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.

jueves, 29 de noviembre de 2018

La larga y dura lucha contra el VIH/Sida

Aprovecho que pasado mañana es el Día Mundial del SIDA para recordar la dura lucha contra esta pandemia que afecta a millones de personas en el mundo, y para recuperar una entrada anterior:

El día mundial de la lucha contra el SIDA, que se conmemora el 1 de diciembre de cada año, se dedica a dar a conocer la epidemia de SIDA global causada por la extensión de la infección del VIH. El día 1 de diciembre fue elegido debido a que el primer caso de SIDA fue diagnosticado en este día en 1981.
Desde entonces, el SIDA ha matado a más de 35 millones de personas en todo el mundo (y cerca de 40 millones viven con el virus, de los que 1,8 millones lo han adquirido en 2017), haciéndola una de las epidemias más destructivas de la historia registrada.

Los docentes desempeñamos un papel clave en la sensibilización sobre el VIH y el SIDA. Esta jornada mundial representa la oportunidad perfecta para involucrarse.
¡Empecemos por dedicar una hora para hablar del VIH y del SIDA este día u otro cualquiera!

A pesar de los avances, el VIH y el SIDA siguen siendo una amenaza a la salud pública en muchos países, afectando a docentes y alumnos en todo el mundo. La IE (Internacional de la Enseñanza) anima a los sindicatos a que se unan a esta iniciativa y destaquen la importancia de la educación en la prevención del VIH.

En 2001, los gobiernos se comprometieron en la Asamblea General de la ONU a lograr que más del 90% de la población joven tuviera los conocimientos necesarios para reducir su vulnerabilidad a la infección por el VIH en 2010. Sin embargo, los resultados de sondeos nacionales realizados en 2007 demuestran que sólo el 40% de jóvenes tienen conocimiento adecuado sobre el VIH y el SIDA, lo cual es muy preocupante.

La educación para la prevención es una necesidad, no sólo en los países con una alta prevalencia de VIH sino también en aquellos con baja prevalencia (ver mapa), donde la trivialización de la enfermedad provoca el crecimiento de comportamientos irresponsables en la población joven, incrementando el riesgo de contraer el VIH.

Porcentaje por países de adultos infectados por el sida. Fuente: wikipedia


Por ello, en la próxima clase hablaremos de esta grave enfermedad a escala prácticamente mundial y trataremos de resolver vuestras dudas al respecto, aunque primero debemos informarnos, por ejemplo consultando las siguientes webs:
Y después os recomiendo que hagáis la siguiente encuesta para comprobar lo aprendido.

jueves, 22 de noviembre de 2018

Anímate con el ADN

Fuente: http://www.canalgif.net
Aquí tenéis varias animaciones para ayudaros a entender la estructura del ADN y la relación que tiene la misma con la importantísima función de esta macromolécula:

miércoles, 21 de noviembre de 2018

Los ácidos nucleicos son los portadores de la información genética

A lo largo del siglo XX se descubrió la inmensa importancia biológica de los ácidos nucleicos como moléculas portadoras de la información biológica, mediante varias experiencias científicas:

Experimento de Griffith (1928) con ratones y Streptococcus (Diplococcus) pneumoniae (Bacterias causantes de la neumonía o neumococos):
A un ratón se le inoculaban bacterias S (capsuladas y virulentas), entonces el ratón moría y se recuperaban bacterias S vivas.
A otro ratón se le inoculaban bacterias R (sin cápsula y no virulentas), entonces el ratón sobrevivía y no se recuperaban bacterias.
Si a otro ratón se le inoculaban bacterias S muertas por el calor, el ratón también sobrevivía y no se recuperaban bacterias.
A otro ratón se le inoculaban bacterias R y bacterias S muertas por el calor, entonces el ratón moría y se recuperaban bacterias S vivas.

F. Griffith supuso que existía un “principio transformante” que pasaba de las bacterias S muertas a las bacterias R, siendo éstas transformadas en bacterias S que mataban al ratón. Por tanto, dicho "principio" llevaba la información biológica de las bacterias S. 

Su muerte en un bombardeo durante la 2ª guerra mundial, en 1941, le privó de todo reconocimiento de la comunidad científica, ya que hasta bastantes años después no se hizo evidente la importancia de su famoso experimento.

Experiencias de Avery, Mac Leod y Mc Carty (1944) que completaron los trabajos anteriores con bacterias de la neumonía y demostraron que el "principio transformante" es el ADN bacteriano.


Los resultados obtenidos por Avery y sus colaboradores, fruto del trabajo de muchos años, fueron difundidos en las más importantes publicaciones científicas, pero no obtuvieron el inmediato reconocimiento que hubiera sido de esperar. Casi nadie conoce a O.T. Avery y ni siquiera recibió ningún premio importante en reconocimiento a su trabajo: se dice que probablemente éste haya sido el más grande científico entre los que no han recibido el Premio Nobel.

Experiencias de Hershey y Chase (1952) que trabajaron con fagos T2 marcados radiactivamente con P32, que marca el ácido nucleico, y con S35 que marca la proteína. Cuando se infectaba bacterias con fagos marcados con fósforo y azufre radiactivos se obtenían nuevos fagos sólo marcados con fósforo, lo que demostraba que la molécula infectante era el ácido nucleico y no la proteína.


Animación del experimento

Experiencias de Gierer y Scharamm (1956) con el virus del mosaico del tabaco (TMV) que no contiene ADN sino ARN. Cuando se inoculaban hojas de tabaco con el TMV se producía la enfermedad (mosaico). Si se inoculaba sólo con la proteína o cápside del virus no había infección, pero ésta se producía al inocular con el ARN vírico.

Si se utilizaban virus mixtos (ARN del TMVA y proteína del TMVB) se producía una infección típica del TMVA. Y si se usaba ARN del TMVy proteína del TMVse producía una infección típica del TMV

Por tanto, todas estas experiencias demostraron que los ácidos nucleicos, tanto el ADN como el ARN (este último sólo en ciertos virus), son las moléculas que llevan la información hereditaria (genes) de los individuos, y son capaces de transmitirla a la siguiente generación.

domingo, 18 de noviembre de 2018

Historia de un descubrimiento fundamental en Biología

Para comenzar el tema de genética molecular nos viene estupendamente hacer un poco de historia sobre el descubrimiento de los ácidos nucleicos y de su importantísima función en los seres vivos. El texto está copiado de nuestra web colaborativa de Ampliación de Biología y geología de 4º de ESO:

Entre 1868 y 1869, el suizo Friedrich Miescher (1844-1895), siendo estudiante postdoctoral en el laboratorio de Frierich Hoppe-Seyler en Tübingen, aisló núcleos a partir de leucocitos del pus de los vendajes usados de hospital. Tras un tratamiento simple, comprobó que estaban formados por una única sustancia química muy homogénea y no proteica que denominó nucleína —el término «ácido nucleico» fue acuñado posteriormente por R. Altman en 1889—. Según sus palabras, la nucleína son «sustancias ricas en fósforo localizadas exclusivamente en el núcleo celular».

Este descubrimiento, que se publicó por primera vez en 1871, al principio no pareció relevante, hasta que Albrecht Kossel hizo las primeras investigaciones de su estructura química. Establece las bases de la estructura del ADN, al estudiar las nucleínas (nucleoproteínas) mostrando que consistían en una porción proteica y otra no proteica (ácidos nucleicos).

Este trabajo dio acceso a Kossel al Premio Nobel en 1910. El trabajo fue continuado por su discípulo, el químico ruso-americano Phoebus Levene (1869-1940), quien comprobó en 1900 que la nucleína se encontraba en todos los tipos de células animales analizadas. Más adelante, en 1909, comprobó las evidencias de Kossel, obteniendo que los ácidos nucleicos estaban compuestos de ácido fosfórico, una pentosa, y las bases nitrogenadas. La pentosa aislada de la nucleína de levadura comprobó que era ribosa. Tuvo que esperar hasta 1929 para identificar que la pentosa aislada del timo de los animales era desoxirribosa. Esta diferencia le hizo proponer que la nucleína de los animales era el nucleato de desoxirribosa (hoy en día llamado ácido desoxirribonucleico o ADN), mientras que los vegetales contenían el nucleato de ribosa (ácido ribonucleico o ARN).

E. Zacharias demuestra en 1881 que la naturaleza química de los cromosomas era nucleína. Entre 1879 y 1882 Walther Flemming (1843-1905) y Robert Feulgen, independientemente, desarrollan nuevas técnicas de tinción (se conoce como tinción de Feulgen) y logran visualizar los cromosomas en división, lo que les permitió describir la manera en que se replican los cromosomas (la mitosis).

En 1889 August Weismann (1834-1914) asocia de manera teórica, casi intuitiva, la herencia y los cromosomas, puesto que hubo que esperar hasta 1902 para que Walter S. Sutton (1877-1916) proponga, gracias a evidencias experimentales, que los genes de Mendel son unidades físicas que realmente se localizan en los cromosomas (la llamada teoría cromosómica de la herencia). Parte del trabajo que permitió a Sutton proponer ese modelo se debió al descubrimiento de la meiosis, junto a Theodor Boveri (1862-1915).


A su vez, Thomas Hunt Morgan (1866-1945) en la Universidad de Columbia (1909), realiza los experimentos con la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) que hoy se consideran clásicos sobre los rasgos genéticos ligados al sexo, lo que le valió el Premio Nobel en 1933.


Rosalind Franklin
El posterior y famosísimo descubrimiento de la estructura en doble hélice del ADN (ver animación y vídeo), en 1953,  por James Watson y Francis Crick, gracias a las reglas de Chargaff y, sobre todo, a las imágenes de cristalografía de rayos X obtenidas por M. Wilkins (quien compartió el premio Nobel en 1962 con Watson y Crick) y Rosalind Franklin, daría para una montaña de libros, pero nos podemos conformar con ver el siguiente vídeo y este otro vídeo en V.O.S.




Imagen de rayos X del ADN ("fotografía 51")


Y merece la pena conocer más del trabajo de investigación y de la biografía de Rosalind Franklin (1920-1958) y este vídeo en galego.