Ejercicio 1: Clonación Molecular del ADN

A) Proceso de Clonación:

1. Se cortan el ADN del gen que se desea clonar y el vector con la misma endonucleasa de restricción, de manera que los dos extremos sean complementarios.
2. Se mezclan los fragmentos de ADN con los vectores abiertos y también con la enzima ligasa. De esta forma, se conseguirán vectores unidos que portan el gen que necesitamos (vectores recombinantes).
3. Se incuban los vectores recombinantes con bacterias. Algunas de las bacterias incorporan los vectores en su citoplasma y, con ellos, el gen de resistencia al antibiótico.
4. Se cultivan las bacterias en un medio con antibiótico. Solo sobrevivirán las que hayan incorporado vectores.

Las bacterias supervivientes, que portan el vector recombinante con el ADN de interés, se someten a sucesivos ciclos de cultivo. Cuando estas bacterias se reproducen, replican el vector que portan, con lo que se consiguen numerosas copias del gen. Al mismo tiempo, las bacterias expresan el gen introducido y excretan al medio la proteína codificada por dicho gen.

B) Aplicación Práctica:

Una aplicación práctica de esta tecnología del ADN recombinante es la producción de insulina humana, de utilidad en el tratamiento de la diabetes.

PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa)

A) Etapas de la PCR:

1. Desnaturalización (94-98°C): En esta etapa, el ADN doble hélice se separa (desnaturaliza) en dos cadenas simples al calentar la muestra a una temperatura alta (aproximadamente 94-98°C).
2. Hibridación (50-65°C): Se disminuye la temperatura para que los primers (secuencias cortas de ADN) se unan a las cadenas simples de ADN en las zonas específicas donde se va a amplificar el material genético.
3. Elongación (75-80°C): La polimerasa (una enzima) comienza a sintetizar nuevas cadenas de ADN a partir de los primers, agregando nucleótidos en la dirección 5′ a 3′ para formar copias del ADN. Este paso se lleva a cabo a una temperatura óptima para la polimerasa, generalmente entre 75-80°C.

Edición de Genes (CRISPR-Cas9)

A) Proceso de Edición:

1. Buscar el gen que queremos cambiar: Primero, los científicos localizan el fragmento del ADN que quieren modificar. Puede ser un gen que causa una enfermedad, por ejemplo.
2. Hacer un ARN guía (como un GPS): Se crea un ARN especial (ARN guía) que sabe exactamente dónde está el gen. Es como si fuera un GPS que lleva a la herramienta justo al lugar que hay que editar.
3. Unirse a la proteína Cas9 (las tijeras): El ARN guía se junta con una proteína llamada Cas9, que funciona como unas tijeras moleculares.
4. Cortar el ADN: El complejo ARN + Cas9 va al lugar indicado en el ADN y hace un corte justo ahí.
5. Reparar el ADN cortado: La célula detecta que hay un corte y lo intenta reparar. Aquí pueden pasar dos cosas:
   • Se borra o cambia algo: Así se puede inactivar un gen defectuoso.
   • Se introduce un nuevo fragmento de ADN: Si se proporciona una plantilla de ADN, la célula puede reemplazar la parte cortada por una nueva secuencia deseada.

B) Aplicaciones:

• Curar enfermedades genéticas.
• Mejorar cultivos.
• Investigar cómo funcionan los genes.
• Crear tratamientos personalizados.

Mutaciones

Mutaciones Cromosómicas

Mutaciones Estructurales:

Son cambios en la estructura de los cromosomas.

Tipos:

• Deleción: Se pierde un trozo de cromosoma y, por lo tanto, la información genética contenida en él.
• Translocación: Dos fragmentos cromosómicos intercambian sus posiciones.
• Duplicación: Un fragmento de cromosoma aparece duplicado (x2).
• Inversión: Un fragmento de cromosoma invierte su orientación dentro del mismo cromosoma.

Mutaciones Numéricas:

Son alteraciones en el número de cromosomas.

Tipos:

• Poliploidía: La célula posee más de dos juegos cromosómicos completos. En lugar de ser diploide (2n), puede ser triploide (3n), tetraploide (4n), etc. Es frecuente en plantas.
• Aneuploidía: Solo afecta a parejas de cromosomas individuales. Común en seres humanos.
  • Monosomía: Falta un cromosoma de una pareja de homólogos (ej. 2n-1).
  • Trisomía: Hay un cromosoma de más en una pareja de cromosomas homólogos (ej. 2n+1).

Mutaciones Génicas

Son cambios en la secuencia de nucleótidos de un gen específico.

• Sustitución: Es un cambio en la secuencia de ADN donde un nucleótido es reemplazado por otro.
• Adición (Inserción): Ocurre cuando se inserta uno o más nucleótidos en la secuencia de ADN.
• Pérdida (Deleción): Ocurre cuando se elimina uno o más nucleótidos de la secuencia de ADN.

Herramientas de Ingeniería Genética

La manipulación de genes es posible gracias al empleo de una serie de enzimas capaces de fabricar, cortar y pegar ácidos nucleicos. Las principales enzimas usadas por la ingeniería genética son polimerasas, nucleasas y ligasas.

Ligasa:

Son enzimas que unen entre sí fragmentos sueltos de dos cadenas de ADN o de ARN, dándoles así continuidad.

Polimerasa:

Son enzimas que añaden nucleótidos al extremo 3’ de una cadena de ADN o de ARN, usando para ello una cadena molde.

• Las ADN polimerasas sintetizan cadenas de ADN mediante una cadena molde de ADN.
• Las ARN polimerasas sintetizan cadenas de ARN, para lo que emplean también una cadena molde de ADN.
• La transcriptasa inversa es una polimerasa especial capaz de sintetizar ADN a partir de ARN.

Nucleasa:

Son enzimas que cortan las cadenas de ADN.

• Las endonucleasas introducen cortes en el interior de las cadenas. Las más importantes y utilizadas en ingeniería genética son las endonucleasas de restricción, que cortan el ADN en secuencias específicas, las secuencias diana.
• Las exonucleasas eliminan nucleótidos a partir de los extremos 5’ o 3’ de las cadenas.