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Consolidadod e investigaciones
Tipo: Monografías, Ensayos
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Página
Índice .......................................................................................................................................................... 2
Prólogo ....................................................................................................................................................... 3
I. AVANCES TECNOLÓGICOS EN BIOLOGÍA MOLECULAR ............... 6
1. Gran revolución de la edición del ADN. ................................................................ 7 Ángela Irina Díaz-Alejo Guerrero, Natalia González del Pozo, Antonio Martín Martín, Esther Navarro Rodríguez. **(Grupo A1)
II. BIOLOGÍA MOLECULAR Y ENFERMEDAD ............................................. 18
6. Nuevo síndrome genético causado por mutaciones en el gen eIF5A. .............. 19 Irene Vivar García. (Grupo C) 7. ¿Qué es la Enfermedad de Huntington? ................................................................ 21 Cristina de Abajo Sánchez, María Aguilera Bueno, Jiaxi Chen, Jiawen Ye. (Grupo **A1)
Creemos pues que esta actividad ha permitido a los alumnos obtener competencias tales
como autonomía, gestión de su aprendizaje y trabajo en equipo, que hemos extendido en
este curso, y como parte de este proyecto, a otras asignatura del Departamento, como la
Bioquímica y la Biología Molecular, y que han tenido como fin sembrar el pensamiento
científico en los alumnos que empiezan a estudiar nuestras asignaturas relacionadas con la
investigación Bioquímica, Biología Molecular y Biomedicina.
A esta revista, en forma digital, se podrá acceder a través de la página web
(https://sites.google.com/ucm.es/revistacientificabiolmol2021) que será de acceso libre en
internet para su consulta en todo momento, de forma que la actualización de la misma,
año tras año, refleje un trabajo elaborado por los alumnos que no quedará archivado
como un trabajo más dentro de la Universidad, sino que puede servir incluso como lectura
didáctica a quienes no están tan familiarizados con el campo de la Biomedicina,
favoreciéndose al máximo su difusión dentro y fuera de la Comunidad Universitaria
Complutense.
Esperamos que disfrutéis con su lectura y os sirva de estímulo a los alumnos de cursos
posteriores para poder enriqueceros y enriquecer a vuestros lectores, fomentando la
divulgación de la ciencia.
Dra. María Jesús Oset Gasque
(Coordinadora del Proyecto)
Profesores participantes:
NOTICIA INFORMATIVA
Ángela Irina Díaz-Alejo Guerrero, Natalia González del Pozo, Antonio Martín Martín, Esther Navarro Rodríguez
Grupo: A1. Curso académico: 2020/
Jennifer A. Doudna y Emmanuelle Charpentier fueron galardonadas con el Premio Nobel de Química en 2020 por la introducción del complejo CRISPR-Cas9 en la ingeniería genética.
Nuestro ADN contiene una gran diversidad de genes que desempeñan un papel muy importante en la determinación de nuestros rasgos físicos (color de ojos, color de pelo, altura, etc.) y de muchos otros aspectos de nuestra forma de ser.
Los genes están constituidos por secuencias concretas de nucleótidos. Cuando un gen se activa, se crea una cadena de ARN que se traducirá en una proteína, la cual tendrá una función concreta en nuestro organismo.
De manera que, si conseguimos modificar la secuencia de nucleótidos, alteraremos las características que se corresponden a ese gen. En esto se basa la ingeniería genética.
En 2012, Jennifer A. Doudna (Universidad de California) y Emmanuelle Charpentier (Universidad de Umeå) desarrollaron un nuevo método que permite la modificación del genoma: CRISPR-Cas9. Esta tecnología se basa en un mecanismo de defensa bacteriano frente a ataques de virus y plásmidos^1.
Francisco Juan Martínez Mojica ya descubrió en 1993, que en el ADN bacteriano había unas zonas concretas en las cuales unas secuencias de nucleótidos se repetían, y entre ellas había fragmentos de ADN vírico (resultado de la supervivencia a una anterior infección). Esas secuencias repetitivas se denominan CRISPR (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas).
Así, frente a una nueva infección de un virus, la bacteria transcribirá en ARN el ADN vírico que contiene en su propio genoma. Este ARN guía a la proteína endonucleasa Cas9 -capaz de cortar las hebras de ADN- hasta encontrar la secuencia de ADN complementaria perteneciente al virus que la está infectando. Una vez reconocida, el ARN se une al ADN y Cas9 lo corta, matando así al virus^2. (^) Fuente: Red de Intercambio de Conocimiento Agroalimentario (5)
A partir de este descubrimiento, Jennifer A. Doudna y Emmanuelle Charpentier decidieron utilizar esta técnica para modificar el genoma humano. Así, partiendo de una secuencia de ARN específica, sintetizada artificialmente, podrían encontrar aquella complementaria de ADN que se quiere modificar, aprovechando la capacidad de corte de Cas93,4. Una vez cortada la cadena de ADN, pueden ocurrir dos cosas:
La gran ventaja de esta técnica es su bajo coste y facilidad de uso, pudiendo aplicarla a diferentes campos: la prevención de enfermedades de origen genético (como el síndrome de Down o la anemia falciforme, entre otras), la generación de alimentos transgénicos^5 y el estudio de posibles nuevas enfermedades. Sin embargo, presenta inconvenientes como la inespecificidad de la secuencia de ARN, debido a que el genoma humano es muy complejo y puede presentar la secuencia complementaria en varios genes. Esto daría lugar a que la escisión del ADN se produzca en otro lugar del genoma.
Además, a pesar del gran avance que pueda suponer, la modificación genética conlleva diversas cuestiones éticas. La aplicación futura más clara en humanos es la reparación de genes que producen enfermedades^6 , a lo cual es difícil renunciar, pero ¿dónde se establece el límite en “defecto genético”?
Bibliografía
Información básica de protección de datos Responsable Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. Facultad de Farmacia. UCM. Vicerrectorado de Calidad UCM. Finalidad Proyectos de Innovación Docente. Acciones para la innovación docente en la UCM. Programa Innova-Docencia. 2020 - 2021.
Bibliografía
Información básica de protección de datos Responsable Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. Facultad de Farmacia. UCM. Vicerrectorado de Calidad UCM. Finalidad Proyectos de Innovación Docente. Acciones para la innovación docente en la UCM. Programa Innova-Docencia. 2020-2021.
Información básica de protección de datos Responsable Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. Facultad de Farmacia. UCM. Vicerrectorado de Calidad UCM. Finalidad Proyectos de Innovación Docente. Acciones para la innovación docente en la UCM. Programa Innova-Docencia. 2019-2020.
NOTICIA DE OPINIÓN
Paula Rey Ranz, Ángela Martín-Cleto García y Fátima Zahara Maimouni Abjayou (Grupo A1). Curso 2020-2021.
A lo largo de las últimas décadas se han hecho múltiples descubrimientos que han llevado a la publicación y uso de una técnica conocida como CRISPR-Cas9. Esta tecnología es una herramienta molecular con la capacidad de editar el genoma, pero ¿debería el ser humano ser capaz de modificar el ADN a su gusto?
Antes de explicar las implicaciones éticas de esta tecnología deberíamos entender cuál es el funcionamiento de CRISPR/Cas9. Para llevar a cabo la modificación del genoma, el ARN guía se asocia con la enzima Cas9, esta con su actividad endonucleasa corta el ADN rompiendo un enlace en la cadena de nucleótidos. Este proceso es posible gracias a la complementariedad de las bases, gracias a lo cual el ARN guía reconoce específicamente la parte de DNA que deseamos editar. Tras el corte ya podemos silenciar o añadir nucleótidos y modificar el genoma^1.
Esta tecnología tiene numerosas aplicaciones dentro de los campos de la industria alimentaria, la biotecnología, la medicina, los cambios ecológicos e incluso en la edición de embriones humanos. Pero la cuestión no está en todo lo que se puede llegar a hacer con esta técnica, si no en sí deberíamos poder hacerlo. La importancia del uso de esta técnica reside en su sencillez y bajo coste, motivo por el cual puede estar al alcance de cualquiera.
Algunos ejemplos donde se ha empleado CRISPR/Cas han sido; intentar evitar la transmisión de la malaria haciendo a los mosquitos resistentes al parásito, modificación de plantas para su resistencia a plagas o modificación del genoma humano para tratar enfermedades como distintos tipos de cáncer, el VIH o la hemofilia.
Uno de los problemas éticos reside en la facultad de ser capaces de generar seres humanos al gusto, es decir, utilizar esta tecnología no solo para modificar aspectos físicos como el color de ojos, sino también incrementar las capacidades cognitivas mejorando así las
Panorama regulatorio internacional con respecto a la modificación de genes de la línea germinal humana^7.
Información básica de protección de datos Responsable Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. Facultad de Farmacia. UCM. Vicerrectorado de Calidad UCM. Finalidad Proyectos de Innovación Docente. Acciones para la innovación docente en la UCM. Programa Innova-Docencia. 2019-2020.
Bibliografía
Información básica de protección de datos Responsable Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. Facultad de Farmacia. UCM. Vicerrectorado de Calidad UCM. Finalidad Proyectos de Innovación Docente. Acciones para la innovación docente en la UCM. Programa Innova-Docencia. 2019-2020.
NOTICIA INFORMATIVA Giménez García, María; Hernán Vieco, Carmen, López López, Sergio; Sánchez Molina, Alejandro. 2ºA1.
El misterio de Potočani: una masacre de hace 6200 años que sigue
teniendo desconcertados a los científicos involucrados en su
investigación
La hipótesis inicial establecía que se trataba de un gran clan familiar. Sin embargo, estudios del DNA de 38 de los 41 cadáveres de la fosa refutaron tal idea. Este hecho aumenta la complejidad de este caso, de por sí extraño, y deja más cuestiones abiertas que misterios resueltos.
En el año 2007, un vecino del pueblo croata de Potočani, a 150 km de Zagreb (Croacia), encontró durante la construcción de un garaje una fosa con huesos humanos. Tras avisar a las autoridades, se abrió una investigación que involucró a científicos de la Universidad de Zagreb para intentar dilucidar porqué los huesos correspondientes a 41 personas se hallaban allí, cuáles eran las circunstancias en las que esas personas habían fallecido y cuándo había sucedido tal acontecimiento. Poco después, los estudios arqueológicos concluían que se trataba de los restos de personas pertenecientes a la cultura Lasinja, que habían vivido en la región hace 6200 años y que habían sido asesinadas brutalmente^1.
En un principio, se pensó que los restos óseos pertenecían a los miembros de una gran familia, pero recientemente, mediante un estudio basado en la secuenciación del genoma de 38 de los cadáveres se ha descubierto que, en realidad, el parentesco que comparten entre ellos es escaso.
El estudio, liderado por Mario Novak, del Institute for Anthropological Research (Zagreb), desveló que, aunque es verdad que algunos de los huesos pertenecían a personas de una misma familia, había muchos otros con orígenes distintos^2. La investigación se realizó obteniendo DNA en los restos óseos petrificados, concretamente, pulverizando fracciones de la base del cráneo de los cadáveres. A partir de DNA extraído, se secuenciaron las bases y se comparó el DNA mitocondrial. Asimismo, se analizó la tasa de polimorfismos en el cromosoma X, en el cromosoma Y y en algunos autosomas.
Imagen: Mario Novak 2. https://doi.org/10. 1/journal.pone. 32
Información básica de protección de datos Responsable Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. Facultad de Farmacia. UCM. Vicerrectorado de Calidad UCM. Finalidad Proyectos de Innovación Docente. Acciones para la innovación docente en la UCM. Programa Innova-Docencia. 2019-2020.
Representación del SARS-Cov-2 con proteínas S de membrana.
Dogma central de la biología molecular.
NOTICIA INFORMATIVA Jorge Sanz Valero y Sara Santos Moreno (Grupo A1), curso académico 2020-2021.
Este nuevo tipo de vacunas, que utilizan la tecnología de ARNm, son unas de las empleadas contra la Covid-19. Se basan en utilizar maquinaria celular para fabricar la proteína S de la superficie del virus, que permitirá obtener la inmunidad.
El ADN del núcleo se transforma en ARN mensajero (ARNm). Este ARNm abandona el núcleo y llega al citoplasma, donde se traduce a una proteína concreta. Si el ADN fuese un libro de recetas, cada receta es un ARNm que tendrán las instrucciones para un plato (proteína)5,6.
El ARNm se encuentra dentro de una cápsula de lípidos, que permite atravesar la membrana e introducirlo en la célula. En el citoplasma, el ARNm se libera y se une a unas máquinas celulares específicas denominadas ribosomas. Ellos, se encargan de unir los aminoácidos correspondientes hasta formar la proteína S. Esta proteína abandona la célula y es reconocida por el sistema inmunitario, al ser un agente extraño. Se producirá una respuesta análoga al virus real, con las células y los anticuerpos específicos para unirse a la proteína. Estos permanecerán en el cuerpo en alerta de la entrada del patógeno. De esta manera, si en un futuro se produce un contagio, estas células de memoria “preactivadas” contactarán de nuevo con la proteína S del SARS-CoV-2, eliminándolo rápida y eficazmente^4.
El vial contiene el ARNm encerrado en nanopartículas de lípidos, estabilizadores de pH y sales en agua para recrear el ambiente interno del cuerpo. El motivo por el que su conservación es en bajas temperaturas es porque es una molécula inestable y que puede degradarse en fragmentos que no cumplirán su función biológica. Se requieren dos dosis en estas vacunas para aumentar la eficacia y garantizar una inmunidad completa1,2,3.
Los efectos adversos frecuentes son consecuencia de una respuesta inflamatoria del cuerpo ante la proteína S. El malestar inicial es el desencadenante para que permanezcan las células inmunitarias y los anticuerpos.
Información básica de protección de datos Responsable Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. Facultad de Farmacia. UCM. Vicerrectorado de Calidad UCM. Finalidad Proyectos de Innovación Docente. Acciones para la innovación docente en la UCM. Programa Innova-Docencia. 2019-2020.
Bibliografía
Información básica de protección de datos Responsable Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. Facultad de Farmacia. UCM. Vicerrectorado de Calidad UCM. Finalidad Proyectos de Innovación Docente. Acciones para la innovación docente en la UCM. Programa Innova-Docencia. 2020-2021.
NOTICIA INFORMATIVA Irene Vivar García. GRUPO C. Curso 2020-
¿Sabías que un paciente con una enfermedad rara espera una media de 4 años hasta obtener un diagnóstico, y que además el 47% de ellos no tienen tratamiento? Pues bien, investigadores de la Universidad de Manchester han conseguido algo novedoso, han identificado una nueva enfermedad, su diagnóstico y un potencial tratamiento para la misma.
El origen del síndrome se encuentra en una mutación del gen eIF5A. Una variación genética nunca antes observada en un gen que hasta la fecha se consideraba esencial y prácticamente intolerante al cambio genético. Esta variación deriva en un trastorno caracterizado por retraso del desarrollo, discapacidad intelectual, microcefalia, micrognatia y dimorfismo craneofacial (Fig.1)
A través de experimentos en levadura, los investigadores encontraron que las variantes identificadas en el gen hacen que la proteína eIF5A “factor de iniciación de la traducción eucariota 5A-1” (traducción del inglés), no cumpla su misión en las células. Su misión consiste en ayudar a los ribosomas “la fábrica de proteínas de las células” a producir proteínas difíciles, ¿cómo lo hace?, facilitando la formación de enlaces peptídicos en ribosomas estancados por la presencia de prolina^2 , un aminoácido con una rígida estructura cíclica. Es capaz de ayudar a los ribosomas porque es la única proteína que contiene hipusina^3 , aminoácido formado tras una modificación postraduccional de una lisina.
La hipusinación es crucial para la activación y funcionalidad de eIF5A, sobre todo para la síntesis de proteínas con secuencias de poliprolinas (proteínas difíciles) y, por lo tanto, para la viabilidad celular y el crecimiento de los organismos. La gravedad de este trastorno radica precisamente aquí, en que reduce la hipusinación^3 debido a mutaciones puntuales, que afectan a un nucleótido, y que pueden ser o bien variantes de sentido erróneo, produciéndose la sustitución de un aminoácido, o mutaciones sin sentido, que dan lugar a un truncamiento en las proteínas^1.
Figura 1. Observaciones en niños diagnosticados con el nuevo trastorno del neurodesarrollo craneofacial causado por las variantes en eIF5A^1
Información básica de protección de datos Responsable Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. Facultad de Farmacia. UCM. Vicerrectorado de Calidad UCM. Finalidad Proyectos de Innovación Docente. Acciones para la innovación docente en la UCM. Programa Innova-Docencia. 2020-2021.
La espermidina es una molécula de origen natural presente, por ejemplo, en el germen de trigo^4 , y es responsable de la activación de eIF5A porque es necesaria para su modificación por hipusinación. Por tanto, es responsable a su vez de que la síntesis proteica se realice de forma correcta^5. Los investigadores se plantearon la posibilidad de que podría aliviar los efectos de la disfuncionalidad de la proteína.
Para probar su teoría realizaron dos experimentos. El primero, consistía en tratar con espermidina cultivos de células de levadura^6 portadoras de variantes de eIF5A, equivalentes a las presentes en los pacientes. Se observó una mejoría en la expresión de proteínas con segmentos de poliprolina, recuperando parcialmente la función^5. El segundo, se desarrolló en un modelo de pez cebra^7 y se basó en la eliminación transitoria de eIF5A y posterior suplementación con espermidina. Tras el tratamiento, se observó una mejora parcial del fenotipo, lo que apoya el potencial terapéutico del compuesto^5. Es importante destacar que se ha demostrado que la suplementación con espermidina es segura y bien tolerada en ratones y humanos.^8
Los investigadores señalan que la identificación de otros pacientes con el trastorno hereditario será esencial para mejorar el conocimiento sobre los mecanismos biológicos implicados en el mismo. No se sabe con certeza el número de personas afectadas con esta variante nueva y sin nombre, pero es previsible que haya más pacientes alrededor del mundo que están esperando a ser diagnosticados. Además, estos hallazgos, que revelan el papel de eIF5A y las proteínas con fragmentos de poliprolina en el cerebro humano y el desarrollo craneofacial, abren la vía para futuros estudios.
Bibliografía
1. Faundes, V., Jennings, M.D., Crilly, S. et al. “Impaired eIF5A function causes a Mendelian disorder that is partially rescued in model systems by spermidine”. Nat Commun 12, 833 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-21053- 2. Melnikov, S. et al. Molecular insights into protein synthesis with proline residues. EMBO Rep. 17, 1776– 1784 (2016). 3. Cano, V. S. et al. Mutational analyses of human eIF5A-1–identification of amino acid residues critical for eIF5A activity and hypusine modification. FEBS J. 275, 44–58 (2008). 4. GRAS Notice (GRN) No. 889. Longevity Labs. September 23rd, 2019. https://www.fda.gov/food/generally-recognized-safe-gras/gras-notice-inventory 5. Shin, B. S. et al. Amino acid substrates impose polyamine, eIF5A, or hypusine requirement for peptide synthesis. Nucleic Acids Res. 45, 8392–8402 (2017) 6. Chattopadhyay, M. K., Tabor, C. W. & Tabor, H. Spermidine but not spermine is essential for hypusine biosynthesis and growth in Saccharomyces cerevisiae: spermine is converted to spermidine in vivo by the FMS1-amine oxidase. Proc. Natl Acad. Sci. USA 100, 13869–13874 (2003) 7. White, R. M. et al. Transparent adult zebrafish as a tool for in vivo transplantation analysis. Cell Stem Cell 2, 183–189 (2008). 8. Schwarz, C. et al. Safety and tolerability of spermidine supplementation in mice and older adults with subjective cognitive decline. Aging (Albany NY) 10, 19–33 (2018). Otras referencias: [FEDER]. “Las Enfermedades Raras en cifras”. https://enfermedades-raras.org/index.php/enfermedades- raras/enfermedades-raras-en-cifras [Genotipia].“Nuevo síndrome genético causado por mutaciones en el gen EIF5A”. https://genotipia.com/genetica_medica_news/sindrome-genetico-eif5a/ [The university of Manchester]. “Compound isolated from human sperm could treat genetic disorder”. https://www.manchester.ac.uk/discover/news/compound-isolated-from-human-sperm-could-treat-genetic- disorder/