Enxeñería xenética e mutacións

1. MUTACIÓNS E ENXEÑERÍA XENÉTICA
Profesor: Adán Gonçalves

2. 1. AS MUTACIÓNS
As mutacións son os cambios aleatorios que se producen no ADN dun
organismo. Constitúen unha fonte de variabilidade xenética esencial no
proceso evolutivo.
As mutacións poden producirse de xeito natural (mutacións
espontáneas) ou poden ser inducidas por distintos axentes
mutaxénicos que poden ser físicos (radiacións) ou químicos (drogas e
fármacos).
En todo caso en xeral podríamos decir que as tasas de mutación son
baixas, aínda que depende de cada organismo e da rexión do xenoma
que se trate.
Por exemplo, en mamíferos establécese en 1 de cada 2,2 ∙ 109 bases
nucleotídicas.

3. Tipos de Mutacións
Segundo o efecto sobre o individuo
- Prexudiciais: confiren unha desvantaxe para a supervivencia.
- Beneficiosas: aumentan a probabilidade de supervivencia
proporcionando variabilidade á poboación.
- Neutras: non afectan a supervivencia.
Segundo as células afectadas
- Somáticas: afectan ás células somáticas e aínda que poden
xerar alteracións graves como o cancro non son herdables.
-Xerminais: afectan aos gametos ou ás células nai dos gametos.
Non se manifestan no individuo, pero sí na descendencia, son
herdables.

4. Tipos de Mutacións
Segundo a extensión do material xenético afectado
- Xénicas: afectan a secuencia de nucleótidos dun xene
determinado. Poden ser: por substitución (de unha base por
outra), por delección (perda dunha base), por inserción (adición
dunha base).
- Cromosómicas: afectan a amplas zonas dentro dun
cromosoma. Poden ser: por deleción, por duplicación, por
inversión ou traslocación.
- Xenómicas: afectan ao número total de cromosomas. Hai dous
tipos: aneuploidías (afectan ao nº, pero non atinxen ao xogo
completo) e euploidías (afectan alomenos a un xogo completo).

5. ANEUPLODÍAS máis importantes
 Nulisomías: ningún cromosoma do xogo.
 Monosomías: só un cromosoma do xogo. Síndrome de Turner.
 Trisomías: hai tres cromosomas en lugar dun par. Síndrome de Down.
EUPLOIDÍAS
Monoploidías: un xogo
Poliploidías: máis de dous xogos. Adoita diferenciarse en aloploidías
(proceden de especies diferentes) e autoploidías (da mesma especie).

7. MUTACIÓNS CROMOSÓMICAS

8. Tipos de axentes mutaxénicos
Mutáxenos físicos: dous tipos.
• Non ionizantes: por exemplo son as radiacións ultravioleta.
• Ionizantes: rayos X e rayos γ, e corpusculares de partículas α e β.
Ambas pueden provocar entre otros efectos tautomería (cada base ten dúas
formas unha normal e outra anormal, se se produce este cambio o
emparrellamento entre bases non se produce).
Mutáxenos químicos: distintas substancias que provocan tres efectos
basicamente:
•Modificacións das bases nitroxenadas: por exemplo o HNO2 provoca a
eliminación de grupos amino.
•Substitución por un análogo de base: por exemplo o 5- bromuro uracilo
substitúe a timina.
•Intercalación de moléculas que modifican a pauta de lectura.

9. 2. MUTACIÓN E CANCRO
ONCOXENES
Actualmente está claro que o cancro é un defecto xenético. Os cancros
teñen moitas causas, pero en última instancia todas elas exercen a súa
acción sobre unha clase especial de xenes coñecidos como xenes do cancro
ou oncoxenes xeralmente relacionados co control do ciclo celular.
O xene normal denomínase protooncoxene e a súa mutación é o oncoxene.
A alteración das funcións dun oncoxene produce as dúas principais
caraterísticas do cancro:
A división incontrolada que orixina un grupo de células de crecemento
excesivo chamado tumor.
A dispersión das células tumorais por todo o corpo ata formar novos
tumores coñecidos como metástase.

10. 2. MUTACIÓN E CANCRO
XENES SUPRESORES DE TUMORES
Estes xenes codifican proteínas inhibidoras da mutación celular. A súa
mutación e ausencia destas proteínas estimula un aumento no ritmo
reprodutor das células.
PREDISPOSICIÓN XENÉTICA
Sábese que certos cancros teñen maior prevalencia en certas familias. Por
exemplo unha predisposición autosómica recesiva ao cancro de pel coñecida
como xeroderma pigmentosum débese unha mutación que afecta o sistema
de reparación do DNA, os individuos heterocigóticos presentan un alelo
“normal” capaz de codificar correctamente a proteína reparadora, pola
contra os homocigóticos co alelo mutado carecen desta capacidade e as súas
células epidérmicas exposta a uv non reparan os danos padecendo
numerosas lesións tumorais epidérmicas.

11. AXENTES CANCERÍXENOS
Hai moitos axentes mutaxénicos que poden favorecer a aparición dun
cancro, son os denominados axentes canceríxenos.
Hainos físicos ( como determinadas radiacións) ou químicos ( como
contaminates atmosféricos, aditivos alimentarios...)
A exposición a estes axentes aumenta a probabilidade da persoa de
padecer algún tipo de cancro. Son importantes no grao de risco o tempo de
exposición e a dose.
2. MUTACIÓN E CANCRO

12. A biotecnoloxía é a utilización de seres vivos, ou parte deles, para obter
produtos de interese (comercial, terapéutico…)
O termo é relativamente novo e foi empregado por primeira vez en 1919
polo agrónomo Karl Ereky no seu libro Biotecnoloxía na produción cárnica e
láctea.
Pero en realidade levamos facendo biotecnoloxía séculos, cando facemos
selección do gando ou producimos pan, queixo, cerveza ou viño.
3. BIOTECNOLOXÍA

13. Aplicacións da Biotecnoloxía
Produción de substancias terapéuticas como a insulina que é o
primeiro produto da Biotecnoloxía moderna que se comercializou.
Produción de alimentos mellorando algún aspecto do noso
interese, resistencia a plagas, crecemento rápido…
Biorremediación, utilización de fungos e bacterias para eliminar
substancias contaminantes do medio, como pesticidas ou
hidrocarburos.
Produción de enerxía, un exemplo é o bioetanol obtido pola
fermentación da cana de azucre.
3. BIOTECNOLOXÍA

14. A enxeñería son un conxunto de técnicas que permiten a
manipulación do ADN dun organismo para conseguir un obxectivo
concreto.
Lévase a cabo mediante transferencia dun ou máis xenes dun
organismo a outro sexan ou non da mesma especie. O organismo así
obtido denomínase organismo transxénico xa que o seu xenoma foi
modificado co doutro organismo.
O ADN obtido artificialmente pola unión de ADN de orixes diversos
denomínase ADN recombinante.
Por iso adoitamos referirnos ás técnicas de enxeñería xenética como
técnicas do ADN recombinante.
4. ENXEÑERÍA XENÉTICA

15. A TECNOLOXÍA DO ADN RECOMBINANTE
Cara aos anos 70 os coñecementos en Bioloxía Molecular permítennos ir avanzando
ata situación actual. Hoxe somos capaces de manipular os xenes a nosa vontade
grazas ás técnicas do ADN recombinante.
Ferramentas das técnicas do ADN recombinante:
Enzimas de restricción: proteínas especiais que nos permiten “cortar” o ADN en
lugares específicos (secuencias palindrómicas chamadas sitios de restricción)
ADN ligasas: permiten “pegar” fragmentos de ADN.
Vectores de transferencia ou clonación: un exemplo son os plásmidos (pequenas
moléculas de ADN circular que nos permiten “copiar” as secuencias de ADN que nos
interesen). Podemos meter neles un fragmento de ADN que nos interese e coa
duplicación do plásmido tamén se farán copias do noso fragmento. Outros exemplos
de vectores son o ADN de certos virus (como o fago λ).
Un proceso chamado transformación permítenos insertar plásmidos en bacterias que
se copiarán cada vez que a bacteria se divide.

16. Vectores de clonación para procariotas
 Plásmidos: moléculas de ADN circular dobre con replicación
independente do cromosoma bacteriano. Adoitase empregar plásmidos R
que levan resistencia a antibióticos para poder seleccionar as bacterias
que incorporaron o fragmento de interese.
 Fagos: son virus que infectan bacterias. Manipúlase o seu ADN para
insertar o fragmento de interese. O máis empregado é o fago λ que infecta
a E. Coli.
 Cósmidos: plásmidos sintéticos resultado da hibridación de plásmidos e
o fago λ. Pemiten insertar fragmentos máis grandes.

17. Vectores de clonación para eucariotas
Microinyección: cunha microagulla introducimos ADN que atravesa a membrana
celular ou nuclear.
Electroporación: introducimos ADN foráneo grazas ao aumento da permeabilidade
de membrana ao xerar un campo eléctrico. En células con parede debemos obter
previamente un protoplasto (células sen parede).
Plásmidos de fermentos e YAC´S: temos xerado plásmidos híbridos de fermentos e
bacterias e cromosomas artificiais de fermentos que se comportan normal na mitose.
Os YAC´S permiten a inserción de fragmentos de ADN máis grandes que nos
plásmidos ou cósmidos vistos antes e ademais como os fermentos son eucariotas
realizan os procesos de maduración do transcrito 1º indispensable en calquera
eucariota.
O plásmido Ti en vexetais: Agrobacterium tumefaciens de xeito natural provoca
tumores en plantas. Para facelo inserta este plásmido no ADN vexetal. Para aplicalo
retiramos esta facultade do plásmido e conservamos a súa capacidade de insertarse
no ADN vexetal co ADN foráneo que nos interesa.

18. TÉCNICA DO ADN COMPLEMENTARIO
Un dos obxectivos primordiais da enxeñería xenética é conseguir cultivar
bacterias que fabriquen masivamente xenes de interés de xeito rendible.
Moitos destes xenes proceden de células eucariotas que por suposto posúen
intróns.
As bacterias carecen de enzimas capaces de eliminalos, para resolver este
problema emprégase a técnica do ADN complementario:
1) Se ailla ARNm maduro da proteína que interesa
2) Se obtén unha febra de ADN complementario coa retrotranscriptasa a
partir de ARN.
3) Cunha ADN polimerasa sintetizamos a dobre febra a partir deste molde.
Obtendo un ADN de dobre febra (ADNc) sen intróns porque procede de
ARNm maduro.

19. Como se leva a cabo o proceso DA CLONACIÓN?
1. Localización e illamento do xene ou xenes a transferir: as enzimas de
restricción cortan en sitios específicos.
2. Selección do vector: depende do tamaño do fragmento cortado e das
enzimas de restricción utilizadas (deben ser as mesma as do vector que
as que cortan o fragmento que nos interesa).
3. Unión do ADN de interese ao ADN vector: facémolo a través das
enzimas ADN-ligasas. Formamos ADN recombinante.
4. Inserción deste ADN recombinante na célula hospedeira.
5. Multiplicación do organismo transxénico: a división da célula (que trae
consigo a anterior duplicación do ADN) permítenos obter copias (clons)
do ADN desexado.

20. O ADN recombinante podémolo
definir como ADN sintetizado
pola unión de ADN de diferente
orixes.
Como resultado de aplicar estas
técnicas á obtención de produtos
comerciais xurde en 1975 unha
nova industria: a Biotecnoloxía.
O primeiro produto que se
fabricou foi a insulina humana,
logo viñeron moitos máis avances
neste eido: a produción de
interferón ou da GH, o deseño de
plantas resistentes a plagas ou a
fabricación de células nai .

22. PROYECTO DE INGENIERÍA GENÉTICA
Plásmido híbrido
ADN vírico
Plásmido bacteriano
Virus de la hepatitis B
Proteínas víricas
Plásmido híbrido
introducido en la célula
Las proteínas
inducen la producción
de anticuerpos
La vacuna
produce inmunidad
contra la hepatitis B

24. A REACCIÓN EN CADEA DA POLIMERASA (PCR)
É unha técnica para replicar ADN in vitro en grandes cantidades
empregando ADN polimerasas de microorganismos termófilos.
Foi desenvolvida por Kary Mullis en 1986.
Consiste na repetición de ciclos de replicación. Cada ciclo consta de:
1. Desnaturalización do ADN que se vai clonar (DNA diana) mediante altas
temperaturas para que se separe a dobre hélice.
2. Hibridación con cebadores (DNA monocatenario específico) a ambolos
dous lados do segmento que queremos clonar (copiar).
3. Elongación da cadea. A ADN polimerasa sintetiza unha cadea sinxela de
ADN en dirección 5´-3´ en cada febra de ADN.

26. ANTICORPOS MONOCLONAIS
Cando un axente estrano (que porta un antíxeno) entra no corpo o sistema
inmunitario o detecta e os linfocitos B producen anticorpos específicos
contra el.
Nos 80 conseguimos obter os denominados anticorpos monoclonais,
anticorpos moi específicos contra un só tipo de antíxeno. Obtivémolos
fusionando linfocitos B con células tumorais (hibridomas). Os hibridomas
producen Ig e se dividen incesantemente. Son moi empregados en
investigación e diagnóstico (con anticorpos fluorescentes), pero cada vez
máis en tratamentos sobre todo contra o cancro ao producir Ig específicas
contra os marcadores que presentan nas membranas as células tumorais.

27. APLICACIÓNS DA ENXEÑARÍA XENÉTICA
Como vimos, a enxeñería xenética permítenos fabricar ADN recombinante
que transferido a unha célula en cultivo pode expresar o xene que nos
interese.
As principais aplicacións son:
Obtención de fármacos: como a insulina, moitas vacinas, factores
coagulantes…
Mellora na produción agrícola e animal:
- En plantas xenes resistentes a plagas ou a herbicidas; xenes
que aumentan o valor nutricional; xenes de crecemento rápido; de
resistencia a sequía; atraso na maduración…
- En animais, xenes de crecemento, de produción hormonal…
 Terapia xénica: tratamento de enfermidades provocadas por unha
alteración xenética: parkinson, diabetes, algúns tipos de cancro… Unha
das primeiras aplicacións foi no tratamento dos “nenos burbulla”.

28. A terapia xénica permite substituir
o xene defectuoso por un normal
que producirá a proteína correcta
correxindo a alteración. Para a
inserción empréganse retrovirus.
Pode realizarse de dous xeitos: “in vivo” (introdúcese no paciente o vector co
xene normal) ou “ex vivo” (extráense células do paciente co xene defectuoso
e transfírense os xenes desexados, depois introdúcense de novo no
paciente)
APLICACIÓNS DA ENXEÑARÍA XENÉTICA

29. OS TRANSXÉNICOS
A nosa especie selecciona organismos dende hai miles de anos mediante a
domesticación de animais e o cultivo de plantas; é o que denominamos
selección artificial.
Agora, ademais a Biotecnoloxía permítenos obter variantes de interese
mediante a introdución na especie dun xene foráneo orixinando os
chamados organismos modificados xenéticamente (OMX) ou transxénicos.
A utilidade dos transxénicos é indudable como acabamos de ver, pero o
uso da Biotecnoloxía tamén ten os seus riscos:
 A perda da Diversidade Xenética, sobre todo coas plantas transxénicas.
O “salto” de xeito accidental dos xenes transferidos a especies silvestres
ou tradicionais.
Prexuícios para a saúde, polo do agora só se detectaron problemas
alérxicos, pero as consecuencias de introducir xene alleos teñen un risco
potencial todavía imposible de determinar.

30. A modificación xenética permite que o OMX teña algunha característica
desexable ou produza unha substancia de interese.
Nos alimentos as melloras habituais son:
Atraso na maduración o que aumenta a durabilidade do produto. Por
exemplo o tomate Flavr Svr.
Mellora das cualidades organolépticas, por exemplo café máis aromático
e con menos cafeína.
Produción de substancias, por exemplo patacas que imunizan contra o
cólera ou as diarreas bacterianas.
Resistencia a herbicidas e plagas, que favorecen o rendemento nas
colleitas e diminúen o uso de plaguicidas que poden xerar problemas
medioambientais. Por exemplo millo resistente a insectos.
OS TRANSXÉNICOS

31. O cigoto é unha célula que ten o potencial
de rexenerar un individuo completo. Esta
célula divídese ata dar lugar a novas
células que se diferencian e especializan,
adquirindo forma e funcións particulares.
Á vez que se especializan, perden a
capacidade de dividirse.
O termo células nai emprégase para facer
referencia a células non especializadas,
con capacidade para:
•Multiplicarse orixinando novas células
non especializadas.
•Dar lugar a células que se diferencien e
orixinen células especializadas.
CÉLULAS NAI E CLONACIÓN

32. Tipos de células nai
As células nai poden clasificarse en:
•Totipotentes. Son as que poden dar lugar a un
individuo completo. Son células totipotenciais o cigoto e
as oito primeiras células que resultan da súa división.
•Pluripotentes. Son as que non poden dar lugar a un
individuo completo, pero si orixinar calquera dos tipos
de células que o forman. As células do interior do
blastocisto tardío son pluripotentes.
•Multipotentes. Son as que poden orixinar algúns
tipos de tecidos, pero non todos. As células da medula
ósea son multipotentes.
•Oligopotentes. Só poden orixinar un ou uns poucos
tipos de células. Un exemplo de células oligopotentes
son as células nai da pel ou do tecido nervioso.

33. Segundo a súa procedencia, existen
diferentes tipos de células nai:
•Células nai embrionarias,
procedentes de embrións excedentes
de fertilizacións in vitro.
•Células nai procedentes de cordón
umbilical ou de adultos.
•Células nai inducidas. Son células
obtidas de células adultas e
modificadas para transformalas en
células nai. Están aínda en fase de
investigación, xa que a súa obtención
é moi recente (2007).

34. 1. Obtense unha célula diferenciada
do individuo que se quere clonar
(ovella de cara branca).
2. Extráese un óvulo dunha femia
doadora (ovella de cara negra).
3. Elimínase o núcleo do óvulo.
4. Transfírese o núcleo da célula
diferenciada ao óvulo sen núclo.
5. Cultívase a célula ata que se
desenvolva o embrión.
6. Despois de que acada o estadio de
mórula, transfírese ao útero da nai
receptora (ovella de cara negra).
7. Despois do período de xestación,
nace un novo individuo, que é un
clon do que proporcionou o núcleo
(ovella de cara branca).
A clonación da ovella Dolly por transferencia nuclear (1996)
Nacemento de Dolly
CLONACIÓN REPRODUTIVA E TERAPÉUTICA

36. Posibles aplicacións da clonación
•Agricultura e gandería. Obtención de animais ou plantas que
posúan algunha característica de interese.
•Investigación. Dispoñer de animais idénticos é interesante para
poder utilizalos como modelo de enfermidades humanas.
•Ecoloxía. Conservación de especies en perigo de extinción ou
recuperación de especies extintas.
•Medicina. Obtención de órganos para transplantes.

37. •Ningunha lexislación permite a clonación humana con fines reprodutivos. Nos
se considera éticamente aceptable, xa que atentaría contra a dignidade e
individualidade das persoas.
•Nalgúns países está permitida a clonación con fins terapéuticos (para a
obtención de células nai).
•Para moitas persoas, estas prácticas son inadmisibles por razóns relixiosas.
•En España non está permitida a clonación humana reprodutiva, pero sí a
terapéutica con moitas restriccións (Lei de investigación Biomédica de 2007). Si
se permite a investigación con ovocitos ou preembrións sobrantes de procesos de
reprodución asistida, coa finalidade de obter células nai con fins terapéuticos. A
normativa é moi estrita e inclúe a autorización, caso por caso, da investigación
proposta.
Os avances na obtención de células nai inducidas a partir de células diferenciadas
permite salvar o rexeitamento por parte do sector da sociedade que condena a
utilización de embrións.
Aspectos éticos relacionados coa clonación e a obtención de células nai

38. O Proxecto Xenoma Humano comezou en 1990 liderado por James Watson
(codescubridor da dobre hélice de ADN) e levado a cabo pola colaboración internacional.
Perseguía dous obxectivos:
•Identificar os xenes e en que cromosoma se atopaban.
•Determinar a secuencia exacta de nucleótidos de cada xene para saber a proteína
codificada e as súas alteracións.
Tamén se estableceu como parte do proxecto un Programa sobre as implicacións éticas
e sociais desta labor.
Watson desvinculouse do proxecto por filtracións dun dos fundadores do proxecto,
Craig Venter.
C. Venter fundou a empresa Celera Genomics de capital privado e iniciou a
secuenciación en 1999 cunha nova estratexia e obtendo un “borrador” xa no 2000.
Esto acelerou o traballo do consorcio público e en 2003 o PXH anunciou a
secuenciación completa. O PHX tamén permitíu secuenciar o xenoma doutros
organismos (M. musculus, Drosophila melanogaster…)
5. O PROXECTO XENOMA HUMANO

39. Actualmente practicamente todo o xenoma humano está secuenciado. Os
resultados máis destacados son:
O noso xenoma ten uns 25000 xenes (menos dos que estimabamos), un
número comparable ao existente en xenomas máis pequenos. Por tanto, non
hai unha relación directa entre a complexidade dun organismo e a cantidade
de ADN.
Moitos dos xenes que posuímos parecen proceder de virus e bacterias.
Todos nós compartimos o 99,99% do noso xenoma, polo que non ten
sentido falar de razas.
Numerosos xenes están implicados na síntese de moitas proteínas, non
dunha soa ( a teoría un xene-unha proteína quedou xa anticuada).
Só o 2% dos xenes participa na síntese proteica; o resto son interrupcións
na secuencia, teñen funcións de regulación e de outros descoñecemos a súa
función.
5. O PROXECTO XENOMA HUMANO

40. 6. PROTEÓMICA E XENÓMICA
A Xenómica é unha das áreas con maior proxección na Bioloxía Molecular
e ten por obxecto predecir a función do xenoma (o conxunto de xenes dun
organismo) en base a súa secuencia e a interacción con outros xenes.
Actualmente sabemos que non só importa a secuencia, senón tamén a
posición dos xenes, o grao de conservación entre especies, as interaccións
entre xenes.
De feito, moitas características, incluidas enfermidades son polixénicas, é
dicir débense a interacción de varios xenes.
A Proteómica é un punto de vista similar a Xenómica, pero aplicado ao
proteoma (o conxunto de proteínas). Porén, o proteoma varía co tempo
segundo as condicións do organismo e a comparación en diferentes
situacións dun mesmo organismo ou de organismos diferentes pode
aclarar que presenza, ausencia... de proteínas podería influir nunha
determinada alteración ou estado fisiolóxico de dito organismo.

41. GRAZAS POR ATENDERME

42. WEBGRAFÍA
https://www.unocero.com/2014/04/01/nueva-tecnica-correctora-de-mutaciones-
geneticas/