static/gpstat.html
Nuestro genoma tiene
tres mil millones de bases
(unos 25.000 genes)
Entre dos personas cualesquiera hay más de 20 millones de
nucleótidos de diferencia, que se agrupan en 1.400 regiones
del genoma.
… GCAACTTCGGGATTCACTGCCACCT …
… CGTTGAAGCCCTAAGTGACGGTGGA ..
… GCAACTTCGTGATTCACTGCCACCT …
… CGTTGAAGCACTAAGTGACGGTGGA ..
Genética forense
Polimorfismos
Persona 1
..GCCAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTTTCAT..
1
Persona 2
3
4
5
6
..GCCAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTTTCAT..
1
Persona 3
2
2
3
4
5
..GCCAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTTTCAT..
1
2
3
4
5
6
7
7
6
5
Genética forense
Forensic DNA Analysis
Probabilidad de encontrar dos individuos
con el mismo perfil: < 10-13
A
B
C
D
8,8
Mancha de sangre
7,9
10,13
7,15
Sospechoso 1
8,9
10,10
9,10 11,12
Sospechoso 2
10,11
9,13
8,14
9,12
Sospechoso 3
7,9
10,13
7,15
8,8
A
B
C
D
8,8
Mancha de sangre
7,9
10,13
7,15
Sospechoso 1
8,9
10,10
9,10 11,12
Sospechoso 2
10,11
9,13
8,14
9,12
Sospechoso 3
7,9
10,13
7,15
8,8
¿De dónde se puede obtener ADN?
•
•
•
•
Sangre
Semen
Saliva
Orina
•
•
•
•
Pelos
Dientes
Huesos
Tejidos
. Genética
. Gen
. ADN
. Información genética
. Cromosomas
. Genética forense
. Ingeniería genética
. Clonación
. Transgénicos
. Selección embriones
INGENIERÍA GENÉTICA
Conjunto de técnicas que permiten la
manipulación y transferencia de DNA
de un organismo a otro.
Herramientas moleculares:
Las enzimas de restricción
Los extremos cohesivos (protuberantes) facilitan
obtención de moléculas de DNA recombinante
5´
5´
3´
G A A T T C
C T T A A G
3´
3´
G A A T T C
C T T A A G
3´
5´
5´
3´
5´
3´
A A T T C
G
G
C T T A A
3´
5´
5´
3´
A A T T C
G
G
C T T A A
5´
la
3´
5´
G
C T T A A
A A T T C
G
5´
3´
3´
5´
G A A T T C
C T T A A G
3´
5´
“Moléculas recombinantes o quiméricas”
CLONACIÓN = AMPLIFICACIÓN
Dos etapas básicas en la clonación de fragmentos de DNA
DNA
foráneo
Digestión
Ligación
1. Construcción del
DNA recombinante
Vector
Inserto
Cromosoma bacteria
Plásmido recombinante
transgénicos
transgénicos
Vaca transgénica
Gen para la
proteína de
interés
Transgén inyectado
En el óvulo del animal
La vaca transgénica produce
la proteína de interés en la
leche
Se elimina el núcleo
Oveja “donante”
de óvulos “A”
óvulo
Se fusionan el óvulo
sin núcleo y la célula
Óvulo fusionado
con la célula
Oveja “donante”
de células
célula
embrión
Embrión implantado
Oveja
“clónica”
Preembriones humanos
embrión in vitro constituido por el grupo de células
resultantes de la división progresiva del ovocito desde
que es fecundado hasta 14 días más tarde.
totipotentes
días:
1
2
Fertilización
(día 1)
3-4
5-6
blastocisto
128 células
2 células
Implantación y
formación de la
placenta (día 7)
4 células
mórula
8 células
útero
oviducto
ovario
cigoto
Células totipotentes
embrión
Tipos de células
Células
Totipotentes
Descripción
Ejemplos
Cada célula puede Células
de
los
originar un nuevo embriones tempranos
individuo
(1-3,4 días)
Tipos de células
Células
Totipotentes
Pluripotentes
Descripción
Cada célula puede
originar un nuevo
individuo
Las células pueden
formar cualquier tipo
celular (unos 200,
aprox.)
Ejemplos
Células
de
los
embriones tempranos
(1-3,4 días)
Algunas células del
blastocisto (5 a 14
dias)
Tipos de células
Células
Totipotentes
Pluripotentes
Descripción
Cada célula puede
originar un nuevo
individuo
Las células pueden
formar cualquier tipo
celular (unos 200,
aprox.)
Ejemplos
Células
de
los
embriones tempranos
(1-3,4 días)
Algunas células del
blastocisto (5 a 14
dias)
totipotentes
días:
1
2
Fertilización
(día 1)
pluripotentes
3-4
5-6
blastocisto
128 células
2 células
Implantación y
formación de la
placenta (día 7)
4 células
mórula
8 células
útero
oviducto
ovario
Tipos de células
Células
Totipotentes
Pluripotentes
Descripción
Ejemplos
Cada célula puede
originar un nuevo
individuo
Las células pueden
formar cualquier tipo
celular (unos 200,
aprox.)
Células
de
los
embriones tempranos
(1-3,4 días)
Algunas células del
blastocisto (5 a 14
dias)
Células diferenciadas,
Tejido fetal, cordón
pero
que
pueden
Multipotentes
umbilical y células
originar otros tipos de
madres de adultos
tejidos
Expresión genes
del embrión
días:
1
2
Fertilización
(día 1)
3-4
5-6
blastocisto
128 células
2 células
Implantación y
formación de la
placenta (día 7)
4 células
mórula
8 células
útero
oviducto
ovario
Prevención y tratamiento de
enfermedades de origen genético
Los centros debidamente autorizados podrán practicar técnicas de
diagnóstico preimplantacional (DGP) para:
a) La detección de enfermedades hereditarias graves, de aparición
precoz y no susceptibles de tratamiento curativo posnatal con
arreglo a los conocimientos científicos actuales, con objeto de
llevar a cabo la selección embrionaria de los preembriones no
afectos para su transferencia.
b) La detección de otras alteraciones que puedan comprometer la
viabilidad del preembrión
Diagnóstico genético preimplantacional
(DGP)
La técnica consiste en extraer una o dos
células de un embrión de más de seis células,
para analizar su material genético
Se extrae una célula del embrión, para analizar
afectado
afectado
no afectado no afectado
Se utilizan sólo los embriones no afectados
afectado
afectado
¿Qué se puede analizar en las
células extraídas de los embriones?
. Alteraciones cromosómicas
(monosomías, trisomías, triploidías)
. Enfermedades de base molecular conocida
y analizable por PCR
¿Qué se puede analizar en las
células extraídas de los embriones?
. Alteraciones cromosómicas
(monosomías, trisomías, triploidías)
. Enfermedades de base molecular conocida
y analizable por PCR
mujer
X
Y
hombre
FISH: hibridación
in situ con sondas
fluorescentes de
ADN
… GCAACTTCGGGATTCACTGCCACCT …
… CGTTGAAGCCCTAAGTGACGGTGGA ..
… GCAACTTCGGGATTCACTGCCACCT …
CCTAAGTGACG
ANOMALÍAS CROMOSÓMICAS
(cromosomas sexuales)
46 , XX
46 , XY
45 , X
47 , XXY
♀ normal
♂ normal
Síndrome Turner
Síndrome Klinefelter
PGD
Monosomía
Trisomía
ANOMALÍAS CROMOSÓMICAS
(autosomas)
46 , XX
46 , XY
47 , XY , +13
47 , XY , +18
♀ normal
♂ normal
Síndrome de Patou
Síndrome de Edwards
¿Qué se puede analizar en las
células extraídas de los embriones?
. Alteraciones cromosómicas
(monosomías, trisomías, triploidías)
. Enfermedades de base molecular conocida
y analizable por PCR
DNA
PCR
Autosómicas recesivas (
)
Fibrosis Quística
Talasemias
Anemia Falciforme
Autosómicas dominantes (
)
Distrofia Miotónica o Enfermedad de Steinert
Huntington
Recesivas ligadas al cromosoma X
Síndrome del X frágil
XY
XX
Distrofia Muscular de Duchenne (DMD)
Hemofilia A
XY
XX
XY
XX
La fibrosis quística (abreviatura FQ), también
conocida como mucoviscidosis es una enfermedad
hereditaria frecuente que afecta al organismo en forma
generalizada, causando discapacidad progresiva y
muerte prematura. La dificultad para respirar es el
síntoma más común, emergente de infecciones
pulmonares crónicas, las cuales pueden mostrarse
resistentes al tratamiento con antibióticos y otros
fármacos. La FQ es un trastorno multisistémico que
causa la formación y acumulación de un moco espeso y
pegajoso, afectando fundamentalmente pulmones,
intestinos, páncreas e hígado.
Aproximadamente, una de cada 25 personas de
ascendencia europea es portadora asintomática de un
gen para FQ, siendo la enfermedad genética más
frecuente entre esta población.
I
II
…TAGTATCCTTTGTGGTTTCTACTAT……
…ATCATAGGAAACACCAAAGATGATA…..
…TAGTATCCTTTGTGGTTACTAT……
…ATCATAGGAAACACCAATGATA…..
pérdida de un aminoácido
DGP
Se extrae una célula del embrión, para analizar
afectado
afectado
no afectado no afectado
Se utilizan sólo los embriones no afectados
Clonación terapéutica:
células “madre”
Células internas
(pluripotentes)
día 1
óvulo fertilizado
día 5,6
blastocisto
sangre
neuronas
hígado
Intestino
páncreas
Células músculo
cardíaco
Células renales
diferenciación
Mujer
Bebé “clónico”
Quitar
núcleo
Cigoto “clónico”
ó
Insertar núcleo
Embrión
“clónico”
Célula somática (piel, músculo, etc..)
Mujer
óvulo
esperma
Hombre
cigoto
embrión
día 5,6
blastocisto
Mujer
Bebé “clónico”
Quitar
núcleo
Cigoto “clónico”
ó
Insertar núcleo
Embrión
“clónico”
día 5,6
blastocisto
Célula somática (piel, músculo, etc..)
Clonación reproductiva