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Introducción
- 1. M.V. Eduardo AlexBarrón Guardia MEJORAMIENTO GENÉTICO INTRODUCCIÓN
- 2.
- 3. Introducción • La Genéticaes una de las ramas más modernas de las ciencias biológicas, con apenas un siglo de existencia. • Con un desarrollo vertiginoso que la ubica como la ciencia más destacada del siglo XX. • Su objeto de estudio es la herencia y la variación (la forma en que se trasmiten las características de una generación a otra y los aspectos que intervienen en este proceso). • Debe su nombre al vocablo “gen”, proveniente éste de la palabra griega γένος cuyo significado es "raza, generación".
- 7. El fenotipo oapariencia física de todos los organismos es producto de la conjunción entre su información genética y los factores ambientales, lo que pone de manifiesto la importancia del estudio de esta ciencia, para lo cual es corriente dividirla en tres períodos: • La época clásica (primer tercio del siglo XX), • La época de los descubrimientos moleculares (1940-1970) y • La época contemporánea, denominada era de la genómica.
- 8. Ramas de laGenética • Genética Clásica (también denominada mendeliana) que se dedica al estudio general de los genes y la herencia. • Genética Molecular, cuyo campo es el ácido desoxirribonucleico (ADN) y la función de los genes desde el punto de vista molecular. • Genética Cuantitativa, que evalúa el impacto a pequeña escala de los genes sobre el fenotipo. • Genética de Poblaciones, que como su nombre lo indica, se encarga del comportamiento de los genes a nivel de grupos y poblaciones, aspectos claves en el proceso evolutivo de los organismos. • Ingeniería Genética, dedicada a la manipulación de los genes mediante la aplicación de la tecnología
- 9. Se denomina variabilidad genéticaa los cambios que se registran en los genes de una especie o de una población. Esta variabilidad es una consecuencia del proceso de selección natural, que se desarrolla cuando la naturaleza selecciona diferentes alelos que se modifican para que la especie pueda evolucionar. De esta manera, a mayor variabilidad genética, más velocidad en el desarrollo de los cambios evolutivos. Es importante destacar que la variabilidad genética puede producirse por la combinación de los genes o por la mutación en una secuencia de ácido desoxirribonucleico (ADN). variabilidad genética
- 11. Desarrollo • En laGrecia Clásica, Hipócrates (460?- 377? a.C.) especuló que las "semillas" se producían en diferentes partes del cuerpo y se transmitían a los hijos al momento de la concepción. • Aristóteles pensaba que el semen masculino y el flujo menstrual femenino se mezclaban en la concepción y se diferenciaban después de forma progresiva en los distintos órganos, lo que se conoce como teoría epigenética.
- 12. • Sin embargo,la mayoría suponía que los organismos simples nacían por generación espontánea
- 13. • Durante elsiglo XVIII, gracias a la invención del microscopio, el holandés Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), descubre los espermatozoides (denominados entonces "animálculos") en el esperma humano y de otros animales, lo que provocó el auge de la teoría preformacionista, según la cual el desarrollo de un embrión no es más que el crecimiento de un organismo que estaba ya preformado (homúnculo).
- 15. Mendel y elnacimiento de la Genética Clásica • En el año 1865, un monje austríaco, Gregorio Mendel, publica el artículo “Experimentos en la hibridación de plantas”, donde desarrolla los principios fundamentales de la genética y expone los resultados de sus estudios con guisantes. Mendel demostró que las características hereditarias están contenidas en unidades que se heredan por separado en cada generación (él las denominaría factores o elementos, hoy conocidos como genes) lo que constituye la Primera Ley de Mendel o Principio de Segregación.
- 16. • En 1900los estudios de Mendel fueron retomados por los botánicos Hugo de Vries, Carl Correns y Eric Von Tschermak. • Tres años después Walter Sutton descubre la implicación de los cromosomas en la herencia. • En 1906 el biólogo británico William Bateson propone el término "Genética" para denominar a la nueva ciencia que nacía. • Al final de esa década Thomas Hunt Morgan demuestra que los genes residen en los cromosomas. • En 1923, se descubre la disposición lineal de los mismos gracias a los mapas genéticos. • La década del 30 del siglo pasado comienza con la identificación del entrecruzamiento como la causa de la recombinación génica. • En 1941 Edward Lawrie Tatum y George Wells Beadle demuestran que los genes codifican las proteínas
- 18. La era delADN • El año 1944 que se logra aislar el ADN como material genético por los científicos Oswald Theodore Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty, los que lo denominaron entonces “principio transformante”. • En 1952 el experimento de Hershey y Chase demuestra que la información genética de los fagos (y de todos los organismos) reside en el ADN. • Un año después, James D. Watson y Francis Crack sorprenden al mundo con uno de los descubrimientos más trascendentales en el plano científico: la estructura en doble hélice del ADN.
- 19. • En lamolécula de ADN hay cuatro bases nitrogenadas: la adenina (A), guanina (G),timina (T) y citosina (C). • La molécula de ADN es una doble cadena de nucleótidos que se enrollan en espiral configurando una especie de escalera en caracol. • Cada peldaño de la hélice está compuesto por dos bases que siempre serán los pares Adenina Timina (A-T) y Guanina-Citosina (G- C). • La unión de los peldaños a lado y lado de la molécula está constituida por fosfatos y azúcares desoxirribosa de manera intercalada. • Los pares están formados por una base con anillo sencillo y otra con anillo doble que encajan dentro del espacio entre las dos cadenas de fosfatos y azúcares.
- 20. • Más tarde,en 1958, el experimento Meselson-Stahl demuestra que el ADN se replica de un modo semiconservador.
- 21. • En 1961,se descubre su ordenamiento en tripletas denominadas codones. • En esta época, Gross, Jacob y Monod explican el funcionamiento del ARN mensajero, lo que permitió formular el “dogma central de la Biología”, que no es más que el mecanismo que permite la biosíntesis de proteínas a partir del ADN.
- 23. • Finalmente, en1970 se descubren las enzimas de transcripción, lo que posibilitó a los científicos manipular el ADN.
- 26. La era dela Genómica • En 1972 Walter Fiers (Laboratorio de biología molecular de la Universidad de Ghent) en Bélgica, determinaron por primera vez la secuencia de un gen: el que codifica la proteína del pelo del bacteriógrafo MS2 y años después la secuencia completa del ARN de este virus. • La primera secuenciación del ADN fue realizada por Fred Sanger, Walter Gilbert, y Allan Maxam en 1977. • Un descubrimiento significativo que permitió amplificar el ADN fue el de la reacción en cadena de la polimerasa, realizado por Kary Banks Mullis en 1983.
- 27. • Los procesosde secuenciación genómica continuaron durante los años 80 y 90. • En 1989 Francis Collins y Lap-Chee Tsui secuencian por primera vez un gen humano, el que codifica la proteína CFTR. • En 1995 se secuencia el genoma completo de un organismo vivo (Haemophilus influenzae). • En 1996 se realiza la secuenciación del genoma de un eucariota (la levadura Saccharomyces cerevisiae). • En 1998 la de un multicelular (el gusano Caenorhabditis elegans). • Culmina con la primera secuenciación completa del genoma humano con un 99.99% de fidelidad realizada por el Proyecto Genoma Humano en el año 2003.
- 28. • Por otraparte, es en este período que se dan los primeros pasos en la clonación, hasta lograrse la del primer organismo superior, la oveja Dolly, en 1996, a partir de la cual se inician las investigaciones con Células Madres. Breve resumen de la clonación de la oveja • De la madre Dolly, los científicos sacaron una célula de la Ubre que contiene el ADN de la oveja (núcleo). • A la segunda oveja le extrajeron un óvulo receptor. • Le sacaron el núcleo para que perdiera el material genético. • Mediante impulsos eléctricos, se fusionó al óvulo sin núcleo de la oveja donante. • Al sexto día, se formó un embrión, el cual se implantó en el útero de una tercera oveja, la madre sustituta, que tras un periodo normal de gestación, dio a luz a Dolly: una oveja exactamente igual a su madre genética.
- 44. En la actualidadya es posible conocer el genoma de varios organismos y combinar en el laboratorio genes de células que pertenecen a especies diferentes. Esto permite diseñar organismos de acuerdo a las necesidades específicas de los seres humanos. Sin duda, la posibilidad de estudiar y manipular los genes representa una revolución en la ciencia que cambiará nuestra forma de ver el mundo y vivir en los próximos años, ya que su aplicación en la medicina, la industria y la alimentación traerá beneficios hasta ahora impensables.
- 45. En 1988 inicióen diversos laboratorios de investigación científica ubicados en diferentes paises del mundo, la aventura biológica mas grande: el Proyecto del Genoma Humano. Este proyecto representa un esfuerzo de colaboración a nivel internacional y tiene como objetivo la secuenciación completa de la información genética humana y la de organismos de relevancia en los campos de la salud y la alimentación. Los investigadores participantes en el Proyecto del Genoma Humano aceptan el compromiso de examinar las implicaciones éticas, legales y sociales que conlleva la investigación genética.
- 46. EL PRINCIPIO DELFIN: EL PROYECTO GENOMA HUMANO A SIETE A�OS DE SU INICIO. A siete años del iniciar el Proyecto del Genoma Humano, los científicos han desarrollado con éxito la primera etapa del mismo: consiguieron la secuenciación completa del genoma de algunos animales, como el gusano Caenorhabditis elegans. Ahora inicia lo que se considera como la etapa más complicada: la identificación de todos los genes que forman el ADN humano. A siete años del inicio del proyecto, se han localizado cerca de 11,000 genes y aproximadamente 500,000,000 pares de bases. Con estos resultados se han elaborado m�s de 30,000 marcadores gen�ticos, se ha obtenido el 15% del total del genoma y se tiene informaci�n acerca de m�s de 60 enfermedades de origen gen�tico.
- 47. La informaci�n gen�ticade los seres vivos se encuentra en el ADN. La totalidad del ADN de una especie, constituye el genoma de un organismo. La invenci�n de t�cnicas para la secuenciaci�n del ADN, es decir, para el conocimiento del orden que tienen los nucle�tidos A, T, C y G que forman el ADN, ha permitido conocer la definici�n qu�mica completa de un ser vivo. As� como el ADN es la mol�cula que almacena la informaci�n de los sistemas vivos, las computadoras son los sistemas de informaci�n artificiales desarrollados por los humanos. No es sorprendente que nuestros sistemas digitales de informaci�n sean necesarios para el estudio de los sistemas de informaci�n de los seres vivos. Representan una herramienta que favorece y hace m�s r�pido el trabajo de los cient�ficos. Por este motivo, en los a�os recientes se ha desarrollado el campo de la bioinform�tica. En la bioinform�tica se combina la informaci�n de la secuencia de los nucle�tidos A, T, C, G de cualquier genoma con las herramientas de informaci�n que se requieren para la adquisici�n, el almacenamiento y el an�lisis de los datos.
- 48. El Secuenciador Autom�ticode la UNAM. En el Centro de Investigaci�n sobre Fijaci�n de Nitr�geno ( www.cifn.unam.mx ) y el Instituto de Biotecnolog�a ( www.ibt.unam.mx ) de la UNAM, as� como diversos investigadores de varias instituciones, desarrollan el �nico proyecto en M�xico para obtener la secuenciaci�n completa del genoma de la bacteria fijadora de nitr�geno, Rhizobium etli. Esta bacteria se encuentra en las ra�ces de la planta de frijol; lugar donde se generan ciertas estructuras conocidas como "n�dulos fijadores de nitr�geno". En estos n�dulos, las bacterias del tipo Rhizobium etli atrapan el nitr�geno del ambiente y lo transmiten a la planta. El genoma de la bacteria est� formado por cerca de 390 000 pares de bases y se sabe que en ellas se ubican los genes necesarios para la fijaci�n del nitr�geno. La secuencia completa del genoma de la bacteria Rhizobium etli se obtendr� utilizando solamente un secuenciador autom�tico.
- 49. Producción de alimentos: Antes, grandescantidades de frutas se echaban a perder y no tenían el sabor adecuado. Producción de medicinas: Antes, las personas enfermas de diabetes sufrían por la escasez de insulina. Mejoramiento del ambiente. Los derrames de petróleo dañaban grandes extensiones de zonas marinas y costeras. En la actualidad, se ha utilizado un gen artificial para crear un nuevo tipo de jitomate que tiene buen sabor, se conserva en buen estado más tiempo y retrasa el proceso de putrefacción. Hoy, ya es posible la producción de insulina en grandes cantidades. El paciente que la necesita, la puede comprar en la farmacia. Se han obtenido bacterias que se alimentan de petróleo. Son útiles para limpiar el petróleo y disminuir los daños a los ecosistemas marino y costero. En medicina, la industria y la alimentación La aplicación de las técnicas utilizadas por la Ingeniería Genética ha permitido elevar la calidad de vida del ser humano. Algunos de los beneficios son los siguientes: