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BIOTECNOLOGIA
1.Generalidades
Definición: Disciplina amplia en la cual se explotan los procesos biológicos de organismos, células
o componentes celulares para desarrollar nuevas tecnologías. Es útil para la investigación, la agricultura, la industria, la medicina, etc.
Aplicaciones
Aplicaciones medicas
- Obtención de nuevos productos y fármacos por organismos.
- Producción de actividades monoclonales.
- Desarrollo de terapias génicas y celulares.
Aplicaciones agrícolas y ganaderas
- Desarrollo de cereales resistentes a plagas.
- Desarrollo de animales resistentes a enfermedades.
- Desarrollo de plantas que expresen pesticidas
Aplicaciones acuáticas y marinas
- Uso de plantas y productos marinos para nuevos fármacos.
- Restauración y preservación de especies acuáticas.
- Uso de genes de organismos acuáticos para obtener resistencia.
Aplicación a procesos naturales
- Producción de nuevos compuestos.
- Desarrollo de combustible nuevo.
- Uso de bacterias para eliminar vertidos de petróleo.
Cuidado ambiental
Biorremodelación: procesos x el cual se utilizan microorganismos para limpiar un sitio contaminado. La biotecnología aprovecha los p. biológicos, así como la versatilidad catabólica de los microorganismos para degradar y convertir compuestos.
Biodegradación: p. que es ocupado en la utilización de sistemas biológicos como enzimas y bacterias, para producir rupturas o cambios moleculares tóxicos, contaminantes y sustancias de importancia ambiental generando compuestos de menor a ningún impacto ambiental.
2. Fragmentación, separación y secuenciación
Fragmentación
Roturas o lesiones en el material genético. A mayor número de roturas, menor integridad del material genético.
Se logra por medio de electroforesis en gel (técnica utilizada para separar fragmentos de ADN por tamaño) y Lisis celular.
Replicación de ADN
Cada cadena de la doble hélice funciona como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. Enzimas llamadas ADN polimerasas producen el ADN nuevo, estas requieren de un molde y de un cebador (iniciador), y sintetizan ADN en dirección 5' a 3'. Durante la replicación del ADN, una de las cadenas nuevas (la cadena líder) se produce como un fragmento continuo. La otra (la cadena rezagada) se hace en pequeños fragmentos.
Método de Sanger
Se usa para determinar la secuencia de muchos fragmentos pequeños de ADN humano/ Secuenciar piezas individuales de ADN como los utilizados en la clonación de ADN a través de la PCR. Consiste en hacer muchas copias de una región blanco de ADN.
*Método de secuenciación fue desarrollado por el bioquímico británico Fred Sanger y sus colegas en
Componentes o materiales
lentamente la T hasta 25º por debajo de la T. de fusión para que las dos cadenas vuelvan a unirse por completo), la molécula renautralizada no contiene las hebras originales.
La hibridación puede generar moléculas homoduplex (ADN-ADN RNA-RNA) o heteroduplex (ADN
Permite estudiar el grado de relación genética entre 2 a. nucleicos, así como también la detección de fragmentos de ADN que son complementarios a fragmentos monocatenarios de secuencia conocida (sonda).
Métodos
- Southernblot: técnica de laboratorio utilizada para detectar una secuencia específica de ADN en una muestra de sangre o tejido. Una enzima de restricción se utiliza para cortar una muestra de ADN en fragmentos que se separan mediante electroforesis en gel. Los fragmentos de ADN son transferidos del gel a la superficie de una membrana. La membrana se expone a una sonda de ADN marcada con un marcador radiactivo o químico. Si la sonda se une a la membrana, entonces la secuencia de la sonda está presente en la muestra. Moléculas homoduplex.
- Northernblot: idéntica al método de Southern blot, salvo que las moléculas de ácido nucleico de la muestra, en este caso de ARN. Moléculas heteroduplex.
- CGH (hibridación genómica comparada): técnica citogenética para detectar regiones cromosómicas que están amplificadas o delecionadas en una muestra, especialmente en tumores. Dos muestras de DNA genómico (una tumoral y una normal) se marcan con diferentes fluorocromos y se hibridan simultáneamente sobre una extensión de cromosomas metafásicos. La relación de intensidad entre las dos señales fluorescentes proporciona una medida de la relación entre el número de copias de las dos muestras de DNA genómico. La alta resolución de esta técnica permite la detección de desequilibrios genómicos submicroscópicos.
- Microarrays de ADN: sirven para analizar el nivel de expresión de miles (o todos) los genes de una muestra. Los hay de dos tipos principales: aquellos que utilizan como sondas fragmentos de cDNA y los que usan fragmentos más pequeños de ADN (oligonucleótidos). El resultado del experimento es una “fotografía” del estado de expresión del ARN de los genes de la muestra (tumoral o normal). Se trata por tanto de un método de screening masivo para detectar aquellos genes que se sobre- o infraexpresan en una muestra.
- Hibridación in situ: técnica de hibridación que se realiza directamente sobre tejido, células o cromosomas localizados sobre un soporte sólido, habitualmente un portaobjetos. Útil para identificar la secuencia de nucleótidos en determinadas enfermedades de origen genético.
- sonda génica: fragmento de adn de pequeño tamaño. Contiene entre 100 – 1000 bases. Fragmento de material (ARN-ADN). Marcadas con enzimas o radioisótopos.
4. Clonación de ADN.
Concepto: técnica de biología molecular que hace muchas copias idénticas de un fragmento de ADN, como un gen/ La clonación de ADN es el proceso de hacer múltiples copias idénticas de un fragmento particular de ADN.
Procedimiento
- Cortar y pegar ADN. Abrir el plásmido y "pegar" el gen dentro. Este proceso depende de enzimas de restricción (que cortan el ADN) y de ADN ligasa (que une el ADN).
- Transformación y selección bacteriana. Insertar el plásmido en las bacterias. Se usa selección con antibióticos para identificar las bacterias que incorporaron el plásmido.
- Producción de proteínas. Cultivar bacterias portadoras de plásmido en gran cantidad y usarlas como "fábricas" para producir la proteína. Recolectar la proteína de las bacterias y purificarla.
ADN recombinante. Cadena de ADN producida artificialmente y formada por la combinación de 2 o más secuencias génicas de distintas especies.
Enzimas de restricción. Enzima que reconoce una secuencia blanco específica y corta el ADN en 2 en ese lugar o sitio cercano.
5.Ingenieria genética y biotecnología
Actores de la ingeniería. Organismos susceptibles de ser modificados genéticamente.
- Virus. Virus bacterianos (fagos) y virus animales.
- Bacterias. E coli, bacilos, pseudomonas, actinomicetas.
- Levaduras y hongos. saccharomyces cerevisiae.
- Plantas. arabidopsis thaliana (1943, Friedrich L. Genoma pequeño y ciclo de vida corto. 1980> mutación, mapear genes, cantidad de ADN).
- Animales. Ratón, rata, oveja.
Herramientas y técnicas
▲ Enzimas. Endonucleasas, ligasas, polimerasas, nucleasas y fosfatasas.
▲ Vectores. Cadenas de ADN o ARN extracromosómico, transportan información genética. (+ utilizados plásmidos y plásmidos circulares).
▲ Técnicas de transformación génica. En los microorganismos y células aisladas, la transformación a veces se hace mediante procesos naturales como la infección viral, la
Biorreactor de Batch.
▲ No existe flujo de entrada ni de salida, reactor con agitador que homogeniza la mezcla.
▲ Se le debe adaptar de manera continua mientras se elimina el CO2 y otros productos (gases).
▲ Su costo depende de tiempo necesario para alcanzar la concentración de productos deseados.
Biorreactor de Fed Batch.
▲ Se opera con alimentación continua de nutrientes, pero no existe un flujo de salida continua.
▲ Se controla la cantidad de sustrato que se utiliza ya que algunas reacciones no deben de superar determinada concentración.
Biorreactor continuo.
▲ Mientras tiene lugar la reacción química al interior del reactor este se alimenta constantemente del material reactante y también se retira interrumpidamente los productos de reacción.
Partes del biorreactor
- Aire.
- Carga.
- (^) Agua de refrigeración.
- Salida de agua.
- Agitador.
- Salida de gases.
- Camisa.
- Deflector.
- Manómetro.
Procesos fermentativos
Proceso que se lleva a cabo en un recipiente llamado fermentador o biorreactor mediante el cual determinados sustratos que componen el medio de cultivo son transformados por acción microbiana en metabolitos y biomasa.
Proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaerobio siendo el producto final un compuesto orgánico. Transformación de un sustrato orgánico por microorganismos.
Tipos de fermentación
▲ F. alcohólicas. Vino, cerveza, sidra, pulque, etc.
▲ F. lácticas. Leches, fermentados, yogurt, quesos, etc.
▲ F. no alcohólicas. Panadería, vegetales fermentados, ensilado, etc.
▲ (^) F. cárnicas. Jamón serrano, productos de pescados.
Factores que afectan la fermentación
▲ Oxigeno. Sustrato gaseoso más importante para el metabolismo.
▲ Temperatura. Los microorganismos que crecen a una temperatura inferior a la óptima tienen retardo en si crecimiento. Las fermentaciones deben de ser llevadas a cabo en un margen estrecho de temperatura y ser constante.
▲ pH. Los microorganismos crecen óptimamente entre pH 5.5 y 8.5. El pH del medio de cultivo debe ser el mismo en toda la fermentación.
