viernes, 27 de marzo de 2015

Aves. La vida en el aire


La Clase AVES  se caracteriza esencialmente por haber desarrollado el sistema de locomoción más eficaz de todos los empleados por los vertebrados: el VUELO.



Para adaptarse al vuelo las aves han sufrido decisivas transformaciones:
  • Su esqueleto es mucho más ligero que el del resto de los vertebrados.
  • Sus extremidades anteriores se han transformado en alas con solo tres dedos que funcionan solidariamente como eje del ala.
  • Como consecuencia del vuelo los músculos pectorales (pechuga) han sufrido un desarrollo considerable. Estos poderosos músculos se insertan en una prolongación del esternón: la quilla.
  • La cabeza está situada en el extremo de un largo cuello para servir de equilibrio al cuerpo.
  • Pero lo más decisivo ha sido la aparición de unas FANERAS nuevas muy ligeras: las PLUMAS, constituidas por un eje (raquis) sólidamente anclado a la dermis, del que surgen barbas que se unen entre sí por barbillas. Estas estructuras permiten dos funciones que son decisivas para el ave: el VUELO (plumas remeras y timoneras) y mantener la temperatura corporal (plumas coberteras) decisivo en la adquisición de la HOMEOTERMIA. (Aves y mamíferos son capaces de mantener constante su temperatura). 


  • Una de las adaptaciones más interesantes de las aves es su aparato respiratorio. Las aves poseen unos pulmones muy pequeños, pero éstos poseen unos divertículos denominados sacos aéreos que se prolongan introduciéndose en músculos y huesos, con lo que ambos son notablemente aligerados de peso.


  • Otra gran adaptación reside en el cerebro y concretamente en su parte basal posterior, en la que está situado el CEREBELO. El cerebelo presenta un gran desarrollo en las aves, pues es el órgano que controla el equilibrio que es imprescindible en un organismo volador.

¿Seríamos capaces de dormir sobre un cable del tendido eléctrico, apoyados en una sola pata, como hacen las aves? Ese prodigioso sentido del equilibrio es controlado por su cerebelo.



En las AVES coexisten caracteres tan evolucionados como los citados anteriormente con otros más primitivos como por ejemplo sus extremidades inferiores cubiertas de escamas que nos recuerdan su procedencia evolutiva a partir de los reptiles.

viernes, 20 de marzo de 2015

La reacción en cadena de la polimerasa PCR

 
Otra tecnología muy importante en INGENIERÍA GENÉTICA es la REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA PCR.
Fue puesta a punto en 1985 por KARY B. MULLIS (Bioquímico estadounidense, Premio Nobel de Química en el año 1993) y permite obtener dos cadenas bicatenarias de DNA idénticas a partir de una original utilizando DNA polimerasa de la bacteria Thermus aquaticus (bacteria que, por vivir en ambientes muy cálidos, resiste bien Tªs de 100ºC).
Esta tecnología permite la multiplicación o amplificación del DNA "in vitro", obteniéndose fácilmente numerosas copias de un gen en muy poco tiempo.

Para ello se necesitan:
  • Una cadena molde (DNA de doble hélice) con el gen que interesa
  • La DNA polimerasa de Thermus aquaticus
  • Desoxirribonucleótidos trifosfato de las 4 bases que forman el DNA
  • Un cebador (Pequeño fragmento de DNA monocatenario complementario de uno de los extremos de la cadena molde)
 
EL PROCEDIMIENTO ES EL SIGUIENTE:

Una vez seleccionada la doble hebra de DNA a replicar (que generalmente portará el GEN que interesa multiplicar), se procede a desnaturalizar a base de elevadas temperaturas, con lo que las dos cadenas se separarán. A partir de esas cadenas y utilizando DNA polimerasa y pequeños cebadores de DNA, se obtendrán dos hebras  dobles idénticas portadoras del GEN tras el primer ciclo.

En el segundo ciclo y por idéntico procedimiento, se obtendrán cuatro cadenas dobles.

En un tercer ciclo ocho y así sucesivamente, lográndose tras 20 ciclos más de un millón de copias idénticas por ser un proceso exponencial y por lo tanto de enorme rendimiento.

APLICACIONES DE LA PCR
 
  • Clonación de genes.
  • Estudios evolutivos. Se pueden amplificar genes de organismos ya extinguidos a partir de pequeñísimas cantidades de DNA extraídas de fósiles para compararlos con genes similares de especies actuales
  • Estudios históricos o arqueológicos. Amplificando el DNA obtenido a partir de momias de antiguas civilizaciones, se puede estudiar la evolución de las enfermedades de origen genético
  • Investigación policial, para ver si el DNA hallado en el lugar del crimen pertenece o no al sospechoso.(restos de pelos, semen, sangre o piel)
  • Estudios o pruebas de verificación de paternidad.
 

lunes, 16 de marzo de 2015

Tecnología del DNA recombinante


La TÉCNICA DEL DNA RECOMBINANTE sirve para obtener un CLON DE GENES (Numerosas copias idénticas) a partir de un gen original "in vivo".
 
Los pasos que se deben dar son los siguientes:
  1. Obtención de un fragmento de DNA que contiene el GEN. Para seleccionar el gen se emplean ENZIMAS DE RESTRICCIÓN procedentes de bacterias, que son capaces de cortar el DNA en puntos concretos, correspondientes a secuencias de reconocimiento, se consiguen así pequeños fragmentos de DNA portadores del GEN en cuestión.
  2. Inclusión de ese GEN en una molécula de DNA (Vector de clonación). Se utiliza para ello un PLÁSMIDO (DNA bacteriano cíclico distinto del cromosoma bacteriano que se replica independientemente, puede haber de 20 a 50 en una sola bacteria) o un GENOMA VIRAL (Cortados también por los mismos ENZIMAS DE RESTRICCIÓN).
  3. Introducción del VECTOR DE CLONACIÓN  con el GEN en una célula de un organismo diferente (Célula HOSPEDADORA) , que ha de ser de fácil manejo y cultivo, Se suelen utilizar para ello procariotas como Escherichia coli o Bacillus subtilis o eucariotas como Saccharomyces cerevisiae , y se puede conseguir por dos procedimientos:
    Por TRANSFORMACIÓN  en procariotas (Las bacterias toman espontáneamente el DNA del medio)

    Por TRANSDUCCIÓN en células eucariotas (Utilizando virus bacteriófagos
                      desprovistos de los genes que producen la lisis celular BACTERIÓFAGO LAMBDA)
  4. Multiplicación de la célula hospedadora y obtención de gran número de copias del GEN en cuestión.(AMPLIFICACIÓN DEL GEN)




Amplificar un gen permite a los científicos tener muchas copias del gen para su estudio. La técnica del DNA recombinante se ha utilizado para:
- el desarrollo del Proyecto Genoma Humano,
- para el diagnóstico prenatal de enfermedades genéticas,
- para la evaluación de la susceptibilidad de los integrantes de una familia a padecer determinados
  tipos de cáncer,
- en medicina forense para el estudio de muestras de sangre, semen, saliva, células epiteliales, etc.,
- en la obtención de organismos transgénicos para la agricultura: vegetales resistentes a hongos,
  bacterias, insectos o pesticidas,
- para la producción de vacunas contra la hepatitis B o el papiloma humano,
- en la producción de diversas proteínas de interés: insulina, interferón, interleucinas, hormonas, etc.

miércoles, 11 de marzo de 2015

WERNER, NATHANS y SMITH. El comienzo de la Ingeniería Genética

Werner
Smith
Nathans
Arber Werner (1929) Microbiólogo suizo, hizo su doctorado en la Universidad de Ginebra, trabajó en la Universidad de Los Ángeles y fue profesor de Genética y Microbiología en Ginebra y Basilea. Investigó en el campo de los virus bacteriófagos y descubrió que las bacterias tienen unos enzimas, endonucleasas de restricción, que son capaces de cortar grandes moléculas de DNA en fragmentos más pequeños, y lo hacían en lugares muy concretos, las secuencias de reconocimiento. El descubrimiento de las endonucleasas de clase I fue muy importante porque abrió un camino decisivo en el avance de la ingeniería genética.

Daniel Nathans (1928-1999) Biólogo estadounidense, estudió en las Universidades de Delaware y San Luis y fue profesor en la Universidad Johns Hopkins de Baltimore, donde coincidió con Hamilton Othanel Smith y dirigió el departamento de Microbiología. Dos años después de que Werner descubriera las endonucleasas de clase I, Nathans descubrió la primera endonucleasa de clase II. Estas últimas resultaron mucho más útiles pues cortan las cadenas de DNA en lugares donde aparece una secuencia bipalindrómica de nucleótidos (la secuencia de una cadena es idéntica a la de la otra pero están situadas en sentido inverso).
Utilizando la restrictasa descubierta por Smith, Nathans obtuvo por primera vez el mapa genético de un virus (el del virus SV40).

Hamilton Othanel Smith (1931) Científico estadounidense, estudió medicina en las Universidades de Illinois, Berkeley y Baltimore, fue profesor en  Míchigan y Baltimore y colaboró con el Instituto de Biología Molecular de la Universidad de Zúrich. El mismo año en que Nathans descubrió las endonucleasas de clase II, Smith descubrió, estudiando la interacción entre el virus bacteriófago P22 con la bacteria Haemophilus influenzae, una nueva enzima restrictasa, la HindII. Con ella Nathans descifró el mapa genético del virus SV40.

Estas endonucleasas de restricción de clase II han resultado esenciales en el desarrollo de la INGENIERÍA GENÉTICA y por ello Arber, Nathans y Smith obtuvieron en 1978 el Premio Nobel de Fisiología y Medicina.

lunes, 9 de marzo de 2015

Los enzimas de restricción. Esas tijeras maravillosas..........

Siguiendo con el tema anterior.
¿Cómo  se puede insertar un gen humano en el DNA de una bacteria?

Se puede hacer si contamos con unas "tijeras de precisión" para hacer los cortes oportunos. De conseguir esas tijeras se encargaron Arber, Nathans y Smith.

Los enzimas de restricción, endonucleasas de restricción o rectrictasas son enzimas capaces de reconocer en una molécula de DNA una secuencia determinada de nucleótidos (secuencia de reconocimiento) y cortar el DNA en ese preciso lugar mediante la rotura de los enlaces fosfodiéster entre nucleótidos en ambas cadenas.

La rotura puede ser de dos tipos:
  • Lo pueden hacer a la altura del mismo nucleótido (SmaI)
  • O lo pueden hacer a distinta altura por lugares separados (EcoRI)
 
Los fragmentos resultantes en este segundo caso son altamente cohesivos y las porciones de DNA obtenidas por este sistema se pueden unir fácilmente por medio de enzimas ligasas a otros fragmentos que, por haber sido cortados por el mismo enzima de restricción, presentan extremos coincidentes.

En el año 1978 se otorgó el Premio Nobel de Fisiología y Medicina a Werner Arber, Daniel Nathans y Hamilton Smith por el descubrimiento de las endonucleasas de restricción que permitieron la manipulación genética del DNA de Escherichia coli, en el que se introdujo el gen humano de la insulina y así se consiguió que las bacterias fabricaran INSULINA HUMANA para podérsela administrar a los diabéticos.
Además de insulina se han obtenido también interferón, hormona del crecimiento, factores de coagulación, eritropoyetina, anticuerpos monoclonales, interleucinas, vacunas sin riesgo de infección, etc.
Esta técnica ha sido esencial también para el desarrollo de la tecnología del DNA recombinante, que ha permitido AMPLIFICAR un gen, es decir, obtener numerosas copias de un gen "in vivo", muy útil para la secuenciación del DNA y del genoma de un ser vivo (Proyecto Genoma Humano), y en el diagnóstico de diversas enfermedades genéticas.


viernes, 6 de marzo de 2015

La ingeniería genética. Insulina, hormona del crecimiento, interferón, factores de coagulación.......


Aprovechando la información sobre el OPERÓN LAC 1 de la entrada anterior (2 de marzo), nos vamos a  ir introduciendo  en el mundo de la INGENIERÍA GENÉTICA.

La INGENIERÍA GENÉTICA nos permite incorporar genes de un individuo en el genoma de otro, por ejemplo, podemos insertar el gen HUMANO de la INSULINA  en una bacteria como Escherichia coli.
¿Para qué nos puede servir esto? Pues es muy sencillo:

2 Si introducimos en una bacteria de la especie Escherichia coli el gen humano de la insulina detrás del operón lac (en el lugar de los genes estructurales de la beta-galactosidasa) y dejamos que se reproduzca, todas las nuevas bacterias tendrán el gen de la insulina humana incorporado y cuando  en el tanque industrial en el que viven esas bacterias no hay lactosa 3 no se transcriben los genes. Pero si en el tanque añadimos lactosa 4  las bacterias comenzarán a sintetizar INSULINA y cuanto mayor sea el tanque de cultivo, la cantidad de insulina fabricada será mayor.
Por este sistema se han conseguido sintetizar industrialmente no solo grandes cantidades de INSULINA, mucho más  idónea por ser humana , que la insulina porcina  que se empleaba anteriormente para el tratamiento de la diabetes (la insulina humana tiene algunos aminoácidos distintos de los de la insulina de cerdo); sino también HORMONA DEL CRECIMIENTO para el tratamiento del enanismo, INTERFERÓN  para combatir enfermedades víricas y ciertos tipos de cáncer, FACTORES DE COAGULACIÓN para el tratamiento de las personas que padecen hemofilia y otras muchas moléculas de interés.

lunes, 2 de marzo de 2015

El operón lac y la regulación de la expresión génica

En 1961 Jacob y Monod  propusieron un modelo para explicar la forma en que se regula la expresión génica: el OPERÓN LAC, en el que se describe el mecanismo de regulación del gen de la beta-galactosidasa en Escherichia coli. Este enzima le sirve a la bacteria para romper la molécula de lactosa y aprovechar su energía.

1 En el DNA de esta bacteria hay dos tipos de genes:
  • Los GENES ESTRUCTURALES  que codifican las proteínas necesarias para degradar la lactosa
  • Los GENES REGULADORES  que controlan la actividad de los genes estructurales
           Estos últimos son tres:
           - gen REGULADOR que codifica una proteína que actúa de REPRESOR que se
              une al operador impidiendo la transcripción de los genes estructurales.
           - gen PROMOTOR al que se une la RNA polimerasa para iniciar la transcripción.
           - gen OPERADOR gen al que se fija el represor.


El esquema de funcionamiento es el siguiente:


 
2  Si en el medio en que vive Escherichia coli no hay LACTOSA, el gen REGULADOR sintetiza una proteína: el REPRESOR que se une al gen OPERADOR inhibiendo la transcripción de los genes ESTRUCTURALES (no se fabrica beta-galactosidasa). La RNA polimerasa no puede actuar.
 
 
3  Pero Si en el medio hay LACTOSA, esta se une al REPRESOR bloqueándolo, por lo que el OPERADOR queda libre. La RNA polimerasa se une entonces al PROMOTOR y se transcriben los genes ESTRUCTURALES (se fabrica beta-galactosidasa).
 
 
De esta forma se consigue fabricar proteínas solamente cuando es necesario.
 
 

jueves, 26 de febrero de 2015

JACOB y MONOD. La regulación de la expresión génica






François JACOB (1920-2013 ) Biólogo francés, doctor en Medicina y en Ciencias, trabajó en el Instituto Pasteur. Investigó la estructura del cromosoma bacteriano y junto a Jacques Monod pronosticaron la existencia del RNA mensajero y explicaron el funcionamiento de genes reguladores que controlan la actividad de otros genes. Fue elegido miembro de la Academia Francesa de las Ciencias.









Jacques Lucien MONOD (1910-1976) Bioquímico francés y catedrático de química de la Facultad de Ciencias de Paris, también trabajó en el Instituto Pasteur y más tarde lo dirigió. Trabajó junto a Jacob en el estudio del RNA mensajero y en la explicación del fenómeno de la regulación génica y propusieron el modelo del operón-lac.
Participó muy activamente en la defensa del Medio Ambiente  y publicó en 1970 "El azar y la necesidad" obra en la que defiende que la aparición de la vida fue un hecho casual.





Jacob y Monod recibieron, junto a su compatriota Lwoff, el Premio Nobel de  Fisiología y Medicina en el año 1965.

domingo, 22 de febrero de 2015

Rocas estriadas. Huellas de las grandes glaciaciones

Durante el periodo PLEISTOCENO (2,58 MA - 10.000A) del cuaternario  tuvieron lugar varias GLACIACIONES sucesivas, en las que amplias zonas del planeta se cubrieron de hielo, los casquetes polares adquirieron una gran extensión y el nivel del mar bajó más de un centenar de metros (debido a la acumulación de hielo en los polos).
Las GLACIACIONES de GÜNZ, MINDEL, RISS y WÜRM han sido las más conocidas y entre cada una de  ellas y la siguiente, la temperatura del planeta subió, produciéndose PERIODOS INTERGLACIARES más cálidos.

De esa época, que coincide arqueológicamente con el periodo PALEOLÍTICO, han quedado en nuestras montañas numerosas huellas que nos revelan la enorme actividad geológica del hielo.



Al moverse las grandes masas de hielo de las lenguas de glaciar a favor de la pendiente en los valles de nuestras montañas, lo hacían sobre morrenas de fondo, que fueron erosionando las rocas del fondo de los valles y hoy, cuando los hielos ya se han retirado, las rocas han quedado bastante pulidas y marcadas con estriaciones y surcos paralelos que nos ponen de manifiesto la dirección exacta del avance del hielo en la zona: las ROCAS ESTRIADAS.

En las siguientes imágenes se ha marcado con una flecha  roja el sentido de avance del hielo en cada caso.









miércoles, 18 de febrero de 2015

El ave-reptil

La Clase AVES está íntimamente relacionada con la Cl REPTILES.

Una prueba indiscutible de esta relación evolutiva son los restos fósiles de un famoso reptil provisto de plumas Archaeopteryx lithográphica un fantástico ESLABÓN EVOLUTIVO del paso de los reptiles a las aves.





































El  género Archaeopteryx vivió en el periodo Jurásico superior, hace unos 150 millones de años. Su tamaño no era muy grande, unos 50cm.

Entre sus características de reptil cabe destacar la existencia de mandíbulas provistas de dientes finos, sus extremidades  con tres dedos terminados en garra y una larga cola formada por huesos.

Entre sus características de ave sobresale la posesión de unas faneras nuevas hasta ese momento en los seres vivos: las PLUMAS . Las plumas del género Archaeopteryx, aunque asimétricas, son muy similares a las plumas de las aves modernas con su raquis, barbas, barbillas y barbicelas.
Otro carácter muy interesante es el tamaño de su cerebro. Tras el TAC realizado al cerebro del fósil londinense se ha concluido que su tamaño es sensiblemente mayor que el de los dinosauros, condición necesaria para lograr las funciones propias de un organismo volador.


Hasta hoy se han descubierto en las calizas de Solnhofen, en Baviera,  más de una decena de fósiles de Archaeopteryx en un excelente estado de conservación.

viernes, 13 de febrero de 2015

Desmitificando mitos......El amor

Como mañana es el día de San Valentín, no me he podido reprimir.........

Tradicionalmente en nuestra cultura, cuando hablamos del amor, pensamos en el corazón. Hay otras culturas que atribuyen al hígado las tendencias amorosas, pero lo cierto es que ni el corazón ni el hígado intervienen para nada en los enamoramientos.

Cada órgano de nuestro cuerpo realiza unas funciones  determinadas:
El CORAZÓN esencialmente bombea la sangre por las arterias hacia todas las partes de nuestro organismo
El HÍGADO sobre todo procesa las sustancias nocivas que circulan en la sangre y sirve para almacenar glucógeno y vitaminas.

Entre las funciones del corazón o del hígado no figura nada relacionado con el amor, aunque es preciso indicar que mientras amamos es necesario y recomendable que corazón e hígado sigan funcionando con normalidad.

Las emociones, entre ellas el amor, están reguladas por nuestro cerebro y concretamente por el SISTEMA LÍMBICO  que se localiza su interior, bajo los hemisferios cerebrales y está formado por parte del tálamo, hipotálamo, la circunvalación del hipocampo, la amígdala y el cuerpo calloso.

Evolutivamente El SISTEMA LÍMBICO forma parte de la zona anterior del primitivo cerebro: el PROSENCÉFALO que tras las flexiones , cefálica, cervical y póntica, es recubierta por los hemisferios cerebrales (esto sucede durante la  4ª a la 5ª semana de nuestro desarrollo embrionario)



El SISTEMA LÍMBICO además del amor, controla otras emociones como el miedo, la agresividad y el placer e interviene también en el mantenimiento de la atención y en la gestión de la memoria.

En azul EL SISTEMA LÍMBICO

sábado, 7 de febrero de 2015

TEMIN y BALTIMORE. La transcripción inversa.








Howard Martin Temin (1934-1994) médico estadounidense, realizó sus estudios y se doctoró bajo la dirección de Renato Dulbecco en el Instituto Tecnológico de California.. Su tesis doctoral se centró en el estudio del virus del sarcoma de Rous (virus RNA que produce tumores malignos). Temin proponía que para poder infectar a las células el RNA viral debía dar lugar a un DNA. Esto chocaba de lleno con la teoría  admitida hasta el momento: "El DNA puede transcribirse dando RNA pero nunca sucede al contrario"






David Baltimore (1938) investigador estadounidense, estudió en Swarthmore (Pensilvania), en el Instituto Tecnológico de Massachusetts y en la Universidad Rockefeller de NuevaYork, colaborando con Renato Dulbecco en el Instituto Salk de estudios biológicos de la Jolla (California) y fue profesor asociado de microbiología del MIT.








Temin y Baltimore en 1970 descubrieron simultáneamente y por separado que en ciertos virus RNA, los retrovirus, existe un enzima transcriptasa inversa o reversotranscriptasa que facilita la transcripción del RNA viral dando un DNA típico del virus.

Son RETROVIRUS el virus del SIDA (AIDS) y algunos virus cancerígenos como el virus del sarcoma de Rous.

El "Dogma fundamental de la Biología"  se venía a completar con un nuevo paso (en naranja): LA TRANSCRIPCIÓN INVERSA.







Temin y Baltimore junto a Renato Dulbecco compartieron el Premio Nobel de Medicina en 1975 por sus trabajos sobre retrovirus y su forma de inducir cáncer.