Biotecnología
1. Biotecnología
La biotecnología es cualquier aplicación sustentada en procesos científicos y técnicos, que utiliza
las propiedades y los componentes de los seres vivos para fines prácticos e industriales. Utiliza
tanto seres vivos (animales, plantas y microorganismos) como sus componentes: células y
biomoléculas (enzimas, proteínas, ácidos nucleicos, etc.).
➔ Biotecnología tradicional: se originó unos 10.000 años atrás con el inicio de la
domesticación de plantas y animales a través de la selección artificial. A lo largo de los siglos,
se han seleccionado determinadas características y se han realizado cruces entre las
variedades más exitosas.
Utiliza los microorganismos para la obtención de productos útiles, tanto en la producción de
alimentos como en la de antibióticos. Mediante las fermentaciones, se obtienen derivados
lácteos, pan y bebidas alcohólicas como vino, cerveza, sidra o sake, dependiendo del
sustrato empleado. Se utilizan ciertas cepas del género Streptomyces para producir
antibióticos como la estreptomicina, la tetraciclina o la eritromicina, y hongos como
Penicillium, del que se obtiene la penicilina.
➔ Biotecnología moderna: surge a partir de 1970 con el descubrimiento de la tecnología del
ADN recombinante y emplea las técnicas de la ingeniería genética.
2. Ingeniería genética
Puede definirse como un conjunto de técnicas que permiten manipular el genoma de un ser vivo. Se
utilizan para acceder, aislar, modificar el ADN de un organismo o introducir genes de unos
organismos en otros distintos.
Tecnología del ADN recombinante
Es el conjunto de técnicas que permiten obtener moléculas de ADN artificial combinando fragmentos
procedentes de distintos organismos. Es decir, cuando se combinan genes de diferentes especies, se
genera ADN recombinante, que contiene información genética de más de un origen.
Tiene como finalidad la clonación celular de fragmentos de ADN, introducir un gen de interés en
células hospedadoras, generalmente bacterias, para que se replique dentro de ellas.
★ ADN recombinante (inserto + vector): molécula de ADN formada por la unión de dos
fragmentos de distinto origen: el gen que interesa clonar (inserto) y una molécula de ADN que
actúa como transportadora (vector) para introducir el gen en las células hospedadoras.
★ Enzimas de restricción: son endonucleasas, es decir, enzimas capaces de romper los enlaces
fosfodiéster entre los nucleótidos. Su utilidad deriva de su gran especificidad, reconocen
secuencias de ADN concretas, de cuatro a ocho bases, denominadas sitios de reconocimiento
o de restricción. Hay diferentes endonucleasas de restricción, producidas por distintas
bacterias, en las que actúan como mecanismo de defensa contra los virus bacteriófagos.
Cuando la bacteria detecta la entrada de ADN de un fago, lo degrada utilizando sus enzimas
de restricción a modo de tijeras moleculares. Las bacterias protegen su propio ADN de la
acción de estas enzimas mediante la metilación de bases en los sitios de restricción,
inmediatamente después de la división celular.
,Los sitios de restricción suelen ser secuencias palindrómicas (se
leen igual de derecha a izquierda que de izquierda a derecha) y
actúan como dianas para las enzimas de restricción. Estas
cortan las dos cadenas y pueden dejar dos tipos de extremos:
➔ Si el corte se produce justo en el centro de simetría de
la secuencia palindrómica, los fragmentos resultantes
presentan extremos romos.
➔ Si el corte se produce escalonado, se generan extremos
con bases desapareadas, denominados extremos
cohesivos.
En las condiciones apropiadas, dos moléculas de ADN cortadas con la misma enzima de restricción,
que deje extremos cohesivos, pueden unirse de modo permanente, al interaccionar y aparearse las
bases de sus extremos añadiendo la enzima ADN ligasa, que cataliza la formación del enlace
fosfodiéster.
La tecnología del ADN recombinante emplea los siguientes materiales:
• Inserto: gen de interés que se desea clonar.
• Vector de clonación: molécula de ADN a la que se une el inserto y que facilita su entrada en las
células hospedadoras y la posterior replicación.
• Enzimas de restricción: con las que cortar el inserto y el vector, de modo que queden ambos con
extremos cohesivos.
• Enzima ADN ligasa: une definitivamente el vector y el inserto.
• Células hospedadoras: en las que se producirá la replicación del ADN recombinante.
Clonación celular de ADN mediante la tecnología del ADN recombinante
1. Preparación del vector y del gen de interés: como vector de clonación pueden utilizarse plásmidos,
cósmidos, genomas víricos, etc. El vector y el ADN que se desea insertar en él se cortan con la misma
enzima de restricción, que deje extremos cohesivos.
2. Formación del ADN recombinante: inserto + vector se unen mediante una ligasa.
3. Introducción en células hospedadoras: el ADN recombinante se introduce en células hospedadoras
con el fin de que se replique en ellas.
4. Replicación del ADN recombinante: el vector tiene capacidad de replicación independiente, aumenta
el número de copias.
5. Proliferación celular: las células se cultivan en un medio adecuado.
6. Selección: se seleccionan las células que han incorporado el ADN recombinante. Por ejemplo: Si el
vector lleva un gen de resistencia a determinado antibiótico, añadiéndolo se eliminan las células que
no lo llevan.
7. Expresión del gen: es opcional, si la finalidad de la clonación es la obtención de la proteína
codificada por el inserto.
Los vectores de clonación y las células hospedadoras deben poseer unas características específicas.
, ★ Vectores de clonación: son moléculas pequeñas de ADN cuya misión es transportar el gen
que se desea clonar hasta la célula hospedadora, favoreciendo su replicación dentro de la
misma.
➔ Deben tener un origen de replicación, es decir, capacidad para replicarse de modo
independiente del genoma de la célula hospedadora.
➔ Suelen incluir genes marcadores (por ejemplo, genes que otorgan resistencia a antibióticos)
que permiten identificar qué células han incorporado el ADN recombinante y cuáles no.
➔ Han de tener al menos, un sitio de restricción.
- Plásmidos: pequeñas moléculas de ADN circular de doble cadena, extracromosómico, presentes en
algunas bacterias y levaduras que se replican de forma independiente al cromosoma bacteriano.
Presentan genes de resistencia a antibióticos que actúan como marcadores y facilitan la detección y
selección de los clones que los contienen. En la naturaleza, se transmiten de una bacteria a otra por
conjugación y en el laboratorio, pueden introducirse en las bacterias por transformación, mediante
choque de calor o por electroporación.
- Fagos o bacteriófagos: virus que parasitan bacterias e inyectan su material genético en ellas. Se
utilizan cuando el fragmento de ADN que se quiere clonar es de mayor tamaño que el que puede
transportar un plásmido y son mucho más eficientes penetrando en las células hospedadoras.
- Cósmidos: vectores sintéticos que combinan las ventajas de los plásmidos y del fago λ.
- Cromosomas artificiales: permiten clonar grandes segmentos de ADN eucariota. Por ejemplo, los YAC
(cromosomas artificiales de levaduras).
★ Células hospedadoras: las células en las que se introducen los vectores de clonación para que
el gen de interés se copie o se exprese deben ser de crecimiento rápido, no ser patógenas y
favorecer la entrada del ADN recombinante. Las más utilizadas son células procariotas
(bacterias) como Escherichia coli o Bacillus subtilis o bien células eucariotas como la levadura
Saccharomyces cerevisaie. Normalmente se les introduce el vector de clonación mediante
técnicas como la transformación, la electroporación (pulsos eléctricos que abren poros en la
membrana) o, en algunos casos, por microinyección.
Principales aplicaciones de ADN recombinante
• Introducir genes en microorganismos (bacterias o levaduras) para producir proteínas (antígenos,
anticuerpos, hormonas, etc.).
• Elaborar genotecas (bibliotecas de genes).
• Producir organismos transgénicos, con características aportadas por el gen que se inserta (plantas
resistentes a plagas, a condiciones adversas, etc.).
Genotecas (bibliotecas de ADN) : colección de fragmentos de ADN clonados.
★ Genotecas genómicas: representan en su conjunto el ADN total de un organismo de interés.
Incluyen todas las secuencias, las que se expresan y las que no.
★ Genotecas de ADNc: representan el conjunto de genes que se están expresando en un órgano
o tejido determinado o en una situación particular o instante del crecimiento o desarrollo. El
primer paso en una genoteca de ADNc consiste en el aislamiento del ARN mensajero, que se
diferencia con facilidad por la cola de poliA en el extremo 3’. Mediante la transcriptasa reversa,
se obtiene el ADNc.
APLICACIONES
➔ Conservación de muestras del genoma de organismos para estudios posteriores.
➔ Aislamiento de genes y secuencias determinadas implicados en patologías.
➔ Punto de partida para la búsqueda de genes que son sometidos posteriormente a procesos de
clonación, secuenciación, expresión, etc., para su estado.
*El desarrollo en las últimas décadas de los métodos de secuenciación de nueva generación, ha
permitido prescindir de la producción previa de las genotecas.
1. Biotecnología
La biotecnología es cualquier aplicación sustentada en procesos científicos y técnicos, que utiliza
las propiedades y los componentes de los seres vivos para fines prácticos e industriales. Utiliza
tanto seres vivos (animales, plantas y microorganismos) como sus componentes: células y
biomoléculas (enzimas, proteínas, ácidos nucleicos, etc.).
➔ Biotecnología tradicional: se originó unos 10.000 años atrás con el inicio de la
domesticación de plantas y animales a través de la selección artificial. A lo largo de los siglos,
se han seleccionado determinadas características y se han realizado cruces entre las
variedades más exitosas.
Utiliza los microorganismos para la obtención de productos útiles, tanto en la producción de
alimentos como en la de antibióticos. Mediante las fermentaciones, se obtienen derivados
lácteos, pan y bebidas alcohólicas como vino, cerveza, sidra o sake, dependiendo del
sustrato empleado. Se utilizan ciertas cepas del género Streptomyces para producir
antibióticos como la estreptomicina, la tetraciclina o la eritromicina, y hongos como
Penicillium, del que se obtiene la penicilina.
➔ Biotecnología moderna: surge a partir de 1970 con el descubrimiento de la tecnología del
ADN recombinante y emplea las técnicas de la ingeniería genética.
2. Ingeniería genética
Puede definirse como un conjunto de técnicas que permiten manipular el genoma de un ser vivo. Se
utilizan para acceder, aislar, modificar el ADN de un organismo o introducir genes de unos
organismos en otros distintos.
Tecnología del ADN recombinante
Es el conjunto de técnicas que permiten obtener moléculas de ADN artificial combinando fragmentos
procedentes de distintos organismos. Es decir, cuando se combinan genes de diferentes especies, se
genera ADN recombinante, que contiene información genética de más de un origen.
Tiene como finalidad la clonación celular de fragmentos de ADN, introducir un gen de interés en
células hospedadoras, generalmente bacterias, para que se replique dentro de ellas.
★ ADN recombinante (inserto + vector): molécula de ADN formada por la unión de dos
fragmentos de distinto origen: el gen que interesa clonar (inserto) y una molécula de ADN que
actúa como transportadora (vector) para introducir el gen en las células hospedadoras.
★ Enzimas de restricción: son endonucleasas, es decir, enzimas capaces de romper los enlaces
fosfodiéster entre los nucleótidos. Su utilidad deriva de su gran especificidad, reconocen
secuencias de ADN concretas, de cuatro a ocho bases, denominadas sitios de reconocimiento
o de restricción. Hay diferentes endonucleasas de restricción, producidas por distintas
bacterias, en las que actúan como mecanismo de defensa contra los virus bacteriófagos.
Cuando la bacteria detecta la entrada de ADN de un fago, lo degrada utilizando sus enzimas
de restricción a modo de tijeras moleculares. Las bacterias protegen su propio ADN de la
acción de estas enzimas mediante la metilación de bases en los sitios de restricción,
inmediatamente después de la división celular.
,Los sitios de restricción suelen ser secuencias palindrómicas (se
leen igual de derecha a izquierda que de izquierda a derecha) y
actúan como dianas para las enzimas de restricción. Estas
cortan las dos cadenas y pueden dejar dos tipos de extremos:
➔ Si el corte se produce justo en el centro de simetría de
la secuencia palindrómica, los fragmentos resultantes
presentan extremos romos.
➔ Si el corte se produce escalonado, se generan extremos
con bases desapareadas, denominados extremos
cohesivos.
En las condiciones apropiadas, dos moléculas de ADN cortadas con la misma enzima de restricción,
que deje extremos cohesivos, pueden unirse de modo permanente, al interaccionar y aparearse las
bases de sus extremos añadiendo la enzima ADN ligasa, que cataliza la formación del enlace
fosfodiéster.
La tecnología del ADN recombinante emplea los siguientes materiales:
• Inserto: gen de interés que se desea clonar.
• Vector de clonación: molécula de ADN a la que se une el inserto y que facilita su entrada en las
células hospedadoras y la posterior replicación.
• Enzimas de restricción: con las que cortar el inserto y el vector, de modo que queden ambos con
extremos cohesivos.
• Enzima ADN ligasa: une definitivamente el vector y el inserto.
• Células hospedadoras: en las que se producirá la replicación del ADN recombinante.
Clonación celular de ADN mediante la tecnología del ADN recombinante
1. Preparación del vector y del gen de interés: como vector de clonación pueden utilizarse plásmidos,
cósmidos, genomas víricos, etc. El vector y el ADN que se desea insertar en él se cortan con la misma
enzima de restricción, que deje extremos cohesivos.
2. Formación del ADN recombinante: inserto + vector se unen mediante una ligasa.
3. Introducción en células hospedadoras: el ADN recombinante se introduce en células hospedadoras
con el fin de que se replique en ellas.
4. Replicación del ADN recombinante: el vector tiene capacidad de replicación independiente, aumenta
el número de copias.
5. Proliferación celular: las células se cultivan en un medio adecuado.
6. Selección: se seleccionan las células que han incorporado el ADN recombinante. Por ejemplo: Si el
vector lleva un gen de resistencia a determinado antibiótico, añadiéndolo se eliminan las células que
no lo llevan.
7. Expresión del gen: es opcional, si la finalidad de la clonación es la obtención de la proteína
codificada por el inserto.
Los vectores de clonación y las células hospedadoras deben poseer unas características específicas.
, ★ Vectores de clonación: son moléculas pequeñas de ADN cuya misión es transportar el gen
que se desea clonar hasta la célula hospedadora, favoreciendo su replicación dentro de la
misma.
➔ Deben tener un origen de replicación, es decir, capacidad para replicarse de modo
independiente del genoma de la célula hospedadora.
➔ Suelen incluir genes marcadores (por ejemplo, genes que otorgan resistencia a antibióticos)
que permiten identificar qué células han incorporado el ADN recombinante y cuáles no.
➔ Han de tener al menos, un sitio de restricción.
- Plásmidos: pequeñas moléculas de ADN circular de doble cadena, extracromosómico, presentes en
algunas bacterias y levaduras que se replican de forma independiente al cromosoma bacteriano.
Presentan genes de resistencia a antibióticos que actúan como marcadores y facilitan la detección y
selección de los clones que los contienen. En la naturaleza, se transmiten de una bacteria a otra por
conjugación y en el laboratorio, pueden introducirse en las bacterias por transformación, mediante
choque de calor o por electroporación.
- Fagos o bacteriófagos: virus que parasitan bacterias e inyectan su material genético en ellas. Se
utilizan cuando el fragmento de ADN que se quiere clonar es de mayor tamaño que el que puede
transportar un plásmido y son mucho más eficientes penetrando en las células hospedadoras.
- Cósmidos: vectores sintéticos que combinan las ventajas de los plásmidos y del fago λ.
- Cromosomas artificiales: permiten clonar grandes segmentos de ADN eucariota. Por ejemplo, los YAC
(cromosomas artificiales de levaduras).
★ Células hospedadoras: las células en las que se introducen los vectores de clonación para que
el gen de interés se copie o se exprese deben ser de crecimiento rápido, no ser patógenas y
favorecer la entrada del ADN recombinante. Las más utilizadas son células procariotas
(bacterias) como Escherichia coli o Bacillus subtilis o bien células eucariotas como la levadura
Saccharomyces cerevisaie. Normalmente se les introduce el vector de clonación mediante
técnicas como la transformación, la electroporación (pulsos eléctricos que abren poros en la
membrana) o, en algunos casos, por microinyección.
Principales aplicaciones de ADN recombinante
• Introducir genes en microorganismos (bacterias o levaduras) para producir proteínas (antígenos,
anticuerpos, hormonas, etc.).
• Elaborar genotecas (bibliotecas de genes).
• Producir organismos transgénicos, con características aportadas por el gen que se inserta (plantas
resistentes a plagas, a condiciones adversas, etc.).
Genotecas (bibliotecas de ADN) : colección de fragmentos de ADN clonados.
★ Genotecas genómicas: representan en su conjunto el ADN total de un organismo de interés.
Incluyen todas las secuencias, las que se expresan y las que no.
★ Genotecas de ADNc: representan el conjunto de genes que se están expresando en un órgano
o tejido determinado o en una situación particular o instante del crecimiento o desarrollo. El
primer paso en una genoteca de ADNc consiste en el aislamiento del ARN mensajero, que se
diferencia con facilidad por la cola de poliA en el extremo 3’. Mediante la transcriptasa reversa,
se obtiene el ADNc.
APLICACIONES
➔ Conservación de muestras del genoma de organismos para estudios posteriores.
➔ Aislamiento de genes y secuencias determinadas implicados en patologías.
➔ Punto de partida para la búsqueda de genes que son sometidos posteriormente a procesos de
clonación, secuenciación, expresión, etc., para su estado.
*El desarrollo en las últimas décadas de los métodos de secuenciación de nueva generación, ha
permitido prescindir de la producción previa de las genotecas.
