TEMA 8.- TECNOLOGÍA DEL DNA RECOMBINANTE Y TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE DNA

TEMA 8.- TECNOLOGÍA DEL DNA RECOMBINANTE Y TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE DNA. 1.-Tecnología del DNA recombinante 2.- Herramientas básicas necesarias para e

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TEMA 8.- TECNOLOGÍA DEL DNA RECOMBINANTE Y TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE DNA.

1.-Tecnología del DNA recombinante 2.- Herramientas básicas necesarias para el conocimiento y modificación del DNA 3.- Marcadores moleculares aplicados a la identificación genética

TECNOLOGÍA DEL DNA RECOMBINANTE 1973 - Berg, Boyer y Cohen – Primeros experimentos de DNA recombinante con los que introducen Genes en E.coli

Unión artificial de DNA de distintos orígenes

1

Utilizacion: Clonación de genes es decir obtener copias del mismo PRIMER PASO: PASO cortar DNA que se quiere clonar y el vector que se va a utilizar con enzimas de restricción

PLÁSMIDO

GEN

(otro tipo de vector)

SEGUNDO PASO: LIGACIÓ LIGACIÓN. Mediante un enzima denominado ligasa se unen el

vector y el fragmento de DNA

+

MOLÉCULA DE DNA RECOMBINANTE

TERCER PASO: Introducción de la molécula de DNA recombinante en las células procariotas o eucariotas correspondientes para la obtención de numerosas copias Procariotas: transformación, conjugación Eucariotas: Electroporacion microinyección, vectores virales, proyectiles de DNA

HERRAMIENTAS BÁ BÁSICAS NECESARIAS PARA EL CONOCIMIENTO Y MODIFICACIÓ MODIFICACIÓN DEL DNA

ENZIMAS DE RESTRICCIÓN VECTORES DE CLONACIÓN GENOTECAS IDENTIFICACIÓN DE CLONES O SECUENCIAS ESPECÍFICAS PCR MARCADORES MOLECULARES

2

ENZIMAS DE RESTRICCIÓN …FINALES DE LOS 60

¿Cómo era posible que algunas bacterias resistiesen la invasión de ciertos virus?

El DNA del virus se introduce en la bacteria, donde se corta en pequeños fragmentos inactivándose

Demostraron que las bacterias sintetizaban endonucleasas que cortaban el ADN en una secuencia corta y específica

ENZIMAS DE RESTRICCIÓN - Nucleasa sintetizada por las bacterias como un mecanismo de defensa natural - Nucleasa capaz de reconocer y cortar una secuencia específica de nucleótidos en una doble cadena - Longitud de la secuencia reconocida de 4 a 8 - Reconocen secuencias palindrómicas y el corte es simetrico AAGCTT TTCGAA

Primera enzima descubierta fue a partir de Haemophilus

influenzae

3

PUEDEN CORTAR DE DOS FORMAS: EXTREMOS COHESIVOS

EXTREMOS ROMOS

ALGUNOS ENZIMAS DE RESTRICCIÓN DE LOS MILES (>3000) QUE SE HAN AISLADO.. NOMENCLATURA: 1 letra del Genero, 2 letras de la especie, 1 letra de la cepa (Opcional) y 1 numero romano ( si existen mas de una) ALU I – primera enzima de restricción de Arthrobacter Luteus

Extremos romos

4

VECTORES DE CLONACIÓN Características generales: - Replicación autónoma - Mapa de restricción conocido: un único punto de corte - Tengan marcadores selectivos: - resistencia a antibióticos - cambios de color - De fácil recuperación TIPOS:

-

Plásmidos Fago λ Cósmidos YACs BACs

Clonación de fragmentos de hasta 10 kb

PLÁSMIDOS

-ADN doble y circular -Replicación autónoma; información no vital -Pueden conferir resistencia a antibioticos -Posibilidad de integración en cromosoma principal bacteriano → EPISOMA -Tamaño variable: 1 a 500Kb

FAGO λ EXTREMOS COS

Clonación de fragmentos de hasta 25 kb ‰ DNA doble hélice lineal con ~ 48.000 pb ‰ infecta E. coli ‰ extremos cohesivos complemenaria)

(COS):

extremos

5’

monocatenarios

(12

nucleótidos

de

secuencia

5

Cósmidos Clonación de fragmentos de hasta 45 kb

Vectores híbridos Fago λ + plásmido

BACs (Bacterial Artificial Chromosomes) Clonación de fragmentos de hasta 300 kb

YACs (Yeast Artificial Chromosomes) Clonación de fragmentos de hasta 1000 kb

CONSTRUCCIÓN DE GENOTECAS - Clonación de todas las secuencias del genoma de una especie - Presente al menos una copia de cada gen o fragmento de DNA - Numero de clones necesarios depende de - Tamaño del inserto - Tamaño del genoma

Fórmula de Clarke y Carbon N= Ejemplo -E.coliTamaño: 4.300 Kb P= 0,95

ln (1 - p) ln (1 - f )

N= nº de clones necesarios P= probabilidad de tener el genoma completo F= tamaño medio del inserto/ tamaño genoma

1300 plásmidos 300 cósmidos 130 BACs 12 YACs

6

IDENTIFICACIÓN DE CLONES O SECUENCIAS ESPECÍFICAS

PARA PODER IDENTIFICAR, AISLAR Y TRABAJAR CON LAS SECUENCIAS CLONADAS… TODOS LOS MÉTODOS SE BASAN EN LA HIBRIDACIÓN DE ÁCIDOS NÚCLEICOS

TRANSFERENCIA del ácido nucleico a una membrana o soporte físico (“blotting”)

+ HIBRIDACIÓN CON UNA SONDA SONDA: Fragmento de DNA de secuencia conocida que hibridará por complementariedad

OTROS TIPOS DE HIBRIDACIÓN PARA AISLAMIENTO DE SECUENCIAS SOUTHERN BLOTTING Digestión del DNA con enzimas de restricción Separación mediante electroforesis

NORTHERN BLOTTING Similar a Southern blot pero para identificación de secuencias de RNA

SLOT/DOT BLOTTING. No se realiza electroforesis, simplemente se deposita y se transfiere a soporte sólido

HIBRIDACION IN SITU. Hibridación en preparaciones histológicas o células en cultivo

7

HASTA AHORA HEMOS HABLADO DE CLONAR DNA… existe otra forma de “clonación de DNA”

PCR ¿Qué es?

REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA FORMA DE CLONACIÓN “ IN VITRO” FOTOCOPIADORA MOLECULAR

Técnica que nos permite amplificar o clonar selectivamente un segmento específico de DNA, hasta obtener una cantidad suficiente para su posterior manipulación

¿Cuáles son los fundamentos? EXTENSIÓN DEL CEBADOR: La DNA polimerasa realiza la extensión del primer utilizando la cadena complementaria como molde DNA Polimerasa 5’

3’ dNTPs

5’

dTTP dATP dGTP dCTP

+

Mg

++

3’

8

EXTENSION DEL CEBADOR Utilizando dos cebadores que son complementarios a los extremos 3’ del fragmento de DNA de doble cadena que queremos amplificar

3’

5’

DNA polimerasa

DNA Polimerasa 5’

3’

REPETICIÓN “n” VECES DE UN CICLO CONSTITUIDO POR TRES ETAPAS

DESNATURALIZACIÓN

HIBRIDACIÓN DE LOS CEBADORES

C i c l o 1

EXTENSIÓN

9

“n CICLOS”: ciclo 3

“n CICLOS”: ciclo 5

10

La cantidad de DNA dobla teóricamente con cada ciclo de PCR, Después de cada ciclo, la cantidad de DNA es dos veces la del ciclo anterior.

Después de: - 2 ciclos tenemos 2 x 2 - 3 ciclos - 2 x 2 x 2 - 4 ciclos 2 x 2 x 2 x 2 Así, después de ciclos de N ciclos tendremos 2N. Pero la reacción no puede mantenerse indefinidamente, se alcanza una fase de meseta, según lo demostrado en las cifras que aparecen en rojo.

11

MARCADORES MOLECULARES

IDENTIFICACIÓN GENÉTICA Patógenos Test de paternidad

Trazabilidad

Autentificación de productos

Diagnóstico de patologías

IDENTIFICACIÓN GENÉTICA: Bases moleculares Los animales presentan diferencias en su ADN, a excepción de los gemelos monocigóticos o los clones. ¿CÓMO SE GENERA ESTA GRAN VARIACIÓN GENÉTICA? •Mezcla de cromosomas de origen paterno y materno en cada generación en las especies de reproducción sexual. • Recombinación genética que permite el intercambio de fragmentos de cromosomas homólogos en la meiosis. •Mutaciones que suponen cambios de bases o bien adición o pérdida de algunas de ellas. Causar patologías

Generar variabilidad

12

• RFLPs : Polimorfismos tamaño de los fragmentos de restricción • Microsatélites: repeticiones de un pequeño número de bases • RAPDs : Random amplified polymorphic DNA • SNPs: Single nucleotide polymorphisms •…

Para su detección : amplificación por PCR

RFLPs : Polimorfismos de la longitud de los fragmentos de restricción Origen: mutaciones delecciones insercciones reordenaciones

CARACTERÍSTICAS • Detectables por PCR • Bialélicos • Muy abundantes • Ampliamente distribuidos por el genoma • Codominancia • Alta reproducibilidad

13

Ejemplo RFLP _ 199 pb 165 pb

34 pb

+ CC

Ampl.

TT

CT

_

+

1

2

3

4

5

6

7

8

MICROSATÉLITES Secuencias del genoma que consisten en repeticiones de 1 a 6 pb.

14

MICROSATÉLITES - Características - Su polimorfismo radica en el número de repeticiones

- Altamente polimórficos ( nº medio de alelos 10) - Se han encontrado en todas las especies conocidas - Muy numerosos y bien distribuidos por el genoma - Posibilidad de hacer multiplex : amplificar varios micros a la vez

TGLA227

TGLA126

ETH225 BM2113 TGLA122

BM1824

INRA23 ETH10

SPS115

TGLA 122 TGLA 126 TGLA 227

15

RAPDs (Random ampliflied polymorphic DNA) Ventajas • Se utilizan primers diseñados al azar. • Generalmente de pequeño tamaño (10-12 nucleótidos) • No es necesario el conocimiento previo de la secuencia

El mayor inconveniente puede ser su baja reproducibilidad

SNPs (single nucleotide polymorphisms) Son mutaciones, debidas a la variación de un nucleótido. A

C

G

A

C

A

A

C

G

T

C

A

A

C

G

A

C

A

A

C

G

A

C

A

A

C

G

T

C

A

A

C

G

T

C

A

cerdo 1

cerdo 2

cerdo 3

AA

TT

AT

C/C

C/T

16

SNPs Características • Variación muy frecuente (1 cada 1000bp) • Dos posibles alternativas en cada individuo • Herencia muy estable ( t. mutación 10-6) • Fácil estandarización • Posibilidad de automatización

MARCADORES GENÉTICOS APLICADOS A LA IDENTIFICACIÓN

Un marcador de ADN, para ser utilizable en identificación genética, necesita reunir una serie de características: • Que sea muy polimórfico, • Que esté distribuido por todo el genoma. • Que tenga un bajo coste tanto en la obtención como en la

aplicación

• Que sea público . • Que sea fácilmente interpretable de una forma objetiva. • Que requiera poca cantidad y calidad de muestra a partir de la que se obtendrá el ADN. • Que sea fácilmente intercambiable entre laboratorios • Que sea automatizable para aumentar el rendimiento y abaratar los costes. • Que sea estable

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