UD 13. Ingeniería genética y Biotecnología

 TEMA 13. Bloque E.

Ingeniería Genética y Biotecnología

E.1. Ingeniería genética y biotecnología.

E.1.1.- Análisis de las técnicas más relevantes de ingeniería genética (PCR, enzimas de restricción, clonación molecular, CRSPR-Cas9, etc.) y sus aplicaciones.

• Enzimas de restricción: concepto y aplicaciones (ejemplos: pregunta abierta).

• Técnica de la PCR y aplicaciones (ejemplos: pregunta abierta).

• Técnica de CRISPR-Cas9 y aplicaciones (ejemplos: pregunta abierta).

• Clonación molecular:

  • Obtención del ADN para ser clonado.

  • Vectores de clonación: plásmidos, virus.

  • Técnica de clonación: ligasas. PCR.

  • Células receptoras de la construcción molecular: microorganismos, células eucariotas (levaduras, células de vegetales, células de insectos y células de mamíferos).

E.1.2.- Importancia y repercusiones de la biotecnología en los distintos hábitos (salud, agricultura, medioambiente, nuevos materiales, industria alimentaria, etc.), destacando el papel de los microorganismos.

• Concepto de Biotecnología tradicional.

  • Industria alimentaria (ejemplos: pregunta abierta).

  • Industria farmacéutica (ejemplos: pregunta abierta).

  • Biorremediación (ejemplos: pregunta abierta).

• Concepto de Biotecnología moderna (ADN recombinante).

  • Innovaciones y aplicaciones en las áreas anteriores descritas en la biotecnología tradicional. (ejemplos: pregunta abierta).

  • Nuevas aplicaciones (biomateriales, trasplantes, terapias génicas) (ej: pregunta abierta).

  • Microorganismos transgénicos (ejemplos: pregunta abierta).

  • Plantas y animales transgénicos (ejemplos: pregunta abierta).

1.Técnicas más relevantes de Ingeniería Genética.

(PCR, enzimas de restricción, clonación molecular, CRSPR-Cas9, etc.) y sus aplicaciones.

La Ingeniería Genética (IG) - concepto: es el conjunto de procesos y técnicas que permite la manipulación y transferencia de los genes (modificarlos, silenciarlos o transferirlos) de un organismo a otro, creando OGM (organismos genéticamente modificados). A esta tecnología se le llama también tecnología del ADN recombinante, ya que este es el nombre que recibe el ADN formado por la unión de fragmentos procedentes de organismos distintos.

La Biotecnología depende por tanto, de la IG, ciencia que se encarga de la manipulación del ADN, es decir, alterar o cambiar de manera artificial y deliberada el genoma de un ser vivo. Estos consisten en:

• Introducir nuevos genes en su genoma.

• Eliminar algunos genes existentes en el genoma.

• Modificar la información contenida en determinados genes.

• Cambiar las pautas de expresión génica.

• Clonar seres vivos o algunos de sus órganos o tejidos

La IG ha permitido obtener microorganismos manipulados genéticamente que fabrican productos de gran interés para los humanos como la insulina, la hormona del crecimiento, interferones, vacunas o enzimas de aplicación industrial. También han hecho posible la creación de plantas y animales transgénicos para mejorar o aumentar la productividad agrícola o ganadera.

La tecnología del ADN recombinante precisa de las siguientes herramientas básicas:

1.1. Enzimas de restricción (tijeras) y ADN ligasas (pegamento): concepto y aplicaciones

• Endonucleasas o enzimas de restricción: (hoy día se usa cada vez más CRISPR) son enzimas bacterianas capaces de reconocer una determinada secuencia de ADN y cortarlo entre determinados pares de bases. De esta forma se crean fragmentos de ADN cuyos extremos están formados por ADN monocatenario. Estos extremos se denominan extremos cohesivos, ya que pueden unirse a otros fragmentos similares. Gracias a las endonucleasas se pueden seleccionar los genes de interés en el organismo donante, cortarlos y prepararlos para insertarlos en un receptor.

• ADN ligasas: son enzimas capaces de unir los extremos cohesivos de los fragmentos de ADN producidos por las endonucleasas.

Para obtener ADN recombinante, se cortan diferentes moléculas de ADN con la misma enzima de restricción. Los fragmentos obtenidos se ponen en contacto junto a ligasas, que los unen al azar. Algunas de las moléculas obtenidas serán ADN recombinante.

EcoRi es una enzima de restricción (tijera) asilada de Escherichia coli que corta el ADN entre las bases G y A en la secuencia GAATTC. El procedimiento sería el siguiente:

1. Las moléculas de ADN de dos organismo son cortadas con la enzima de restricción, ej EcoRi.
   
2. Así se generan fragmentos de ADN con extremos cohesivos complementarios en cada una de las moléculas.
3. Se ponen en contacto los fragmentos de ADN y se someten a la acción de la ADN Ligasa formándose una molécula de ADN recombinante, que tiene ADN de dos organismos distintos.

Ej: plásmidos bacterianos recombinantes, con genes humanos (ej: insulina). Obtendríamos bacterias capaces de fabricar insulina a escala industrial (biotecnología)

EcoR1

Separación de los fragmentos obtenidos.

Se hace mediante la técnica de electroforesis, con el fin de poder estudiar por separado los fragmentos obtenidos e identificar el gen deseado. En la electroforesis, la mezcla de fragmentos de ADN obtenidos se colocan en un gel y se aplica un campo eléctrico. Los fragmentos se desplazan según su tamaño: los fragmentos más pequeños migran más en el gel que los más grandes, originando diferentes bandas dependiendo de su masa molecular.

Reconocimiento del fragmento que contiene el gen deseado

Una vez separados los fragmentos por electroforesis, se desnaturalizan para separar las dos cadenas de ADN (se transforman en monocatenarios, ADNc) y se pasan a un filtro con nitrocelulosa. Al filtro, se le añade una disolución que contiene una sonda radiactiva; un fragmento de ADNc que es complementario del gen buscado y que está marcado radiactivamente. Al producirse la unión entre los fragmentos correspondientes, el gen buscado se vuelve radiactivo y se localiza fácilmente. Actualmente se emplean también otras técnicas no radiactivas, ej fluorescencia o fosforescencia.

Inserción del fragmento de ADN en un vector de clonación (Los vemos en el aparatado 1.4.)

Los vectores de clonación son los agentes transportadores que introducen el gen en la célula que queramos.

Introducción del vector de clonación en la célula hospedadora

Se hace para que esta célula, al reproducirse, origine un clon de células que contienen el gen deseado. En bacterias se hace mediante transformación o transducción. Los vemos en el aparatado 1.4.

1.2. Técnica de CRISPR-Cas9 y aplicaciones (ejemplos: pregunta abierta).

otro vídeo interesante

El sistema CRISPR/Cas9 (en inglés: clustered regularly interspaced short palindromic repeats, en español repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas) se utiliza desde 2013 en la edición de genes.

Es un Sª inmune (defensa) procariota contra fagos (detecta ADN vírico y lo destruye mediante la proteína Cas9 que corta ADN y lo inactiva) y plásmidos extraños adaptados para la edición genética.

Su enorme precisión y potencialidad lo han convertido en sustituto de las enzimas de restricción. El sistema CRISPR/Cas9 se puede introducir en cualquier organismo, incluido el ser humano, y modificar in vivo su ADN (cortarlo y editarlo) de forma concreta y muy precisa. Así podemos:

• Inactivar un gen concreto, por ejemplo un oncogen causante de un tumor.

• Editar un gen defectuoso. Eliminas la secuencia defectuosa o mutación y sustituirla por un nuevo fragmento de ADN con la secuencia correcta. Así se podrían eliminar enfermedades hereditarias como la hemofilia, anemia falciforme, talasemia, etc (derivan problemas éticos – hijos a la carta)

• Obtener OGM, organismos editados transgénicos. Ejemplo plantas con proteínas animales, por tanto, mayor valor nutricional para luchar contra el hambre en el mundo.

La técnica CRISPR-Cas9 permite modificar el genoma con una alta precisión y de forma mucho más sencilla y económica que cualquier otra técnica previa. Es capaz de cortar la molécula de ADN en sitios específicos, en base a uno o dos ARN guías específicos.

El sistema CRISPR-Cas9 consta de dos componentes principales:

1. Una guía de ARN, que es una molécula de ARN que se une a una secuencia específica de ADN. 
2. Una proteína Cas9, que es una enzima que corta el ADN en el sitio de unión de la guía de ARN. 

Para utilizar CRISPR-Cas9 para editar el genoma, los científicos primero diseñan una guía de ARN que se une a la secuencia de ADN que desean editar. Después, introducen la guía de ARN y la proteína Cas9 en la célula que desean editar.

Una vez que la guía de ARN se une a la secuencia de ADN objetivo, la proteína Cas9 corta el ADN en dos lugares. Esto crea una brecha en el ADN que puede ser reparada por la célula de una de las siguientes maneras:

• La célula puede simplemente llenar la brecha con ADN no codificante. Esto eliminará la secuencia de ADN objetivo.
• La célula puede usar la información de la guía de ARN para insertar una nueva secuencia de ADN en la brecha. Esto puede usarse para corregir una mutación o para insertar una nueva función en el genoma.

APLICACIONES CRISPR-Cas9 

Es una herramienta muy versátil que tiene el potencial de revolucionar la medicina, agricultura y otras áreas de la ciencia, siendo algunas de las aplicaciones potenciales de CRISPR-Cas9 las siguientes:

1. Edición genética precisa: La principal aplicación de CRISPR-Cas en la actualidad es la edición genética. Permite a los científicos modificar de manera precisa y específica segmentos de ADN en organismos, incluidos humanos, animales y plantas.
2. Desarrollo de terapias genéticas: La técnica se está utilizando para desarrollar terapias génicas destinadas a tratar enfermedades genéticas al corregir o reemplazar genes defectuosos. CRISPR-Cas9 se puede utilizar para corregir mutaciones genéticas que causan enfermedades como el cáncer, la hemofilia y la distrofia muscular.
3. Control de plagas y enfermedades: Se investiga el uso de CRISPR-Cas para controlar la propagación de enfermedades transmitidas por insectos y para modificar genéticamente plantas para hacerlas más resistentes a plagas y condiciones ambientales adversas. CRISPR-Cas9 se puede utilizar para crear cultivos que sean más resistentes a las enfermedades, que produzcan más alimentos o que tengan una mejor composición nutricional.
4. Desarrollo de nuevos productos: CRISPR-Cas9 se puede utilizar para desarrollar nuevos productos, como biocombustibles o materiales más fuertes.
5. Investigación biológica: CRISPR-Cas se utiliza ampliamente en investigación para comprender mejor las funciones genéticas y los mecanismos de enfermedades. Los científicos pueden desactivar o modificar genes para estudiar cómo afectan a los organismos.
6. Aplicaciones en la medicina personalizada: CRISPR-Cas podría desempeñar un papel crucial en la medicina personalizada al permitir la modificación de genes para adaptar los tratamientos a las necesidades específicas de cada paciente.
7. También se puede utilizar como una prueba muy rápida y sensible para el diagnóstico clínico. Su papel en el diagnóstico molecular presenta gran potencial no sólo para detectar la presencia de virus y bacterias, sino incluso para diagnosticar enfermedades no infecciosas como el cáncer.

Aunque son numerosos los beneficios que proporciona la técnica CRISPR-Cas, también puede ser utilizado para fines perjudiciales, como crear armas biológicas o alterar el genoma humano de manera irreversible. Por tanto, es necesario que científicos y legisladores trabajen juntos para garantizar que CRISPR-Cas9 se utilice de manera segura y responsable, estableciendo normas y pautas que guíen su aplicación ética y segura.

Otras técnicas de edición que se emplean actualmente son ZFNw (Nucleasas con dedos de zinc) y TALENw (Nucleasas tipo activadores de transcripción)

1.3. Técnica de la PCR y aplicaciones (ejemplos: pregunta abierta).

otro vídeo

La reacción en cadena de la polimerasa o PCR es técnica para clonar genes (hacer copias exactas). La PCR imita la replicación del ADN celular, pero in vitro y sin células. Así se obtienen millones de copias de un fragmento de ADN en muy poco tiempo (amplificación del ADN). Para ello se necesita:

1. El ADN a amplificar.

2. Cebadores: oligonucleótidos complementarios de los extremos 3’ del ADN a copiar.

3. Los 4 tipos de desoxirribonucleótidos trifosfato para fabricar ADN: ATP, GTP, CTP, TTP.

4. Una ADN polimerasa resistente al calor obtenida de una bacteria termófila = es la ADN polimerasa Taq es un tipo de ADN polimerasa termoestable, nombrada de esta forma debido a que es producida por la bacteria Thermus aquaticus (T-aq) y a partir de la cual fue aislada. T. aquaticus es una bacteria que vive en manantiales calientes y fuentes hidrotermales

Cada ciclo de replicación o amplificación consta de 3 etapas:

• Etapa 1: desnaturalización. Calentamiento a 95 ºC para separar las dos cadenas del ADN a clonar.

• Etapa 2: hibridación. Enfriamiento a 55 ºC para que los cebadores se unan a las cadenas de ADN.

• Etapa 3: síntesis de ADN. Calentamiento a 72 ºC para que la ADN Pol Taq-1 sintetice nuevas cadenas.

Cada ciclo dura unos 5 minutos. Tras 20-30 ciclos se dispone de millones de copias.

• APLICACIONES. Algunas de las principales aplicaciones de la PCR son las siguientes:

• Amplificación de ADN: La principal aplicación de la PCR es la amplificación de secuencias específicas de ADN lo cual permite obtener grandes cantidades de material genético a partir de pequeñas cantidades iniciales de ADN, facilitando su análisis. Con ello podemos:

• Diagnóstico genético: La PCR se utiliza para el diagnóstico de enfermedades genéticas al detectar la presencia de mutaciones en genes específicos - confirmar la presencia o ausencia de genes asociados con enfermedades hereditarias, como la fibrosis quística o realizar un estudio del ADN de células embrionarias para realizar un diagnóstico genético prenatal.

• Identificación de patógenos: en microbiología para la identificación de patógenos, como bacterias, virus y hongos. Se pueden diseñar cebadores específicos para amplificar regiones genómicas únicas de microorganismos, permitiendo su detección. Recordamos la COVID.

• Perfil genético y huellas genéticas: pruebas de ADN en medicina forense para identificar personas, determinar la causa de la muerte o reconstruir escenas del crimen. La PCR se puede utilizar para analizar muestras de ADN de sangre, saliva, semen o cabello (sospechosos)

• Estudios de evolución molecular: La PCR se utiliza en estudios evolutivos para analizar cambios en secuencias genéticas a lo largo del tiempo, proporcionando información sobre la evolución de especies. Por ejemplo, se ha amplificado ADN de un mamut lanudo congelado que vivió hace 40000 años para compararlo con organismos actuales.

• Arqueología: analizar ADN de restos humanos o animales antiguos para aprender sobre la historia humana. Ej ADN de mominas de civilizaciones antiguas y estudio enfermedades genéticas.

• Agricultura: detectar la presencia de genes modificados genéticamente (OMG) en alimentos.

• Medio ambiente: detectar la presencia de contaminantes; pesticidas o metales pesados.

• Clonación de ADN: La PCR se utiliza para amplificar fragmentos de ADN que pueden luego ser insertados en un vector, como un plásmido bacteriano, para su clonación en células hospedadoras.

1.4. Clonación molecular:

La clonación es un proceso encaminado a la obtención de un clon. Un clon es un conjunto de elementos genéticamente iguales, ya sean moléculas, células u organismos completos. Todos los elementos del clon son genéticamente iguales entre sí e iguales al elemento precursor.

Para poder modificar genéticamente un organismo receptor mediante otro donante es preciso disponer de muchas copias del gen de interés. Una forma clásica de obtener dichas copias es la clonación de ADN o clonación génica o molecular. Para esta parte es mucho más eficiente la PCR vista.

Para clonar un gen debe introducirse en una célula que lo mantenga y lo replique. Para ello se necesita un vector de clonación, es decir, un transportador del gen al interior de la célula u organismo diana. La unión del gen de interés con el vector formará un ADN recombinante (gen + vector = ADN recombinante) que, introducido en la célula apropiada, permitirá obtener multitud de copias.

Aplicaciones. La clonación génica permite:

• Obtener copias del gen deseado. Además,

• Genotecas de ADN (para guardar todo el ADN de un organismo),

• secuenciar genomas,

• obtener proteínas recombinantes,

• terapia génica,…

Existen diversos tipos de vectores de clonación, entre ellos virus (fago), balas de oro y plásmidos. Los plásmidos son los más utilizados en bacterias. Estas pequeñas moléculas de ADN circular se recombinan con el gen de interés y con un marcador, como un gen de resistencia a antibióticos que permite su selección (antibiograma). El plásmido recombinante se introduce en bacterias mediante transformación o transducción. Las bacterias transformadas son seleccionadas gracias al marcador (antibiótico xej), luego se cultivan y, finalmente, se aíslan los plásmidos recombinantes producidos por estas bacterias para obtener las copias del gen de interés clonado.

                antibiograma

1. Obtención del ADN para ser clonado.

1. A través de enzimas o endonucleasas de restricción. Ya visto en 1.1

2. A partir de ARN se puede sintetizar ADN complementario (ADNc) utilizando la transcirpción inversa.

3. Se puede sintetizar ADN = ADN sintético. Ya existen sistemas automáticos que lo llevan a cabo (básicamente es fijar, en un soporte, un nt y dejar su extremo 3’OH libre, añadir el nt1 siguiente deseado y la ADN Pol para que lo una, filtramos y obtenemos soporte +nt1, añadimos nt2, etc)

2. Vectores de clonación: plásmidos, virus.

Una vez que tenemos el ADN (gen o genes deseados – ADN recombinante tan complejo de obtener) debemos realizar multitud de copias para tener disponibilidad del mismo = PCR.

A continuación debemos introducirlo en un transportador, es decir, en un vector de clonación para poder introducirlo en la célula hospedadora. Por tanto, un vector de clonación es un agente que transfiere información genética, por algún medio, de un organismo a otro, normalmente un virus o un plásmido. En biotecnología, se utiliza un vector de clonación para llevar el ADN recombinante desde una célula donadora hasta otra célula receptora a la que se le inserta el gen que se quiere transferir obteniéndose la célula transgénica. Por tanto, los vectores de clonación son moléculas de ADN capaces de transportar ADN extraño y replicarse dentro de un organismo hospedador.

Los plásmidos:

• Los plásmidos son los vectores de clonación más utilizados por su facilidad de manipulación y su capacidad de replicación de forma estable en las bacterias.

• Los plásmidos son pequeñas moléculas circulares de ADN que existen de forma independiente del cromosoma bacteriano en bacterias.

• Son vectores de clonación circulares que han sido manipulados genéticamente para llevar genes que confieren ventajas selectivas a las bacterias, como genes de resistencia a antibióticos, que permiten la selección de clones recombinantes.

• Los pueden ser modificados para contener sitios de restricción y marcadores de selección, lo que facilita la inserción de genes específicos. Se pueden utilizar para expresar genes y producir proteínas recombinantes en grandes cantidades, con aplicaciones en la investigación, medicina y la industria.

Los fagos (o bacteriófagos):

• Los fagos son virus que infectan bacterias, actuando como parásitos intracelulares obligados que se multiplicando utilizando la maquinaria de la célula que parasita. (ej fago lambda)

• Los fagos se replican de forma independiente y pueden aportar nuevos genes a la bacteria o hacer que desarrolle procesos patológicos.

• El fago se modifica genéticamente en laboratorio para transformarlo en un vector, añadiendo sitios de restricción específicos y eliminando los genes que no se necesitan para la replicación.

3. Técnica de clonación: ligasas. PCR. ya visto

La clonación de un gen consiste en introducirlo en una célula de manera que pueda ser copiado y mantenido. Para ello, el gen se inserta en una molécula de ADN, el ya estudiado vector de clonación, capaz de entrar y replicarse de forma independiente en una célula hospedadora = TRANSFORMACIÓN u obtención de OGM. ¿Cómo se introduce en el hospedador? = ¿Cómo se obtiene un organismo - células con el ADN recombinante?

Las células hospedadoras del gen recombinante debe cumplir una serie de requisitos:

1. Deben ser células de crecimiento rápido.

2. No pueden ser patógenas o potencialmente peligrosas.

3. Tienen que presentar mecanismos que le permitan captar moléculas de ADN del medio externo e incorporarla a la propia célula.

Las técnicas de clonación son diferentes según el tipo de organismo: procariota o eucariota, eucariota animal o vegetal, eucariotas unicelulares (ej levaduras) o pluricelulares…

4. Células receptoras de la construcción molecular: microorganismos, células eucariotas (levaduras, células de vegetales, células de insectos y células de mamíferos).

PROCARIOTAS TRANSGÉNICOS.

El vector de clonación con el ADN recombinante o exógeno sigue distintos tipos de estrategias para su introducción en la bacteria = expresión de genes clonados en bacterias transgénicas.

• Transformación. La bacteria es capaz, por si sola, de forma natural, de asimilar o captar ADN (vector) del medio.

• Transducción - Fagos. Se incorpora el ADN al fago que infectará a la bacteria (inyecta el ADN recombinante) transformándola.

OJO - para transformar una bacteria con genes de células eucariotas hay que tener en cuenta que para que pueda producir proteínas (hormonas xej) eucariotas debería ser capaz la bacteria de madurar el ARNm, como no es capaz, se emplea ADNc obtenido a partir del ARNm maduro por la acción de la retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, por tanto, no contiene intrones, sólo la secuencia codificante de la proteína deseada.

Finalmente, la bacteria se cultiva en biorreactores y las proteínas biosintetizadas se aislan y purifican.

En eucariotas las estrategias usadas más comunes son:

• Microinyección, mediante un capilar de diámetro muy pequeño (1,5 micrómetros) que se coloca sobre la mb celular, se inyecta directamente el ADN en las células (animales ppal)

• Electroporación, se someten las células a impulsos eléctricos de alto voltaje, de manera que las descargas alteran la mb celular haciéndola permeable al paso del ADN.

• Bombardeo con microproyectiles. partículas de oro, tungsteno o de nailon cubiertas con el ADN que se quiere integrar.

• Liposomas, son vesículas formadas por una bicapa lipídica que contienen el ADN foráneo, y que se fusionan con la mb de la célula diana y el ADN entra en el interior. Si este ADN llega a su núcleo puede integrarse al azar en un cromosoma.

LEVADURAS (hongos unicelulares) TRANSGÉNICAS.

Se usan para mejorar la calidad del vino o cerveza, producir bioplásticos, etanol, vitaminas, proteínas… Se usan cuando las bacterias no pueden madurar (carecen de sistema de maduración de proteínas postraduccionales a diferencia de las levaduras que son eucariotas) la proteína deseada y, por tanto, sean activas biológicamente. Destacamos Sacaromices cerevisiae.

PLANTAS Y ANIMALES TRANSGÉNICOS.

2. Importancia y repercusiones de la biotecnología 

en los distintos hábitos (salud, agricultura, medioambiente, nuevos materiales, industria alimentaria, etc.), destacando el papel de los microorganismos (m.o a partir de ahora).

CONCEPTO DE BIOTECNOLOGÍA. 

es un conjunto de técnicas y procesos que emplea a los organismos vivos o sustancias derivadas de ellos para obtener productos, bienes o servicios de utilidad para el ser humano. La biotecnología incluye los procesos

• Tradicionales de elaboración de bebidas alcohólicas, productos lácteos, etc. Pero también las

• Modernas técnicas de bioquímica, microbiología, inmunología, ingeniería genética, clonación, nanotecnología, informática, etc.

Las aplicaciones de la biotecnología abarca numerosos campos, por lo que se clasifica en:

• Roja: empleada en medicina. Producción de vacunas, antibióticos y otros fármacos, terapia génica, diagnósticos moleculares, manipulación genética,…

• Verde: procesos agrícolas y ganaderos. Plantas y animales transgénicos, clonación, plantas asociadas a MO,…

• Azul: biotecnología acuática y marina. Acuicultura, alimentación, ecología, fármacos,…

• Blanca: biotecnología industrial. Productos químicos, nuevos materiales, combustibles, biorremediación,…

• Gris: biotecnología medioambiental. Conservación de especies, análisis de poblaciones, almacenamiento de genomas, protección del medioambiente.

• Amarilla: aplicada a nutrición. Uso de enzimas durante la producción y procesado de alimentos, elabaoración de pan, cereveza y vino. Obtención de productos con mayor valor nutricional y de nuevos alimentos funcionales (hipoalergénicos, para diabéticos, celiacos…)

• Negro: contrabioterrorismo. Lucha contra biocrímenes, producción de antivenenos, desarrollo de estrategias contra la guerra biológica.

2.1. Concepto de Biotecnología tradicional.

La Biotecnología clásica o tradicional es un conjunto de técnicas que utilizan las capacidades de los organismos vivos o de compuestos procedentes de ellos (por ejemplo enzimas) para la obtención de productos, bienes y servicios. El término Biotecnología se empleó por primera vez en 1919 para referirse al uso de los microorganismos en procesos industriales.

Se hace uso de tres grupos de microorganismos:

1. Bacterias. Destacan los Actinomicetos – bacterias heterótrofas aeróbicas Gram +. (producción de antibióticos (estreptomicina, la tetraciclina y la eritromicina), obtención de enzimas industriales, como la producción de biocombustibles, la biotecnología alimentaria y la biorremediación. Etc.

2. Mohos. Los moho del género Aspergillus (producción de antibióticos, salsa de soja y miso, enzimas amilasas, proteasas y celulasas, fermentación de productos lácteos, Bioconservación (fermentación obtiene ácido cítrico = conservante natural)

3. Levaduras. Destaca Saccharomyces cerevisiae (pan, cerveza, vino, bioetanol = biocombustible, suplemento alimenticio...) y Candida utilis (producción de azúcares, proteínas, aa, bioconservantes, biocombustibles, fermentados...)

Estos microorganismos deben cumplir tres características básicas además de no potencialmente patógenas.

1. Crecimiento rápido y producción de sustancias de interés en periodos cortos.

2. Mantenerse en cultivos durante largos periodos de tiempo en laboratorio o planta industrial.

3. Ser genéticamente estables y aptos para la manipulación genética.

Una vez se dispone de microorganismos adecuados se cultivan en un fermentadores (En biotecnología un fermentador o las fermentaciones son independientemente de si los procesos metabólicos son fermentaciones) o biorreactores. = todo aquello que permite el cultivo a gran escala de microorganismos, realizar transformaciones químicas y obtener productos comerciales, es decir, recipientes que mantienen el cultivo microbiano en unas condiciones determinadas de temperatura, aireación, pH, etc.

A. Industria alimentaria (ejemplos: pregunta abierta).

• La fabricación del queso (RECUERDA METABOLISMO)

El queso o el yogur con alimentos cuya elaboración se basa en la actividad microbiana. Las bacterias que se encuentran en la leche llevan a cabo una fermentación láctica, que transforma los azúcares de la leche en ácido láctico.

C₆H₁₂O_{6 ----------------------->}  2(CH₃ – CHOH – COOH) + 2 ATP

Glucosa                          ácido láctico

La elaboración del queso comienza con la coagulación de las proteínas de la leche por la acción de las bacterias lácticas y la adición de la enzima renina, también llamada cuajo, que se encuentra en el estómago de los rumiantes. Así se forma la cuajada o requesón, que se calienta y se comprime para eliminar el suero. A continuación, se añade sal.

Por último, tiene lugar un proceso de maduración, en el que cada tipo de queso adquiere unas cualidades características (aquí pueden intervenir otras bacterias, levaduras u hongos). (Por ej el sabor del queso emmental se debe al ácido propiónico producido por la bacteria Propionibacterium y sus agujeros son el resultado del CO₂ que queda atrapado en el queso formando pequeñas burburjas)

El yogur y otros productos como el kéfir reciben el nombre de leches fermentadas, ya que se obtienen mediante la fermentación láctica de la leche en condiciones controladas de temperatura y pH.

• La fabricación del vino y de la cerveza (y pan) (RECUERDA METABOLISMO)

Para la fabricación de bebidas como el vino y la cerveza es necesaria la fermentación alcohólica que lleva a cabo la levadura Saccharomyces cerevisiae. También se usa en la fabricación de pan.

C₆H₁₂O₆ -------------------------->  CH₃ – CH₂OH + 2CO₂ + 2 ATP

Glucosa                              etanol

En la fabricación del vino se fermentan los azúcares contenidos en el zumo de la uva. El proceso comienza con el prensado de la uva para obtener el mosto. Este se pasa entonces a una cuba de fermentación junto con las levaduras naturales y otras patentadas que mejoran su calidad. Los azúcares se transforman en etanol y CO_2, el cual se va retirando. Posteriormente el vino se envejece en barricas, donde alcanzará su aroma y sabor característicos. Los últimos pasos industriales son el filtrado para la clarificación del vino y el embotellado.

La cerveza es el resultado de una fermentación alcohólica llevada a cabo por la misma levadura. Se obtiene de la malta, que son las semillas de la cebada germinadas. La malta se mezcla con agua en una cuba en la que se dejan actuar las enzimas hidrolíticas que degradan el almidón en azúcares, glucosa y maltosa. Posteriormente se le añade el lúpulo y se cuece el producto, para inactivar las enzimas y eliminar otros microorganismos contaminantes. Después, se retira el lúpulo, se filtra el mosto de cerveza y se pasa a un fermentador donde se incorpora la levadura. Tiene lugar entonces la fermentación alcohólica.

• La fabricación probióticos (RECUERDA anexo I – biomoléculas y salud)

Se basa en la incorporación de ciertos componentes de la microbiota en un producto elaborado (ej lácteos enriquecidos con bacterias de la microbiota del intestino humano como Lactobacillus o bifidobacterias, que contribuyen a la colonización del intestino con bacterias beneficiosas – reestablecer la función intestinal – tras una gastroenteritis o toma de antibióticos por ej - y potenciar las defensas inmunitarias)

B. Industria farmacéutica (ejemplos: pregunta abierta).

Después de la 2ª Guerra Mundial, con la introducción de la producción de antibióticos, comienza el progreso de la biotecnología/microbiología farmacéutica. Actualmente los ppales compuestos obtenidos por acción de microorganismos son:

• Síntesis de antibióticos. Son sustancias producidas por hongos (género Penicillium) y por algunas bacterias (actinomicetos-Streptomyces) que matan o inhiben el crecimiento de bacterias alterando la formación de su pared, la síntesis de proteínas o la replicación del ADN. Fueron descubiertos cuando en 1929, Alexander Fleming observó que en una placa en la que había un cultivo de la bacteria Staphylococcus aureus que había sido contaminada por un hongo (Penicillium notattum) esas bacterias no crecían. (Recientemente 2025 se han descubierto un nuevo antibióticos - la lariocidina, que pueden ayudar a combatir infecciones causadas por bacterias multirresistentes)

• Síntesis de vacunas y anticuerpos. Se obtienen a partir de microorganismos patógenos atenuados o inactivados (muertos o partes del mismo), de sus tóxicos o de algunos de sus componentes moleculares (Ag moleculares o sintéticos, virus recombinantes, ADN, ARNm…). La producción de vacunas contra enfermedades bacterianas requiere del cultivo de grandes cantidades de bacterias en biorreactores. En el caso de vacunas antivirales, como la de la gripe, se fabrican en serie en cultivos celulares o en huevos de gallina (técnica antigua)

• Síntesis de vitaminas, aminoácidos y enzimas.

  • Vitaminas. Algunas vitaminas, como la vitamina B12, se producen industrialmente a partir de las bacterias Pseudomonas y Propioniobacterium.

  • Aminoácidos. aa como el ácido glutámico, lisina, glicina, metionina y alanina, útiles en la industria alimentaria, son producidos por bacterias de los géneros Corynebacterium y Brevibacterium.

  • Enzimas. Diversos hongos y bacterias producen enzimas como proteasas, amilasas, renina, etc.

• Síntesis de esteroides. Los microorganismos pueden transforar un compuesto precursos, como los estroles o compuestos relacionados, en un valioso esteroide. Así se puede obtener cortisona, estrógenos y progesterona.

• Síntesis de hormonas. Las bacterias Escherichia coli se usan para la producción de insulina (1ª proteína humana obtenida por IG), interferón, hormona del crecimiento humano, etc.

C. Biorremediación y biodegradación (ejemplos: pregunta abierta).

La biorremediación (o remediación biológica) es cualquier proceso biotecnológico que utiliza microorganismos (biorremediación), hongos, plantas (fitorremediación) o las enzimas derivadas de ellos para recuperar un medio ambiente alterado por contaminantes a su estado natural. La biorremediación es una parte de la biotecnología ambiental que aprovecha la diversidad de los organismos y su potencial metabólico para el tratamiento de residuos o la eliminación de contaminantes orgánicos o inorgánicos.

La biorremediación puede tener muchas utilidades:

1. Uso de microorganismos en la eliminación de hidrocarbunos (mareas negras), herbicidas, insecticidas o pesticidas del suelo que se pueden incorporar a las cadenas tróficas.

2. Depuración de aguas residuales y compostaje.

3. Lixiviación microbiana o biolixiviación. En menas con baja concentración de metal se utilizan bacterias como Thiobacillus ferrooxidans para solubilizar metales y que precipiten en otro lugar.

4. Bioacumulación (líquenes, musgos, etc...)

5. Control de plagas.

6. Tratamiento de residuos industriales sólidos o líquidos.

7. Eliminación de metales pesados (Pb, Hg o Cadmio) que son muy nocivos en los ecosistemas.

La biodegradación, en cambio, es el proceso natural de descomposición de una sustancia orgánica por la acción de organismos vivos, como bacterias (que degradan el petróleo o plásticos), microalgas, etc.

2.2. Concepto de Biotecnología moderna (ADN recombinante).(ej: pregunta abierta).

La Biotecnología es un conjunto de técnicas y procesos que emplea a los organismos vivos o sustancias derivadas de ellos para obtener productos, bienes o servicios de utilidad para el ser humano. La biotecnología incluye los procesos Tradicionales de elaboración de bebidas alcohólicas, productos lácteos, etc. obtenidos directamente de los organismos vivos sin manipular su material genético, pero también las Modernas técnicas de bioquímica, microbiología, inmunología, ingeniería genética, clonación, nanotecnología, etc. esta última se conoce como biotecnología moderna basada principalmente en la manipulación del material genético para conseguir el beneficio esperado.

A. Innovaciones y aplicaciones en las áreas anteriores descritas en la biotecnología tradicional.

Levaduras transgénicas = cepas con determinadas características que permitan mejorar la calidad del vino o la cerveza, para producir bioplasticos, etanol, vitaminas, proteínas, etc.

Vacunas. La tendencia actual es utilizar vacunas recombinantes obtenidas por IG y constituidas por diversos tipos de antígenos = Ag (compuesto celular que desencadena una respuesta inmunitaria provocando la formación de anticuerpos = Ac) o ácidos nucleicos – como proteínas, polisacáridos capsulares, toxoides o bien ADN o ARN.

Vacunas de ADN o ARN. Ej La COVID

• Las vacunas de ARN o vacunas de ARN mensajero, son aquellas en las que se emplea ácido ribonucleico para lograr el desarrollo de una respuesta inmune. Se diferencian de las vacunas tradicionales en que no se administran agentes vivos atenuados ni fragmentos del mismo, por lo que no existe el peligro de provocar la enfermedad que se pretende prevenir.

• La vacuna de ADN  consistente en la inyección directa de ADN a través de un plásmido o un vector. Este ADN codifica una proteína viral antigénica de interés, que inducirá la activación del sistema inmune. De esta forma se puede inducir tanto anticuerpos neutralizantes (respuesta humoral) como inmunidad mediada por linfocitos T citotóxicos (respuesta celular). 

• Vacunas tradicionales. Primero se identifica el fragmento que codifica para la proteína de interés o ARNm del que se obtendrá el Ag. A continuación el Ag se une a una proteína de mayor tamaño o se construye vectores recombinantes que se expresen en otros m.o. Ej Vacuna del virus de Papiloma humano y Hepatitis B donde el Ag recombinante se expresa en levaduras.

B. Nuevas aplicaciones (biomateriales, trasplantes, terapias génicas)

Biomateriales.

Los OGM permiten la producción, entre otras sustancias, de biomateriales como

• Producción de enzimas. Las enzimas de origen microbiano se emplean en todo tipo de industria.

  • Como proteasas, amilasas y lipasas empleadas como bioactivos en los detergentes para lavadoras.

  • Hipertermófilas capaces se soportar temperaturas superiores a los 60ºC para la indrustria alimentaria o lavanderia.

  • La renina para la fabricación de queso y no es necesario (más barato) usar la del intestino de rumiantes.

• Fibras textiles vegetales fácilmente degradables,

• Polímeros como almidón rico en amilopectina para la fabricación de bioplásticos degradables.

• Péptidos capaces de autoensamblarse para formar nanomateriales = nanomedicina que son máquinas moleculares que permiten realizar la prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades (ej reparadores de ADN, suministradores de fármacos en células específicas o de tóxicos en células tumorales, etc)

• Biocombustibles. Son combustibles renovables que provienen de la biomasa, es decir, de materia orgánica como residuos y cultivos.

• Biochips de ADN. Soporte semisólido con gran número de secuencias de genes (ADN) que se usan para estudiar la expresión de esos genes según su hibridación en el biochips (estudios genéticos normales o patológicos, identificaicón de enfermedades víricas…)

• Biochips de Proteínas. Destacan los de Ac que, con su unión a un Ag o proteínas específica, permite identificar las proteínas que se expresan en la muestra (ej por fluorescencia)

Xenotrasplantes y control de plagas.

La gran carencia de órganos para satisfacer la demanda de trasplantes junto a la respuesta de rechazo hipoeragudo que los hace inviables ha llevado a la IG a intentar producir animales transgénicos o edatados que sean compatibles, es decir, que no generen rechazos. Si el órgano procede de un animal se llama = Xenotrasplantes (En 2024 se ha conseguido con éxito el transplante de un riñón de cerdo GM a humano)

La misma técnica se ha usado, por ejemplo, para crear mosquitos resistentes a la malaria (así no podrán ser vectores de trasmisión de la enfermedad) = control de plagas.

Terapia génica. 

Es un tratamiento médico que consiste en manipular la información genética de células somáticas enfermas para corregir un defecto genético o para dotar a las células de una nueva función que les permita superar una alteración. Para ello se hace uso de vectores = vehículos, generalmente un virus atenuados, pero también liposomas o nanopartículas. El tratamiento puede ser

• ex-vivo: se extraen las células del paciente y se transforman en un laboratorio – más eficiente pero más costoso pues sólo vale para ese paciente.

• In-vivo: el vector con el gen normal se administra directamente al paciente. Este es más barato pero menos eficiente y controlable.

En principio existen 3 formas de tratar enfermedades con estas terapias génicas:

• Sustituir genes alterados. Se pueden corregir mutaciones génicas, mediante cirugía génica, sustituyendo el gen defectuoso o reparando la secuencia de nucleótidos mutada.

• Inhibir o contrarrestar efectos dañinos. Se silencia un gen que produce una proteína dañina. Para ello, se actúa sobre el ARN mensajero, haciendo que hibride. Así la proteína no se produce.

• Insertar genes nuevos. Se insertan genes suicidas que destruyen a la propia célula que los aloja o genes estimuladores de la respuesta inmune. También se puede introducir una copia de un gen normal para sustituir la función de un gen mutante que no fabrica una proteína correcta.

• Otras estrategias que se siguen en la actualidad contra el cáncer son:

- Inactivar oncogenes.

- Introducir genes supresores de tumores.

- Introducir genes suicidas.

- Introducir genes que aumenten sensibilidad a fármacos.

C. Microorganismos transgénicos.

Fertilizantes biológicos. Alternativa a los fertilizantes químicos. Uso de cepas microbianas fijadoras de N₂ atmosférico para enriquecer el suelo o inocular los cultivos (simbiosis en sus raíces)

Insecticidas biológicos. Ej las esporas de Bacillus thuringiensis o Bt (bioinsecticida Bt) se pulverizan sobre las hojas de plantas – cuando los insectos las ingieren se degradan las proteínas de la espora en el intestino atacando la pared intestinal, después germinan las esporas e invaden los tejidos del insecto.

D. Plantas y animales transgénicos.

ANIMALES Y PLANTAS TRANSGÉNICOS

Mucho más difíciles de obtener, porque es más complicado introducir genes en sus células. Pueden darse:

• Quimeras transgénicas: organismos con unas células transgénicas y otras que no, debido a que se introdujeron los genes sólo en algunas de las células embrionarias.

• Organismos transgénicos: organismos con todas sus células modificadas por algún transgén, ya que se introdujeron en células embrionarias que formaron un individuo completo.

  • Animales transgénicos: se inserta el transgén en el óvulo recién fecundado o en células madre embrionarias que luego son implantadas en una madre de acogida.

  • Plantas transgénicas: el transgén se inserta mediante un plásmido Ti, vector natural de la bacteria Agrobacterium tumefaciens, que infecta plantas. También puede darse la inserción mediante pistolas de microbalas de oro o por el ADN de los cloroplastos.

APLICACIONES EN LA AGRICULTURA Y LA GANADERÍA

Las técnicas de IG se aplican a la agricultura y a la ganadería para obtener mayores cosechas y mejores alimentos con plantas y mayor cantidad y calidad en la cría de ganado, etc.

Plantas transgénicas. Las aplicaciones agrícolas tienen como objetivo:

▪ Conseguir plantas resistentes a herbicidas, como la soja.

▪ Conseguir plantas resistentes a los insectos, como el maíz Bt.

▪ Conseguir plantas más resistentes a enfermedades o a las inclemencias climáticas.

▪ Mejorar del producto, más calidad y características nuevas, como retrasar la maduración y mejorar su valor nutritivo con vitaminas y aminoácidos esenciales (hambre en el mundo)

Animales transgénicos. Vacas, ovejas, cabras o cerdos transgénicos producen mayor cantidad de leche o carne. Los mejores resultados se han obtenido con peces, como el salmón, la carpa y la lubina. A individuos de estas especies se les ha añadido el gen de la hormona del crecimiento, lo que produce un aumento de tamaño del pez en muy poco tiempo. En el salmón se ha introducido otro gen, "el anticongelante". Así puede ser criado en aguas muy frías. Se incluye aquí lo explicado en xenotransplantes y control de plagas.

OTRO RESUMEN CLONACIÓN MOLECULAR.

OBTENCIÓN DE ORGANISMOS TRANSGÉNICOS U ORGANISMOS MODIFICADOS GENÉTICAMENTE

Los componentes moleculares de los seres vivos son universales; esto ha permitido a los científicos manipular y trasladar la información genética de unos seres a otros empleando diversas técnicas.

Los organismos transgénicos son aquellos a los que se le ha modificado su material genético o se le ha insertado algún gen, conocido como transgén, procedente de otro organismo de especie distinta. Por ello presenta en su ADN fragmentos de ADN procedentes de otro ser vivo. Los organismos transgénicos pueden ser procariotas, como las bacterias, o eucariotas, como las levaduras, plantas o animales. Estos organismos se utilizan para llevar a cabo las diferentes aplicaciones de la ingeniería genética.

Para transferir genes de unos organismos a otros, se utiliza la denominada tecnología del ADN recombinante que, básicamente, se lleva a cabo en las etapas siguientes:

1. Se localiza el gen que se quiere clonar; por ejemplo, un gen situado en un cromosoma de una célula humana. Paralelamente se selecciona un vector para este gen. Los vectores son vehículos para introducir genes en las células de otro organismo. Los más utilizados son algunos virus y ciertas moléculas de ADN bacteriano llamadas plásmidos.

2. Se aísla el material genético de ambas células (animal y bacteriana). Para ello, se rompen las membranas celulares de cada una de ellas y se separan los materiales genéticos del resto de los componentes celulares.

3. Se fragmenta el ADN de la célula humana en trozos más pequeños que llevan los genes. Con esta finalidad se utilizan unas enzimas denominadas enzimas de restricción, que reconocen secuencias concretas dentro de la cadena de ADN y la cortan por esos lugares. También actúan sobre el plásmido y lo cortan en un lugar concreto.

4. El gen aislado se une con el plásmido. A continuación, se introduce en otra bacteria (célula huésped).

5. Cada célula que haya adquirido el gen (célula transformada) lo transferirá a sus descendientes. Al cabo de varias generaciones se dispondrá de un clon de células portadoras del gen, por tanto, clones del gen deseado.

Ejercicios BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA.

Extremadura 2024 Ord. 5. Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

A. Las levaduras llevan a cabo la fermentación alcohólica para obtener energía mediante un proceso de fosforilación oxidativa (0,5 puntos)

B. El fotosistema II se encarga de realizar la fotolisis del agua para desprender H2 (0,5 puntos)

C. Si se construye una planta de maíz que sea portadora de genes de otra planta de maíz estamos ante un organismo transgénico (0,5 puntos)

D. La ligasa y Cas9 son herramientas moleculares necesarias para clonar un gen en un plásmido (0,5p)

Solución C y D.

Si los genes provienen de otra planta de maíz (del mismo tipo, de la misma especie), no se consideraría un organismo transgénico, ya que no hay introducción de material genético de una especie diferente.

Cas9 es una endonucleasa que se utiliza en la técnica de edición de genes CRISPR-Cas9. Su función principal es cortar el ADN en lugares específicos. Cuando deseas insertar un nuevo gen en un plásmido, Cas9 puede ser utilizado para hacer cortes en la secuencia del plásmido, creando extremos compatibles donde se puede insertar el gen de interés, por tanto, clonarlo. También EcoRI
Una vez que has cortado el plásmido y has insertado el gen, la ligasa es necesaria para unir los extremos del ADN. Esta enzima sella los enlaces fosfodiéster en la cadena de ADN, completando la construcción del plásmido con el gen clonado.

Extremadura 2024 Extraord. 9. Relacione razonadamente los términos de la primera columna con un término de la segunda columna (0,25 puntos por cada respuesta acertada)

a. Mod 25 Andalucía. La madrugada del 25 de abril de 1998 se produjo la rotura la presa de la balsa con vertidos tóxicos de la sevillana mina de Aznalcóllar, liberando sobre los ríos Agrio y Guadiamar aguas ácidas y lodos tóxicos que contenían arsénico, cadmio, mercurio y otros metales pesados que provocaron el desbordamiento de sus cauces y la anegación de las tierras colindantes a lo largo de una extensión de 62 kilómetros.

a) Nombre qué proceso biotecnológico se emplea para ayudar a subsanar este tipo de desastres y explique, de forma general, en qué consiste dicho proceso [0,5].

b) Indique qué tipos de microorganismos se utilizan en este proceso y su organización celular [0,2].

c) Cite dos ejemplos de aplicaciones biotecnológicas en la industria farmacéutica [0,3].

d) Explique qué es un OMG e indique dos ejemplos de su aplicación en la agricultura [1].

Solución simplificada.

Un proceso biotecnológico que se emplea para ayudar a subsanar desastres como el de Aznalcóllar es la Biorremediación. Este proceso consiste en utilizar organismos vivos o productos derivados de ellos, principalmente microorganismos, para degradar, transformar o eliminar contaminantes del medio ambiente. En el caso específico de vertidos tóxicos, estos microorganismos pueden metabolizar los contaminantes, convirtiéndolos en compuestos menos nocivos, ayudando así a restaurar la calidad del suelo y del agua.

En la biorremediación, se utilizan tipos de microorganismos como bacterias, hongos y algas. Estos organismos pueden ser , como las bacterias, que carecen de núcleo definido y tienen un tamaño más pequeño, o , como los hongos, que tienen un núcleo y organelos. Las bacterias son particularmente eficaces debido a su capacidad para metabolizar una amplia gama de compuestos tóxicos y a su rápida multiplicación en ambientes contaminados.
Dos ejemplos de aplicaciones biotecnológicas en la industria farmacéutica son:

• La penicilina, que se obtiene de un hongo llamado Penicillium, fue uno de los primeros antibióticos producidos a gran escala mediante procesos biotecnológicos.

• La producción de insulina para el tratamiento de la diabetes, que se produce utilizando bacterias o levaduras que han sido modificadas genéticamente para contener y expresar el gen de la insulina humana.

Un OGM es un organismo cuyo material genético ha sido alterado de una manera que no ocurre de forma natural, mediante técnicas de ingeniería genética. Dos ejemplos de su aplicación en la agricultura son:

• Este maíz ha sido modificado para producir una proteína que es tóxica para ciertos insectos plaga, reduciendo la necesidad de insecticidas químicos.

• Esta soja ha sido alterada genéticamente para tolerar ciertos herbicidas, permitiendo a los agricultores controlar las malas hierbas sin dañar el cultivo.

b. Modelo 2025.

A. Se ha creado una planta que desprende luz de color verde neón en la oscuridad insertando en su ADN genes procedentes del hongo Neonothopanus nambi. Los genes insertados codifican los elementos del sistema luciferina-luciferasa que producen bioluminiscencia.

a. ¿Se puede considerar la planta bioluminiscente mencionada en el texto como un OMG? Justifica tu respuesta. (1 punto)

b. Indica cómo se llaman las herramientas moleculares que permiten cortar y pegar fragmentos de ADN y nombra dos moléculas o productos de interés médico obtenidos aplicando técnicas biotecnológicas (1p)

c. Se ha descrito que algunas bacterias lácticas usadas tradicionalmente para elaborar queso Cabrales, como Lactobacillus rhamnosus, tienen una mutación que las hace resistentes a antibióticos. Estas bacterias deben dejar de ser utilizadas ya que pueden transferir de forma natural a otras bacterias, potencialmente patógenas, los genes de la resistencia antibióticos. ¿Se puede considerar a estas bacterias resistentes a antibióticos como un OMG? Justifica tu respuesta. (Calificación 0.5 puntos)

c. Modelo 2025.

Comente brevemente los conceptos: ingeniería genética y biotecnología, indicando el papel de la 1ª en el desarrollo de la 2ª. Cite algún producto biotecnológico que se obtenga por intervención de la ingeniería genética y otro en la que esta no intervenga.

Solución.

Ingeniería genética: Es una rama de la biotecnología que se centra en la manipulación directa del ADN de un organismo. Esto incluye técnicas como la clonación, la edición genética (eliminar, insertar, silenciar... por ejemplo, usando CRISPR) y la transferencia de genes entre diferentes organismos. Su objetivo es modificar las características genéticas de un organismo para obtener rasgos deseados, como resistencias a enfermedades o mejor rendimiento.

Biotecnología: Es un campo más amplio que utiliza organismos vivos, células o componentes celulares para desarrollar productos y procesos que beneficien a la humanidad. Esto puede incluir desde la producción de alimentos (agricultura) y medicamentos (medicina) hasta la bioremediación y la agricultura sostenible. La biotecnología puede ser tradicional (como la fermentación) o moderna (que incluye la ingeniería genética).

En resumen, la ingeniería genética es una herramienta poderosa dentro de la biotecnología, permitiendo la creación de productos innovadores y mejorados, mientras que la biotecnología abarca una variedad de métodos y productos que pueden o no implicar técnicas de ingeniería genética. 

Ejemplos de productos biotecnológicos:

• A través de la ingeniería genética, se puede introducir el gen que codifica la insulina en bacterias, como E. coli, permitiendo que estas produzcan insulina humana que se utiliza para tratar la diabetes.
• La producción de yogur es un proceso biotecnológico tradicional que utiliza cultivos bacterianos (como Lactobacillus) para fermentar la leche, pero no implica la manipulación genética de los organismos involucrados.

1. En las distintas técnicas de IG/obtención de ADN recombinante y clonación molecular indica la función de los siguientes elementos:

• Endonucleasa de restricción EcoRi

• ADN Ligasa.

• Proteína Cas9.

• ADN Polimerasa Taq

• Plásmido

2. Explica cómo se clona un gen y cómo se obtiene un ADN recombinante (1 punto)

3. Respecto a la PCR.

1. Define PCR e indica 4 de sus principales aplicaciones.

2. Describe las etapas de cada ciclo de replicación en la PCR.

4. ¿En qué se basa la tecnología CRISPR/Cas9 y para qué se utiliza?

¿Cuál es la importancia de la proteína Cas?

¿Por qué se deben diseñar los ARN guías para la manipulación de genes?

5. Células procariotas y eucariotas transgénicos.

1. Indica y explica brevemente dos técnicas de obtención de células procariotas y otras dos de células ecuariotas transgénicos.

2. ¿En cuál de las dos tipos células se ha de emplear la enzima retrotranscriptasa o transcriptasa inversa? Razona tu respuesta.

3. ¿Cuál es el método más empleado para seleccionar las células procariotas transformadas o transgénicas? Explica brevemente.

6. Describe brevemente los procedimientos de transferencia de genes a células somáticas en terapias génicas (1p) e indica las formas de tratar enfermedades con estas terapias génicas (1p)

7. Conceptos:

1. Organismos transgénicos.

2. Clonación.

3. Ingeniería génica.

4. Plásmido

5. Biorremediación

6. Transducción y transformación

8. Biotecnología.

a) Concepto de biotecnología (diferenciar entre tradicional y moderna). (0,5ptos)

b) Describe brevemente tres aplicaciones importantes de la biotecnología en la actualidad. (1,5ptos)

9. Describe brevemente el interés biotecnológico de dos tipos de hongos microscópicos. (1 pto)

10. Biotecnología.

1. ¿Cómo se define fermentador o biorreactores (fermentaciones) en biotecnología?

2. ¿Qué características básicas deben cumplir los microorganismos usados en biorreactores?

3. Pon dos ejemplos de productos obtenidos en fermentadores de aplicación en medicina y otros dos en la industria alimentaria.

11. Describe brevemente una aplicación de la biotecnología en el área de la biomedicina / alimentación / medioambiente. (1,5ptos) Concepto de biorremediación. (0,5ptos)

12. Describe en qué consisten las técnicas de biorremediación poniendo ejemplos de situaciones en las que se apliquen.

13. Organismos Genéticamente Modificados.

1. Indica y explica brevemente dos ejemplos de microorganismos transgénicos y su aplicación/es.

2. Indica y explica brevemente dos ejemplos de plantas transgénicos y su aplicación/es.

3. Indica y explica brevemente dos ejemplos de animales transgénicos y su aplicación/es.

14. Concepto de biotecnología moderna. Describe brevemente cómo esta biotecnología puede utilizarse en la producción de fármacos y/o vacunas. Además del área de la salud: nombra tres áreas en las que se aplique actualmente la biotecnología (nombrando en cada una un caso concreto). (1pto)

15. Fermentación alcohólica( 0,5x4 puntos):

A. Reacción química del proceso.

B. Balance energético.

C. Microorganismos que realizan la fermentación alcohólica.

D. Cite un proceso industrial en el que se necesite este tipo de fermentación.

16. En muchos procesos relacionados con la industria alimentaria se producen fermentaciones por microorganismos. (1 punto cada apartado).

A. Ponga un ejemplo de dichos procesos y mencione el tipo de microorganismo implicado.

B. Comente el proceso metabólico que desempeña el microorganismo citado e indique los productos iniciales y finales del proceso.

17. Se ha obtenido una planta tomatera, Solanum lycopersicum, que produce levodopa, también denominado L-DOPA, que se utiliza como fármaco para tratar la enfermedad de Parkinson, un trastorno neurodegenerativo que produce pérdida del control de los movimientos. (0.5x4 puntos)

1. ¿Qué hay que hacer para que una planta, como la tomatera que se nombra en el texto, pueda sintetizar una molécula que no está en su genoma?

2. ¿Cómo se llama la técnica que permite obtener una molécula de ADN artificial con secuencias de ADN de dos organismos distintos?

3. ¿Qué es la terapia génica?

4. Indica dos aplicaciones de los organismos modificados genéticamente distintos a la descrita en el texto.

18. La insulina es una hormona producida en el páncreas que controla el metabolismo de la glucosa. Su déficit o ausencia provoca la diabetes. Actualmente la industria farmacéutica produce insulina humana a partir de un cultivo bacteriano. Razone cómo es esto posible siendo dos organismos (el ser humano y la bacteria) tan diferentes.