Mutacions Genètiques i Enginyeria Genètica: Conceptes Clau i Aplicacions

Mutacions Genètiques: Origen, Tipus i Reparació

Una mutació es defineix com qualsevol canvi en la seqüència de l'ADN d'un organisme. Aquests canvis poden tenir diverses conseqüències i es classifiquen segons el seu efecte o la seva naturalesa estructural.

Tipus de Mutacions Segons l'Efecte

• Positives: Aporten un benefici a l'individu o a l'espècie, afavorint l'adaptació o la supervivència.
• Negatives: Provoquen un perjudici, com ara malalties o disfuncions.
• Neutres: No tenen un impacte significatiu ni positiu ni negatiu en l'individu.

Tipus de Mutacions Segons el Canvi Estructural

• Substitució: Un nucleòtid és reemplaçat per un altre (Exemple: Guanina per Citosina, G>C).
• Deleció: S'elimina un nucleòtid de la seqüència (Exemple: Timina eliminada, T>_).
• Duplicació: Una seqüència de nucleòtids es repeteix (Exemple: TC>TCTC).
• Inversió: Una seqüència de nucleòtids s'inverteix (Exemple: TC>CT).
• Translocació: Un fragment d'un cromosoma es desprèn i s'uneix a un altre cromosoma no homòleg.

Com s'Originen les Mutacions

Les mutacions es produeixen generalment a l'atzar, però poden ser causades per errors interns durant la replicació de l'ADN o per l'exposició a agents externs.

Errors Interns

Es produeixen quan la maquinària de replicació de l'ADN, com l'ADN polimerasa, comet errors durant la còpia del material genètic.

Errors Externs (Agents Mutagènics)

Són causats per agents externs a la cèl·lula o a l'organisme que poden modular i provocar errors en l'ADN:

• Benzopirè (present al tabac): Interacciona amb l'ADN, tapant els nucleòtids i dificultant la funció correcta de l'ADN polimerasa.
• Raigs X: Tenen la capacitat de trencar les cadenes d'ADN.
• Radiació UVA: Pot danyar l'ADN. La protecció contra la radiació UVA inclou la capa d'ozó, la reducció de l'exposició solar directa, l'ús de roba protectora i crema solar. El procés de bronzejat és una resposta de protecció: els melanòcits, situats sota les cèl·lules de la pell, produeixen i envien melanina per cobrir i protegir l'ADN de les cèl·lules epidèrmiques, fent-les més fosques.
• Contaminació: Diversos contaminants ambientals poden actuar com a agents mutagènics.

Mesures de Prevenció de Mutacions

Es poden adoptar mesures individuals i legislatives per reduir l'exposició a agents mutagènics:

• Individuals: Ús de protecció solar, evitar el tabac, etc.
• Legislatives: Prohibició de fumar en espais públics (restaurants, discoteques), restriccions de trànsit per a vehicles contaminants (Exemple: a Barcelona), i futures regulacions com la possible prohibició de fumar en terrasses i cotxes.

Mecanismes de Reparació de l'ADN

L'organisme disposa de proteïnes especialitzades, com BRCA i p53, que s'encarreguen de detectar i reparar els errors en l'ADN, mantenint la integritat genòmica.

El Dogma Central de la Biologia i les Mutacions

El dogma central de la biologia descriu el flux de la informació genètica: ADN > ARNm > Proteïna > Funció. Una mutació negativa pot desregular aquest dogma. Un canvi en la seqüència de l'ADN pot alterar la seqüència de l'ARNm resultant, la qual cosa porta a la síntesi d'una proteïna diferent que pot no realitzar la seva funció correctament o perdre-la completament.

Enginyeria Genètica: Tècniques i Aplicacions

L'enginyeria genètica és un conjunt de tècniques que permeten manipular els gens d'un organisme amb diverses finalitats, des de la recerca fins a aplicacions mèdiques i industrials.

1. Clonació

La clonació és el procés de crear un individu genèticament idèntic a un altre. Generalment, es necessiten tres individus (A, B, C) per a la clonació reproductiva, on l'individu A és el donant del material genètic.

Passos de la Clonació Reproductiva

1. S'extreu una cèl·lula somàtica (no sexual) diploide de l'individu A i se'n conserva només el nucli.
2. S'obté un òvul de l'individu B (haploide) i se li extreu el nucli (anucleació), quedant-se només amb el citoplasma.
3. S'introdueix el nucli de l'individu A dins de l'òvul anucleat de l'individu B.
4. La cèl·lula resultant s'implanta a l'úter d'un individu C (mare gestant).

En alguns casos, si la cèl·lula es pot implantar directament a l'individu A, només es necessiten dos individus.

Finalitats de la Clonació

• Reproductiva: Per recuperar o preservar espècies en perill d'extinció.
• Terapèutica: Per generar teixits o òrgans per a trasplantaments sense risc de rebuig immunològic, ja que serien genèticament idèntics al receptor.

2. Organismes Transgènics

Els organismes transgènics són aquells als quals se'ls ha introduït un gen d'una altra espècie. Aquest procés sovint utilitza plasmidis bacterians.

Passos per a la Creació d'Organismes Transgènics

1. S'aïlla un plasmidi (un tros d'ADN circular) d'un bacteri.
2. El gen d'interès (de l'altra espècie) s'insereix en el plasmidi.
3. El bacteri, amb el plasmidi modificat, s'introdueix en l'organisme que es vol modificar. El bacteri infecta les cèl·lules de l'organisme.
4. Un cop el gen s'ha integrat, s'activa el dogma central de la biologia i l'organisme comença a fabricar la proteïna codificada pel gen introduït.

Finalitats dels Organismes Transgènics

• Indústria Alimentària: Creació de cultius amb característiques millorades, com blat de moro resistent a les gelades o herbicides (amb un gen d'un peix), raïm sense pinyol, o tomàquets amb una maduració més lenta i millor aspecte.
• Medicina: Producció de substàncies terapèutiques, com l'obtenció d'insulina humana a partir de bacteris modificats genèticament.
• Recerca: Desenvolupament de models animals per a l'estudi de malalties o processos biològics, com ratolins fluorescents amb un gen de medusa.

Tot i que el codi genètic és universal i els organismes transgènics no són inherentment perjudicials per a la salut humana, la seva introducció pot tenir implicacions ecològiques, com el desplaçament d'espècies autòctones.

3. Teràpia Gènica

La teràpia gènica és una tècnica que busca curar malalties genètiques manipulant els gens, sovint utilitzant el sistema CRISPR-Cas9.

Passos de la Teràpia Gènica amb CRISPR-Cas9

1. Es talla el fragment del gen que conté la mutació.
2. S'enganxa la seqüència d'ADN correcta en el lloc del fragment tallat.
3. Es restableix el dogma central de la biologia, i la proteïna que es traduirà serà la versió funcional, corregint així la disfunció.

Elements Clau del Sistema CRISPR-Cas9

1. Dues seqüències CRISPR (ARN guia): Són seqüències d'ARN complementàries a les parts immediatament anteriors i posteriors de la seqüència d'ADN que conté la mutació que es vol corregir.
2. Dues proteïnes Cas9: Aquestes proteïnes s'uneixen als extrems de les seqüències CRISPR i tenen la funció de tallar l'ADN en els punts indicats per l'ARN guia.
3. ADN nou: És el fragment d'ADN correcte que es vol afegir per reemplaçar la seqüència mutada.