jueves, 20 de diciembre de 2018

La Biotecnología y sus aplicaciones generales

Recupero de mi web de Ampliación de Biología y Geología esta entrada sobre la Biotecnología:

Las biotecnologías consisten en la utilización de bacterias, levaduras y células animales en cultivo para la fabricación de sustancias específicas. Permiten, gracias a la aplicación integrada de los conocimientos y técnicas de la bioquímica, la microbiología y la ingeniería química aprovechar en el plano tecnológico las propiedades de los microorganismos y los cultivos celulares.

Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría definirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos".
De acuerdo al campo de aplicación la biotecnología puede ser distribuida o clasificada en seis amplias áreas que interactúan: Biotecnología en salud humana, Biotecnología animal, Biotecnología Industrial, Biotecnología Vegetal, Biotecnología ambiental y Biotecnología alimentaria.
  • En la biotecnología alimentaria destaca el proceso de fermentación, con dos tipos principales:
  1. Fermentación alcohólica o etanólica.
    El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible. El CO2 que se libera en este proceso es también el causante del esponjamiento de la masa de pan durante su fermentación.
  2. Fermentación láctica. En la fabricación de productos lácteos, como yogur, queso y otros lácteos fermentados (kéfir, kumis, etc.), así como en la elaboración de alimentos prebióticos y probióticos.
  • En el campo de la biotecnología industrial farmacéutica destacan varias aplicaciones:
  1. Producción de antibióticos (naturales, semisintéticos o sintéticos).
  2. Obtención de proteínas recombinantes, como el ejemplo de la insulina humana.
  3. Vacunas de nueva generación, como por ejemplo las vacunas recombinantes y comestibles.
  4. Producción industrial de sueros.
  • En la biotecnología ambiental también existen múltiples campos de aplicación:
  1. La biorremediación para la limpieza de lugares contaminados.
  2. Depuración de aguas residuales.
  3. Tratamiento de residuos y compostaje.
  4. La biodegradación de materiales (por ejemplo, los plásticos biodegradables)
  • La biotecnología agropecuaria (vegetal y animal) es el conjunto de las posibles aplicaciones de la biotecnología a las actividades productivas del ámbito agropecuario (agricola y ganadero), utilizándose en varias vías de investigación:
  1. Plantas resistentes a insectos.
  2. Cultivos resistentes a los virus.
  3. Tolerancia a herbicidas.
  4. Mejora nutricional de los cultivos o bioenriquecimiento.
  5. Cultivos tolerantes a ciertos metales del suelo, como el aluminio.
  6. Organismos Modificados Genéticamente (OMG) o transgénicos. Sobre su aplicación alimentaria podéis ver los siguientes vídeos:
       Presentación sobre "Las herramientas de la Ingeniería genética"

martes, 18 de diciembre de 2018

La epigenética, una disciplina apasionante

Aunque es un tema muy complejo y en desarrollo todavía, os doy esta información sobre la epigenética y aprovecharemos para ver gran parte del vídeo en clase.


Nuestro Genoma está formado por nuestro ADN (Acido Desoxirribonucleico) en forma de 6,000 millones de piezas que combinan cuatro “sabores”: A, C, G y T (Adenina, Citosina, Guanina y Timina). Es nuestro Abecedario. Pero a esta base se suma la regulación de la misma, que sería la ortografía y la gramática de ese abecedario: es lo que denominamos la Epigenética.

En la epigenética, destaca una señal de acentuación: la metilación del ADN, que significa tener una C o una metil-C. La primera suele significar que un gen esta expresado y activo, mientras la segunda que un gen esta callado e inactivo. Nuestro ADN “habla” cuando produce otra molécula llamada ARN (Acido Ribonucleico). Hasta hace muy poco, se creía que dicha molécula solo era un intermediario poco regulable capaz de producir proteínas (como la insulina, la hemoglobina y otras) a partir de la orden del ADN.

Hoy, un artículo publicado en Cancer Discovery por Manel Esteller, Director del Programa de Epigenética y Biología del Cáncer del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL), Investigador ICREA y Profesor de Genética de la Universidad de Barcelona, nos explica que ese ARN también tiene una ortografía y gramática propias, igual que el ADN.


Se trataría de la Epigenética del ARN, también denominada Epitranscriptómica. "Es conocida la paradoja de que a veces el ADN produce un ARN pero éste acaba no originando la proteína. Como en estos casos la alteración no está ni en el genoma ni el proteoma, pensamos que debía estar en el transcriptoma, es decir, en la molécula de ARN”, comenta el Dr. Esteller. “En los últimos años, nos hemos dado cuenta de que nuestro ARN está altamente regulado y si a nivel de ADN solo dos o tres modificaciones lo controlan, pueden existir centenares de pequeños cambios en el ARN que controlan su estabilidad, su localización intracelular o su maduración en los seres vivos”.

En células humanas este campo se ha empezado a estudiar en detalle en los últimos cinco años. “Por ejemplo, ahora sabemos que el ARN se puede metilar igual que el ADN y de forma altamente específica”, comenta el Dr. Manel Esteller, “y aún más recientemente hemos observado que estas modicaciones epigenéticas del ARN pueden ser claves en la regulación de los ARN “guardianes”, denominados ARN no codificantes.” El artículo apunta además a que el Epitranscriptoma podría verse alterado en algunas enfermedades humanas, mientras que también se están descubriendo alteraciones en genes responsables del cáncer. “Será una etapa de investigación excitante para ésta y la proxima generación de científicos”, concluye el investigador. 

Fuente del texto y de la imagen: http://biotech-spain.com/es/articles/despu-s-del-epigenoma-el-epitranscriptoma/

domingo, 16 de diciembre de 2018

Trabajo sobre las aplicaciones de la Biotecnología

Os planteo la realización de un trabajo obligatorio por grupos de dos alumnos (los grupos se han hecho en clase) sobre las numerosas aplicaciones (unas más clásicas y otras mucho más recientes) de la Biotecnología (y alguna de Geotecnología), como las siguientes:
  1. Proyecto Genoma Humano (PGH) y sus aplicaciones.
  2. Inmunoterapia del cáncer.
  3. Biorremediación.
  4. Cultivos resistentes a patógenos y bioinsecticidas.
  5. Proteínas humanas recombinantes.
  6. Alimentos probióticos y prebióticos.
  7. Vacunas de nueva generación y producción industrial de sueros.
  8. Acuicultura.
  9. Biodegradación de materiales (incluye los plásticos biodegradables).
  10. Alimentos obtenidos por fermentación.
  11. Tratamientos de aguas residuales y de residuos.
  12. Vegetales transgénicos en alimentación.
  13. Animales transgénicos y xenotransplantes.
  14. Terapia génica y Clonación terapéutica.
  15. Geotecnología microbiana (géneros Cellulomonas Sporosarcina) y celulosa bacteriana. 
El trabajo consistirá en un documento o presentación (mejor, esta última), con el correspondiente material gráfico y audiovisual, sobre la temática que os ha tocado en suerte. Como siempre, dicho trabajo se mandará a mi correo electrónico hasta el viernes, 18 de enero de 2019 (inclusive).

Fuente: https://educacionadistancia.juntadeandalucia.es/profesorado/taller/pluginfile.php/71611/mod_imscp/content/2/3_principales_aplicaciones_de_la_biotecnologa.html


viernes, 14 de diciembre de 2018

Las mutaciones

A partir de una presentación bastante completa del IES Julio Caro Baroja de Fuenlabrada, solo  ligeramente modificada, haremos un resumen del apartado de las mutaciones:


Para los que quieran profundizar en un tema tan apasionante como las mutaciones cromosómicas, especialmente en las aneuploidías autosómicas en la especie humana, aquí tenéis esta estupenda presentación:

martes, 4 de diciembre de 2018

Expresión de la información genética

Francis Crick (1970) alumbró la idea de un sistema fundamental de mantenimiento y flujo de la información genética en los organismos vivos que denominó Dogma Central de la Biología Molecular
De manera que la información genética contenida en el ADN se mantiene mediante su capacidad de replicación (ver la animación y esta otra). 
La información contenida en el ADN se expresa dando lugar a proteínas, mediante los procesos de transcripción (ver la animación), paso por el que la información se transfiere a una molécula de ARN mensajero (ARN-m) y, mediante el proceso de la traducción (ver la animación y esta otra) el mensaje transportado por el ARN-m se traduce a proteína.

Eso sí, el procesamiento de la información tiene diferencias significativas en procariotas y en eucariotas: ver animación:



Este esquema central de flujo de la información pronto fue modificado, ya que en algunos virus cuyo material hereditario es ARN, la información se conserva o mantiene mediante replicación del ARN. Además, también se comprobó que la información no va siempre del ADN hacia el ARN (ADN→ARN), en algunos casos la información puede fluir del ARN hacia el ADN (ARN→ADN), es decir sintetizar ADN tomando como molde ARN, teniendo lugar el fenómeno de la transcripción inversa. H. Temin recibió el Premio Nobel en 1975 por sus descubrimientos en relación con la interacción entre los virus tumorales y el material genético en la célula, en particular por el descubrimiento de la transcripción inversa en virus ARN-ADN. 


Por tanto, la ciencia es un ente dinámico que no se asienta, salvo notables excepciones, en dogmas. De este modo, han surgido una serie de elementos que implican la ampliación de este dogma tan tajante. Estas excepciones atañen, entre otras situaciones o elementos, a los priones, ribozimas y la enzima transcriptasa inversa.
  • Transcriptasa inversa: Ciertos virus ARN (los retrovirus) tienen la facultad de sintetizar ADN mediante una polimerasa, la transcriptasa inversa, que tiene como molde ARN. Esto supone una evasión al dogma, que sólo permite la replicación del ADN empleando ADN, y que supedita el ARN al ADN.
  • Existen moléculas de ARN con propiedades autocatalíticas, los ribozimas, capaces de modificarse y replicarse a sí mismos, en ausencia de proteína y ADN.
  • Priones: Los priones son proteínas libres de ácido nucleico que, según los modelos genéticos actuales, se propagan en su naturaleza polipeptídica, sin que medie ningún tipo de replicación o transcripción directa; simplemente, afectan a proteínas de su misma secuencia, previamente existentes, alterando su conformación.

sábado, 1 de diciembre de 2018

Cuentos del ADN

Recomiendo encarecidamente la lectura de los siguientes artículos sobre el ADN y, para hacer "méritos",  podéis hacer un comentario como usuario anónimo (pero en el mensaje hay que poner vuestro nombre, apellidos y grupo) sobre los mismos en esta entrada hasta el 21 de este mes (inclusive).

"Hemos ENCONTRADO el secreto de la vida"
Probablemente era una tarde típica de un 28 de febrero en Cambridge, pero los clientes del pub The Eagle, asistían ese día a un anuncio que revolucionaría la biología. Dos jóvenes investigadores del cercano laboratorio Cavendish entraron en el local y uno de ellos, Francis Crick, espetó en voz alta a los presentes: "hemos encontrado el secreto de la vida". Podemos imaginar que su compañero, James Watson, le escuchaba visualizando en su mente la majestuosa doble hélice de ADN que acaban de descubrir.

Fuente: www.pilaralmagro.com
La historia de este descubrimiento había empezado unos años atrás. En 1951, Watson, con 23 años, había decidido abandonar su trabajo en un laboratorio danés para instalarse en Cambridge. Allí se encontró con Crick, un físico de 35 años que estudiaba la estructura de las proteínas y que aceptó compartir la aventura de determinar la estructura del ADN antes que Linus Pauling del Instituto de Tecnología de California. En aquel momento no existían potentes ordenadores para visualizar la
estructura de grandes moléculas. A principios de los 50, la tecnología disponible era la difracción de rayos X, algo así como una radiografía, y la imaginación. Con estas herramientas Watson y Crick se lanzaron a la tarea.

Ya se sabía que el ADN estaba constituido por cuatro especies moleculares más simples, las bases nitrogenadas. A falta de medios, los jóvenes científicos tomaron trozos de cartón, de metal y varillas y comenzaron a probar las mil y una maneras de dar forma al ácido nucleico. Paralelamente, en otro centro de investigación, el King's College en Londres, una mujer consagraba su trabajo a radiografiar la deseada molécula. Una de las fotografías obtenidas por Rosalind Franklin fue la que proporcionó la prueba definitiva.

Sin embargo, la importante aportación de Franklin ha quedado empañada y sin reconocimiento debido a una truculenta historia de robos y descalificaciones. Los datos de esta científica llegaron a manos de Watson y Crick sin el conocimiento de su autora. Además, su nombre nunca figuró
entre los firmantes de la publicación que recibió el Nobel. A pesar de que los dos investigadores aseguran que Rosalind nunca expresó resentimiento ni se sintió robada, muchos opinan que este episodio simboliza los abusos que las mujeres de ciencia tienen que sufrir por parte de sus compañeros masculinos.

Con un cierto toque de película de intriga y no sin dificultades en sus relaciones personales, Watson y Crick no se equivocaron al anunciar en el The Eagle que habían encontrado el secreto de la vida. Ambos aseguran que eran conscientes de la trascendencia de su descubrimiento, aunque no podían prever que la secuenciación del genoma de diferentes especies se hiciera tan rápido.

En cualquier caso, Crick puntualizaba en 1974 en un artículo "más que creer que Watson y Crick hicieron la estructura del ADN, hay que recalcar que la estructura hizo a Watson y Crick. [....] Pero lo que realmente se ha pasado por alto es la belleza intrínseca de la doble hélice".

Los resultados de su trabajo fueron presentados a la comunidad científica en la revista Nature el 25 de abril de 1953. Rosalind murió en 1958, a los 37 años, de un cáncer. En 1962, Watson, Crick y Wilkins, jefe de Franklin, recibieron el Nobel por el descubrimiento de la estructura del ADN. Este galardón no se concede con carácter póstumo y tampoco se comparte entre más de tres personas. ¿Qué hubiera pasado si la científica estuviera aún viva en ese momento?


Diagnóstico y tratamiento
La aplicación en el área de la salud es menos evidente de lo que se supondría. La mayoría de las enfermedades se producen por complejas interacciones entre genes y factores externos. La aplicación clínica del genoma dista, por el momento, de ser amplia.

Terapia génica
El principio es simple: sustituir un gen defectuoso por una copia correcta. Sin embargo, la práctica demuestra no ser tan fácil. Las enfermedades con un alto componente genético como la de los niños

burbuja son el primer objetivo de este tratamiento, aunque también se está experimentando en cáncer. Los últimos casos de leucemia en niños burbuja a causa de la terapia han supuesto un revés para su futuro.

Chips de ADN
Existen ya varios dispositivos que determinan la actividad de un gran número de genes al mismo tiempo. Algunos de ellos se emplean para analizar las características de ciertos tumores, predecir su evolución e incluso, la respuesta a los tratamientos.

Farmacogenómica
Un campo muy llamativo de desarrollo de la era genómica es la producción de fármacos a la carta. Una enfermedad puede tener síntomas comunes a todos los pacientes, pero que su estudio a nivel molecular muestre múltiples patologías bajo la misma apariencia. Los análisis de ADN de diferentes
poblaciones podrían permitir diseñar tratamientos específicos para un perfil genético determinado.

Toxicogenómica
Es otra de las nuevas disciplinas "-ómicas" cuyo objetivo es analizar la respuesta genómica a fármacos, aditivos de alimentos u otros productos químicos. Se estudia la respuesta tóxica de los genes ante estos agentes.

Las ciencias forenses
La configuración genética de un individuo es única, se trata de una auténtica huella de identidad molecular. En la actualidad se dispone de técnicas que rastrean regiones específicas del ADN donde se puede encontrar las particularidades de un individuo. Estos análisis se emplean para reconocer cadáveres, para pruebas de paternidad e incluso para identificar a sospechosos de un crimen o para exculpar a inocentes.

Mary-Claire King, bióloga de la Universidad de California comprometida con el uso de la ciencia para fines sociales, consiguió identificar mediante pruebas de ADN a 50 de los 210 hijos de los desaparecidos durante la dictadura argentina.

En 1991 dos hombres de leyes fundaron el Proyecto Inocente, una organización que emplea las huellas genéticas para liberar de sus cargos a personas inocentes. (web de Red Inocente)

Esta técnica se empleó también para el reconocimiento de las víctimas del 11 de septiembre y para identificar cadáveres de desaparecidos.


Una antena cuántica
En los últimos años son numerosas las investigaciones que parten de las teorías de la física cuántica para estudiar los procesos biológicos.

Una de estas aproximaciones ha surgido de los trabajos conjuntos de dos investigadores de campos muy diferentes: Stuart Hameroff, catedrático de Anestesiología y Psicología de la Universidad de Arizona, y Sir Roger Penrose, matemático de la Universidad de Oxford, conocido por sus teorias sobre el funcionamiento del cerebro y la inteligencia artificial.

La novedad del trabajo es que considera que el ADN funciona como una antena cuántica con capacidad para establecer comunicaciones con otros ácidos nucleicos e, incluso, con toda la maquinaria celular. El centro de la doble hélice es una nube de cargas negativas que pueden existir en infinitas configuraciones, característica que la convierte en una antena cuántica.

En el mundo cuántico todo son probabilidades y la materialización de uno de estos estados probables depende de las condiciones exteriores. En el caso del ADN como antena cuántica, la molécula adoptará una estructura u otra dependiendo de las señales que capta del entorno.


Genética de ciencia ficción
Los secretos del ADN han llegado hasta los argumentos de los videojuegos y se han colado en los guiones cinematográficos.

MetalGear Solid es un buen ejemplo de la irrupción de esta temática en el ámbito de los videojuegos. En la aventura, el protagonista, un mercenario utilizado por el gobierno, fue concebido utilizando genes que le aportaran cualidades superiores para el combate. Sin embargo, y como estos
Los experimentos genéticos no son perfectos ni siquiera en los juegos, la muerte súbita de origen celular turba al aguerrido mercenario.

El séptimo arte también se ha dejado seducir por la era genómica. En la película Gattaca, Ethan Hawke y Uma Thurman vivían en un mundo futuro marcado por las diferencias genéticas. La sociedad estaba dividida en castas determinadas por la configuración del ADN. De un lado, los individuos que tenían un buen genoma y que, por tanto, podían aspirar a los puestos más
prestigiosos. De otro, los parias del ADN, los no válidos, condenados por sus genes a no tener aspiraciones. Sin embargo, uno de los marcados como no válido consigue enfrentarse y burlar al sistema demostrando que no todo está en los genes.