Enxeñaría Xenética: CRISPR-Cas9, PCR, Xenómica e Proteómica

Enxeñaría Xenética

1. Enxeñaría xenética

a) Define ADN recombinante

ADN recombinante: é ADN artificial que se crea ao unir segmentos de ADN de diferentes fontes, creando secuencias de ADN que non se atopan de forma natural. Este proceso permite aos científicos producir moléculas de ADN con consecuencias específicas para propósitos como a clonación de xenes ou a produción de proteínas recombinantes.

b) Describe en que consiste a técnica de CRISPR-Cas9 e que aplicacións ten

CRISPR-Cas9: é un sistema de edición xenética que permite aos investigadores modificar e editar o ADN de organismos vivos de maneira precisa e eficiente. O sistema CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) consiste nunha secuencia de ADN repetida que se produce naturalmente en bacterias como parte do sistema de defensa inmunitaria das mesmas. Cas9 é unha proteína que actúa como "tesoiras moleculares", capaz de cortar o ADN en puntos específicos. Xuntos, CRISPR e Cas9 permiten aos investigadores cortar, editar e substituír segmentos específicos de ADN nunha célula.

O funcionamento da técnica é o seguinte:

1. Unha vez coñecido o xene obxectivo, constrúese unha guía de ARN específica para a secuencia a editar.
2. O ARN únese á proteína Cas9 para dirixir estas "tesoiras moleculares" á secuencia diana.
3. O ARN recoñece a secuencia diana e Cas9 corta a secuencia de interese.
4. Despois do corte, pode reconstituírse a molécula de ADN sen a secuencia cortada ou b535 inserirse unha nova.

As aplicacións de CRISPR-Cas9 inclúen a investigación básica, a medicina, a agricultura e a biotecnoloxía, e poden incluír a corrección de mutacións xenéticas asociadas a enfermidades humanas, a modificación de cultivos agrícolas para resistencia a enfermidades e o desenvolvemento de modelos animais para estudar enfermidades humanas.

c) Que perigos, respecto ao equilibrio ecolóxico e respecto á saúde humana, se poden derivar da utilización de técnicas de enxeñaría xenética?

Perigos da enxeñaría xenética:

• Equilibrio ecolóxico: a liberación de organismos modificados xeneticamente (OXM) ao medio ambiente pode ter impactos imprevisibles sobre os ecosistemas naturais, incluíndo a competición con especies nativas, a alteración dos ciclos biolóxicos e a perda de biodiversidade.
• Saúde humana: aínda que os OXM utilizados na alimentación son xeralmente considerados seguros para o consumo humano, existen preocupacións sobre posibles efectos adversos na saúde a longo prazo ou alerxias descoñecidas asociadas aos OXM. Ademais, a manipulación xenética de microorganismos pode producir cepas patóxenas ou resistencia a antibióticos, que poderían ser perigosas para a saúde humana.

d) Define Xenómica e Proteómica

Xenómica: é o estudo do xenoma dun organismo, que é o conxunto completo de xenes dun organismo. A xenómica implica a secuenciación, a análise e a interpretación do xenoma para comprender a composición xenética dun organismo e a súa relación coas súas características e funcións biolóxicas.

Proteómica: é o estudo do proteoma dun organismo, que é o conxunto completo de proteínas expresadas nunha célula ou tecido nun momento específico. A proteómica implica a identificación, a caracterización e a cuantificación das proteínas presentes nunha mostra biolóxica, así como o estudo das súas funcións, interaccións e regulación.

Aplicación na Pandemia de Covid-19

2. Durante a pandemia de Covid-19 os servizos de saúde utilizaron unha técnica de enxeñaría xenética para determinar se un paciente tiña o virus SARS-CoV-2

a) De que técnica estamos falando?

Estamos a falar da técnica de Reacción en Cadea da Polimerasa (PCR, polas súas siglas en inglés Polymerase Chain Reaction), unha técnica de enxeñaría xenética que se utilizou de xeito extensivo durante a pandemia de Covid-19 para a detección do virus SARS-CoV-2.

b) Explica en que consiste

A PCR é unha técnica molecular amplamente utilizada para amplificar fragmentos específicos de ADN, permitindo a detección de secuencias específicas presentes no xenoma do virus. Consiste nun proceso de múltiples ciclos de quentamento e arrefriamento nos que se replican e amplifican secuencias específicas de ARN do virus presentes nunha mostra biolóxica, como un esfregazo nasal ou unha mostra de saliva.

O proceso terá tantos ciclos como copias queiramos obter, e cada ciclo consta de:

1. Unha desnaturalización da mostra de ADN aplicando calor (90-100 ºC). Ao desnaturalizarse cada unha das cadeas simples serve de molde para sintetizar unha nova cadea complementaria.
2. Unha hibridación ou aliñamento (a 50 ºC). Arrefríase a mestura para que os cebadores se unan mediante enlaces de hidróxeno ás secuencias complementarias de cada cadea de ADN.
3. Unha elongación ou extensión a uns 70 ºC, para que se active a Taq polimerase, que vai engadindo nucleótidos, é dicir, sintetiza as novas cadeas.

Entre as aplicacións da PCR está a de amplificar e analizar mostras minúsculas de ADN dunha gran diversidade de fontes: ADN mitocondrial de ósos dun home de Neandertal para compáralo co xenoma humano, ADN de embrións na busca de alteracións xenéticas, ADN de xenes virais (VIH), ADN de mostras de saliva, sémen, etc. en medicina forense.

c) Para que se utilizaba? En que casos daba un paciente positivo?

A PCR foi utilizada para diagnosticar a presenza do virus SARS-CoV-2 en pacientes sospeitosos de ter Covid-19. Se un paciente daba positivo na PCR, iso indicaba que a mostra biolóxica contiña fragmentos específicos de ARN do virus, o que confirmaba a infección por SARS-CoV-2. Os casos positivos indicaban a necesidade de illamento e tratamento adecuado do paciente, así como medidas de rastrexo de contactos para previr a propagación do virus.

Plantas Transxénicas e Aplicacións Biotecnolóxicas

4. Mediante enxeñaría xenética obtívose unha planta tomatera, Solanum lycopersicum, que produce levodopa, tamén denominada L-DOPA, que se utiliza como fármaco para tratar a enfermidade de Parkinson, un trastorno neurodexenerativo que produce perda do control dos movementos.

a) Que hai que facer para que unha planta, como a tomatera que se nomea no texto, poida sintetizar unha molécula que non está no seu xenoma?

Para que unha planta, como a tomatera mencionada no texto, poida sintetizar unha molécula que non está presente no seu xenoma, é necesario introducir na planta un ou máis xenes que codifiquen as enzimas ou vías metabólicas necesarias para a síntese dese composto. Isto pode facerse mediante técnicas de enxeñaría xenética, onde os xenes desexados se insertan no xenoma da planta utilizando vectores de expresión adecuados.

b) Como se chama a técnica que permite obter unha molécula de ADN artificial con secuencias de ADN de dous organismos distintos?

A técnica que permite obter unha molécula de ADN artificial con secuencias de ADN de dous organismos distintos chámase recombinación de ADN ou construción de ADN recombinante.

c) Que é a terapia xénica?

A terapia xénica é unha técnica médica que implica a introdución de xenes ou secuencias de ADN específicas nun individuo con fin terapéutico. O obxectivo é corrixir ou substituír xenes defectuosos ou ausentes, ou introducir novas funcións celulares que poidan tratar ou previr enfermidades.

d) Indica dúas aplicacións dos organismos modificados xeneticamente distintas á descrita no texto

• Produción de insulina en bacterias: algúns microorganismos, como as bacterias, foron modificados xeneticamente para producir insulina humana, utilizada no tratamento da diabetes.
• Creación de cultivos resistentes a pragas: algunhas plantas, como o millo ou o algodón, foron modificadas xeneticamente para expresar toxinas que lles confiren resistencia a pragas, reducindo así a necesidade de pesticidas químicos.

e) Explica que é unha planta transxénica

Unha planta transxénica é unha planta na que se introduciron artificialmente un ou máis xenes exóxenos (de outras especies) no seu xenoma mediante técnicas de enxeñaría xenética. Estes xenes exóxenos poden conferir á planta características desexadas, como resistencia a pragas ou herbicidas, melloras na calidade nutricional ou resistencia a enfermidades.

f) Como se denomina o emprego de microorganismos para eliminar do medio contaminantes como, por exemplo, vertidos de petróleo?

O emprego de microorganismos para eliminar do medio contaminantes como os vertidos de petróleo denomínase biorremediación. Os microorganismos utilizados nesta técnica poden ser bacterias, fungos ou algas, que teñen a capacidade de degradar e metabolizar os contaminantes, converténdoos en produtos menos tóxicos ou inofensivos.