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Están relacionados por el ADN recombinante Si a un ADN desnaturalizado (monocatenario) lo expongo a pequeñas moléculas de desoxirribonucleótidos con secuencias complementarias a mi ADN, estas se van a unir por complementariedad de bases y puedo usarlas para detectar una secuencia en un ADN desconocido si las marco con una partícula marcadora. A esto se lo conoce como HIBRIDACIÓN DNA RECOMBINANTE: molécula de ADN circular o lineal obtenida in vitro por combinación de fragmentos (enlaces covalentes) de ADN de distintos orígenes Para obtener los fragmentos necesito un ADN fuente (genoma) y Enzimas de restricción (tijeras) CORTE ENZIMAS DE RESTRICCION/ENDONUCLEASAS: enzimas que cortan ADN en el interior de la molécula. Tienen origen bacteriano: las bacterias tienen estas enzimas para protegerse de virus (bacteriófagos), evitando el ingreso del ARN viral al citosol Para evitar de la autodegradación, la enzima metila el ADN de los propios sitios de corte (el metil produce un cambio en el sitio de unión de la enzima por lo que no puede unirse y de esta forma no se degrada) Cada enzima Reconoce 1 secuencia PALINDROMICAS/SITIOS DE RESTRICCIÓN: secuencias de 4- 8 pares de bases idénticas cuando se leen en sentido 5´→3´ donde la enzima va realizar el corte de forma lineal (extremos romos) o no (extremos escalonados) UNION Para poder unir los fragmentos necesito cortarlos con una enzima que genere los mismos extremos cohesivos, ya que si los extremos son distintos no se van a unir. DNA T4 Ligasa: forma la unión covalente entre los extremos cohesivos SEPARACIÓN Separación del DNA Recombinante: uso una electroforesis en gel de agarosa (separación por tamaño) para separar el ADN recombinante del resto de fragmentos/moléculas. Se siembra la muestra en el gel de agarosa, se aplica un campo eléctrico y luego un colorante. En este caso no hace falta agregar SDS porque las moléculas tienen carga negativa (provienen de ac nucleicos), pero si tengo que agregar Bromuro de Etidio para poder verlas Bromuro de Etidio: se intercala entre las moléculas de ADN y fluoresce (naranja) cuando se le irradia con luz UV. NORTHERN BLOT (ARN) o SOUTHERN BLOT (ADN): Una vez separado por electroforesis se traspasan los fragmentos de ADN/ARN desde el gel a un papel de filtro/membrana aplicando peso en un medio alcalino (ADN desnaturalizado) y se procede a la identificación y revelado. FISH: (dentro del núcleo) permite ver estructuras anómalas dentro de los cromosomas mediante el agregado de moléculas fluorescentes o moléculas que puedo identificar fácilmente, a la sonda. Puedo detectar si en un núcleo se transcribió un gen por ej. IDENTIFICACIÓN (hibridación o secuenciación) Hibridación: uso una sonda marcada de 18-50 nucleótidos complementarios al ADN/ARN que quiero encontrar. Altamente específica, solo interacciona cuando todos los nucleótidos se unen al ADN o ARN. Si mi ADN/ARN de interés está presente voy a ver una banda, sino no. Secuenciación: para corroborar que una secuencia de 1000 pares de bases es la secuencia que estoy buscando. Para eso tengo que secuenciar mi ADN: • Métodos Básicos de Secuenciación Sanger- Sanger automatizado: para secuenciar el ADN sintetizo la molécula complementaria (sabiendo los nucleótidos que entran en la síntesis puedo identificar mi cadena de ADN) Nucleótido di desoxi (defectuoso): permite saber que nucleótido entra en cada momento de la síntesis. No tiene OH, frena la síntesis y si está marcado me permite conocer el nucleótido que entró en ese momento. Necesito: ADN molde desnaturalizado, cebador, ADN polimerasa, los 4 nucleótidos y el nucleótido didesoxi. La síntesis de la cadena complementaria se frena cuando llega al nucleótido defectuoso, me permite identificar el tamaño de la cadena sintetizada (luego del revelado) y deducir la secuencia del fragmento de ADN que tenía. • Método Avanzado de Secuenciación • NEXT generation sequencing: Illumina REVELADO: a la sonda le agrego fluorocromos (quimioluminiscencia), fosfatos radioactivos (radioactividad) o moléculas orgánicas pequeñas que interaccionen con fluorocromos CLONACIÓN Muchas copias idénticas de algo: células, microorganismos, genes, fragmentos de ADN generado y obtenido por técnicas de DNA cloning, etc PORQUE CLONAR DNA? Para tener grandes cantidades de una misma secuencia para hacer un análisis de secuencia para diagnóstico de mutaciones (por ej), estudiar la función de esos genes, obtener proteínas recombinantes u organismos genéticamente modificados. ¿Como clonar? A partir de Tecnologías de DNA recombinante o PCR (Rxn en Cadena de la Polimerasa) PCR: replico muchas veces ese DNA, para eso al fragmento de DNA lo desnaturalizo a altas temperaturas (T°C>90°) y le agrego dNTP (tiene las 4 bases CTGA), cebadores, DNA polimerasa. 1° desnaturalizo a T°C>90° para asegurarme de tener las 2 hebras separadas 2° Hibridación: bajo la temperatura (60°C) para que los primers hibriden donde corresponde y luego agrego la DNA polimerasa con los dNTP para la elongación 3° Aumento la temperatura hasta 72°C para que la ADN Pol elongue la cadena. La ADN pol de mamíferos no aguantan estas temperaturas, entonces se usa la Taq polimerasa (Thermus aquaticus: adn pol de una bacteria de geisers) Estos 3 pasos suceden en un termociclador y se repite unas 30 veces aprox Los métodos de obtención de ADN sirven para sangre, tejidos solidos o cultivos celulares. Ej: quiero clonar el gen de la MAC-Quinasa (proteína quinasa activada por mitógenos y actúa en la división celular) 1° diseño los primers que flanqueen los extremos del gen 2° Obtengo el DNA 3° DNA + dNTP + Taq + Primers en un tubo = desnaturalización, unión complementaria de los primers con el ADN desnaturalizado (hibridación), copia del gen (Taq Pol) Obtengo clones del gen completo o la parte del gen que le corresponda a los cebadores que elegí SEPARACION DEL GEN CLONADO: corrida en Gel de agarrosa y luego secuenciación o southern blot (si quiero identificar) De una muestra biológica obtengo ARN, ¿Puedo clonar ARN? NO. Para eso tengo que transformar el ARN en ADN y amplificarlo por PCR. Esto es una RTPCR (retro transcripción pcr) Ej: para el ARNm uso como primer cebador un POLI T/ Oligodt(cebador formado solo por timina, el ARNm tiene una cola POLI A), luego agrego la Enzima Transcriptasa Inversa (obtenida de un microrganismo) que copia la molécula de DNA complementaria (cDNA) al ARN. Luego de la copia tengo un heteroduplex (doble cadena), la enzima degrada al ARN, se sintetiza la molécula complementaria al cDNA (polimerasa/transcriptasa) y obtengo un cDNA de doble cadena a partir del cual hago la PCR cDNA= producto de expresión del gen= ARN Muestras biológicas: CLONES GENOMICOS= CLONES DE DNA CLONES DE cDNA = CLONES DE ARN DIAGNOSTICO: puedo clonar DNA o hacer una RT PCR para comparar los valores que obtengo con los valores normales y asi diagnosticar enfermedades La PCR me dice si HAY O NO HAY pero NO CUANTIFICA ¿Como identificar la carga viral? PCR cuantitativa (qPCR o RT-qPCR) EJ: A partir del hisopado puedo aislar el RNA y obtener el ADN monocatenario por retro transcripción. Al DNA se le agrega la TACpolimerasa, primer y una sonda especifica con un marcador fluorescente que solo emite fluorescencia cuando se libera de la sonda. Cuando la DNA Pol elonga la cadena une el cebador con la sonda y corta el marcador fluorescente (emite fluorescencia). La fluorescencia se puede detectar con un fluorometro, iluminómetro, etc A medida que obtengo más moléculas de ADN por medio de la PCR más fluorescencia voy a detectar. Con estos datos se confecciona una curva y me permite obtener datos cuantitativos. ALTAMENTESENSIBLE→a partir de 1 molécula obtengo millones, ESPECIFICA→ el primer y la sonda están diseñadas específicamente para unirse por complementariedad molecular con el fragmento de DNA que quiero Otra aplicación de la PCR: diagnóstico de filiación: se utiliza para diferenciar individuos o para exámenes de paternidad. La PCR se la aplica a los DNA microsatélites: secuencias chicas de ADN altamente repetitivas (2- 6 pares de bases) y se revela en un southern blot. Cada persona va a tener una huella genética característica debido a que las repeticiones de ADN satélite son característico y distinto para cada individuo. En caso de tratarse de un examen de paternidad se compara el patrón de bandas del hijo con el de la madre y del padre, si es hijo de esas personas las bandas del hijo coinciden con la de los padres. CRISPR-CAS: proteínas CAS asociadas a Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciada Sistema detectado en el sistema de defensa de las bacterias (simil enzimas de restricción) que no responde al sistema de defensa inmediato sino a la Memoria Genómica Repeticiones Palindrómicas: el genoma de muchas bacterias tiene muchas secuencias de este tipo separadas por distintas secuencias de DNA (DNA espaciadores de secuencias palindrómicas) del genoma de distintos virus Secuencia Líder: separa las secuencias palindrómicas y tiene la maquinaria para que se expresen las repeticiones palindrómicas con sus respectivos DNA espaciadores Codificadas en el genoma bacteriano hay Proteínas asociadas a las secuencias crispr: enzimas CAS Crispr: secuencia que corresponde a las secuencias espaciadoras Función: 1) bacteria infectada por un virus 2) degradación del genoma viral de ADN por medio de las enzimas de restricción de la bacteria 3) el genoma viral de ADN se inserta en el genoma bacteriano y separa las secuencias palindrómicas repetidas 4) Transcripción de secuencias palindrómicas y secuencias espaciadoras (genoma bacteriano y viral). Obtengo una secuencia corta de RNA complementaria al genoma del virus que se une a las proteínas cas. PADRE MADRE HIJO Cuando el virus re infecte la bacteria el ADN va a ser desnaturalizado y el ARN complementario a ese ADN se le une y la interacción DNA espaciador del crisper-dna desnaturaliza el virus y activa la proteína cas que degrada el ARN. De esta forma la bacteria se deshace de todo el genoma del virus En el Primer contagio, la bacteria incorpora el ARN viral y en el segundo activa un mecanismo de memoria que cuando vuelve a ingresar el virus lo degrada completamente Proteínas cas reconocen específicamente 1 genoma y lo cortan en la secuencia especifica dirigida por la secuencia de ARN que introduje Cas 13: degrada ADN y ARN: si coloco cas 13 + ARN viral + secuencia ARN complementaria al ARN viral (ARN guía) y que lo hibridase + secuencia/arn prob= activación de cas 13 y degradación de todo arn que encuentre y en consecuencia emisión de fluorescencia (diagnostico +) Secuencia Prob: sonda con un fluorescente en un extremo y una no fluorescente que anula la fluorescencia mientras este en la misma molec que la molec fluorescente. Fluoresce cuando se lo separa Metodo muy, muy, muy sensible y bastante rápido SHERLOCK One Pot Testing: procedimiento para detectar covid que tiene 1 paso previo a todo lo anterior (crispercas) donde concentran el rna con dynabeds. Esto le da mucha mas sensibilidad. DNA recombinante: fragmentos de DNA de distintos orígenes, a saber: DNA que proviene de un organismo, DNA genómico (PCR), cDNA (RT-PCR) Vector de clonación: molécula de DNA de doble cadena que puede incorporar un fragmento de DNA de otro origen mediante la DNAT4 ligasa Tipos de vectores: Estructura del vector de clonación: 3 secuencias principales: • ORI: permite la replicación independientemente del DNA cromosómico • POLILIGADOR: tiene muchos sitios de restricción que me permite seleccionar la enzima que quiero para cortar el vector y el DNA. • AMPR: codifica una enzima que degrada el antibiótico del medio de incubación. Me permite seleccionar las bacterias transformadas ¿Como clonar DNA? Necesito obtener el DNA a clonar, Vector plasmídico y Enzimas de corte https://youtu.be/mQtc4i_V6z8 https://youtu.be/mQtc4i_V6z8 2. Corto el vector y el fragmento de DNA que quiero clonar con las enzimas de corte para formar extremos cohesivos que se van a unir mediante complementariedad molecular gracias a la DNA T4 ligasa y formar el PLASMIDO RECOMBINANTE (DNA recombinante a clonar) 3 y 4. Transformación bacteriana y Amplificación: incorporo el plásmido recombinante en mi célula bacteriana. Se incuba la bacteria con el plásmido recombinante y con un agente competente (pueden captar el plásmido) en un Medio de cultivo bacteriano (sales, AA, co-factores enzimáticos y ampicilina) Una vez transformada mi bacteria, en el medio de cultivo voy a tener muchas copias de la misma con por lo menos 1 plásmido cada una (el plásmido se replica a otro ritmo) La ampicilina me sirve para que solo crezcan las bacterias transformadas (incorporaron el plásmido). Las bacterias transformadas expresan la enzima que degrada el antibiótico mientras que las no transformadas no sobreviven Para saber si todas las transformadas incorporaron el plásmido se hace una extracción del plásmido recombinante y así poder usar el DNA clonado. Puedo guardar bacterias que contengan todas las secuencias del DNA en estudio (todo el genoma)→ BIBLIOTECA DE DNA GENÓMICO; o la información de toda la expresión del genoma de un organismo→ BIBLIOTECA DE cDNA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS Necesito la secuencia de la proteína que quiero producir, un VECTOR de EXPRESION (tiene la secuencia que me interesa) y un Sistema de Expresión Secuencia a producir = cDNA ✓ Vector de Expresión: ORI, AMPR, Poliligador y PROMOTOR: en posición 5´-3´para favorecer la interacción de la RNA polimerasa con el DNA ✓ Sistema de Expresión: sistema celular procarionte (bacterias) o eucarionte (cel de levaduras, mamíferos, insectos, gusanos, etc) El fragmento se incorpora en sentido 5´->3´en el vector y luego de la ligación, la RNA pol activa la transcripción y obtengo una gran cantidad de proteína que me interesa. BACTERIAS COMO SISTEMA DE EXPRESION: favorezco la expresión de la proteína usando el promotor LAC-Z (estrategia) del operón lactosa (ver 16 y 17) Se usa el promotor del operón LAC al que se reemplazan los genes de la LAC-Z por el DNA de la proteína que quiero expresar Con este plásmido se transforman las bacterias las cuales se incuban en presencia lactosa o IPTG (no se degrada como la lactosa) Esto me permite copiar con alta eficiencia el cDNA, puedo obtener grandes cantidades de mi proteína. No producir glicoproteínas por ej EUCARIONTES COMO SISTEMA DE EXPRESIÓN: • Transfección Transitoria o transiente: proceso por el cual introduzco un vector recombinante en una célula eucarionte que no se incorpora al genoma de la célula y se pierde luego de un tiempo Se usa para glucoproteínas por ej Sistema similar al de bacterias. El vector recombinante se introduce en células de mamíferos en cultivo (ver cultivo celular) mediante perturbaciones transitorias en la membrana plasmática. Una vez dentro de la célula el vector ingresa al núcleo donde es reconocido por la ARN pol, la cual lo transcribe y en el citoplasma lo traduce a la proteína que me interesa El PLASMIDO NO SE INCORPORA AL GENOMA: después de un tiempo se degrada el plásmido y tengo que volver a transfectar la célula (mucha fiaca) No todas las células incorporan al plásmido→Baja eficiencia Para que sea más eficiente se cambia la ampicilina por Neomicina: antibiótico toxico,solo las que incorporen el vector en el genoma sobreviven (expresan la enzima que degrada el antibiótico) • Este método se conoce como Transfección estable/ transformación celular: la célula incorpora al genoma un nuevo gen que es heredable y permanente VECTOR LANZADERA o SHUTTLE: se usa cuando quiero clonar y expresar un DNA usando solo 1 vector Gen de selección para transformación bacteriana ORI + Poliligador + clonación promotor fuerte y marcador de selección→ expresión ESTUDIO DE CELULAS GNES REPORTEROS: gen que da un producto detectable o medible que puede usarse indicador de funciones de proteínas (actividad o localización) o para saber si una transfección fue exitosa o no • Proteína Fluorescente (GFP*): puedo ver la localización de una proteína o procesos en CELEULAS VIVAS Se usa una proteína de fusión: se fusiona el ADN codificante de 2 proteínas para que se transcriban y traduzcan juntas dando 1 solo polipéptido con 2 dominios (el de mi proteína de interés y el de la proteína fluorescente) El cDNA lo inserto en un vector de expresión y tranfecto las células mediante transfección estable para que exprese mi proteína de fusión *Aplica a cualquier proteína fluorescente • Actividad de Luciferasa: Luciferasa= enzima Si se expresa puede convertir un sustrato incoloro en un sustrato fluorescente ER: (elemento de respuesta): Secuencia reguladora donde se unen factores de transcripción Se utiliza para estudiar la actividad de factores de transcripción. Si el factor se une al ER (activo) induce a que la ARN pol se una al promotor y transcríbala Luciferasa • GFP + actividad de Luciferasa: permite ver que célula se transfecto y si el factor de transcripción está activo o no. Cuando la Luciferasa se transcribe se ve fluorescencia porque está unida a la proteína fluorescente. Veo células fluorescentes y actividad o no de la Luciferasa (gráfico) Estudio de CÉLULAS VIVAS: donde se localizan y cómo actúan las proteínas las distintas moléculas que componen a la célula GMO (ORGANISMOS GENETICAMENTE MODIFICADOS) Pueden ser pluricelulares o unicelulares mediante la ADICION DE UN GEN o SILENCIANDO/DELECTANDO UN GEN ORGANISMO TRANGÉNICO: célula, planta o animal que incorporó de forma estarle (transfección estable) 1 o más genes de otro organismo y puede ser heredarlo. TANSGEN: DNA extraño que se agrega cuando creo un organismo transgénico (DNA que agrego al cultivo para que produzca la proteína que quiero) ¿COMO ADICIONO UN GEN EN EL GENOMA? • Homologa: el gen debe recombinarse en el locus de un gen preexistente. Reemplazo 1 gen por otro • No homologa: el gen que quiero agregar se inserta en una región donde no moleste al resto, por ej en una región no codificante. El gen que quiero incorporar está dentro de un vector que se introduce en la célula y se incorpora al genoma por recombinación no homologa Junto con el gen agrego un primer regulable que me permite activarlo cuando quiera a través de drogas, estímulos, etc ya que no sé en que parte del ADN se va a unir mi gen ❖ ANIMALES TRANSGENICOS: se microinyecta un plásmido de expresión en el núcleo de un ovocito fecundado. Algunos descendientes son transgénicos (10-30%) y otros no. Los animales transgénicos se usan para investigación nada más. ❖ PLANTAS TRANSGENICAS: La adición de los genes le da ventajas (para el productor jaja): aumento de tamaño, resistencia a sequias o plagas, etc Obtención: Ej: uso un gen de una bacteria resistente a los insectos. Clono el gen (PCR o DNA recombinante), recubro partículas de oro o tungsteno con este vector y las coloco en balas de teflón dentro de una pistola que uso para dispararle a las células embrionarias de la planta. Las plantas son fácilmente transfectales y transformables. Una vez dentro del genoma, la planta se la hace crecer en un medio de selección y luego se plantan en la tierra. ❖ TERAPIA GENICA: combatir tumores (leucemias, linfomas o mielomas) https://genotipia.com/genetica_medica_news/terapia-car-t/ ❖ PRODUCCION FARMACEUTICA: Cultivos celulares en animales transgénicos y clonados como el tambo farmacéutico en el cual se buscaba obtener insulina humana a partir de la leche bovina. OBTENCION DE UN OGM MEDIANTE DELECCION O SILENCIAMIENTO DE UN GEN: Estudio la función del gen silenciado. Para esto puedo noquear el DNA de un OGM interrumpiendo la expresión de un gen; noquear el RNAm induciendo su degradación para evitar la expresión de la proteína o bien inhibiendo la función de la proteína con inhibidores farmacológicos. https://genotipia.com/genetica_medica_news/terapia-car-t/ Por recombinación homologa reemplazo el gen que quiero silenciar por una construcción interruptora que no tenga el gen. CONSTRUCCION INTERRUPTORA: cDNA que codifique una enzima que degrade antibiótico (neomicina) flanqueada por secuencias que se encuentran en los extremos del gen que quiero reemplazar + una secuencia de tirosina quinasa del virus de estomatitius humano Tirosina quinasa del virus de estomatitius humano (timidina cinasa/quinasa): añade un fosfato a un ganciclovir (estructura similar a la timidina) y produce su análogo de base (ganciclovir-P-P-P) que bloquea la síntesis de ADN. Introduzco la construcción en el vector de expresión para transformar células madres embrionarias de ratón mediante recombinación homologa (viven)→ degradan a la neomicina; o no homologa (mueren)→ degradan la neomicina pero proliferan ya que expresan la enzima que transforma el aciclovir. Con neomicina y aciclovir puedo seleccionar las células que fueron transformadas por recombinación homologa e inocularlas en un embrión temprano (blastocisto). Los hijos resultantes van a ser ENDIVIDUOS QUIMERA/MOSAICO (tienen células de 2 orígenes distintos) que tienen genes mutados y genes que le cambia el color del pelaje (me permite saber cuales tienen las células que incorpore y cuales no) Ratón knock out; expresan el gen mutado en ambos alelos SILENCIAMIENTO DE UN GEN: una hebra de un microRNA separado por el RISC (Complejo Silenciador Inducido por RNA) se aparea con un RNA citoplasmático, lo degrada y ese producto no puede ser traducido o formar parte de un ribosoma Estos RNA se los conoce como RNA DE INTERFERENCIA y se pueden diseñar para degradar algún RNA específico del citoplasma celular. Saber el proceso fisiológico (ver teórica 16 y 17) MODIFICACION/EDICION DEL GENOMA: CAS 9: enzima que reconoce y degrada secuencias específicas de DNA Con la CAS9 saco el gen defectuoso y mediante técnicas incorporo el gen correcto. Esto se debe hacer en la etapa embrionaria temprana (cuando hay más replicación) usando CRISPR-CAS
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