Aproximación Historica de la G Molecular

Montería, Córdoba; a Setiembre 4 de 2019

Universidad de Córdoba

Facultad de Ciencias Agrícolas

Luis Alfonso R´guez-Páez

larguez@correo.unicordoba.edu.co

@larguez

Desde el nacimiento de las ciencias hasta el establecimiento de distintas disciplinas a finales del siglo XIX la vida se concibe desde un punto de vista totalmente mecanicista

EN LA ANTIGUEDAD

• 400 A.C.: Hipócrates afirma que el hombre transmite las características hereditarias en el semen (Semilla). Debe haber otro fluido en la mujer. El aporte es aproximadamente igual.
• 320 A.C.: Aristóteles propone la herencia de abuelos y bisabuelos. El semen se forma por ingredientes imperfectamente mezclados. Las niñas son causadas por “interferencia” con la sangre de la madre

DESPUÉS DEL RENACIMIENTO

• 1.630: William Harvey concluye que las plantas y los animales se reproducen de forma sexual: Esperma y huevos
• 1.677: Anton Leeuwenhoek descubre animáculos en el fluido seminal

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Francis Bacon

“The knowledge is power”

CHARLES DARWIN

• 1.859 postula la teoría de la Evolución basada en la selección natural
• Sus teorías sobre genética fueron desacertadas: La mujer es el recervorio de la semilla del padre

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De Mendel al Genoma

Gregor Mendel (1.822 – 1.884)

• Monje Agustiniano austriaco
• Nacido de una familia de campesinos
• Estudia botánica y matemáticas en la Universidad de Viena

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Gregor Mendel (1.822 – 1.884)

• Fracasó en 2 ocasiones para obtener el certificado de docencia
• Entro a un monasterio en Brünn (Hoy Republica Checa) donde llegó a ser abad

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Gregor Mendel (1.822 – 1.884)

• Comunicó sus experimentos en 1.865 ante la sociedad de Historia Natural de Brünn
• Al año siguiente se publica el manuscrito en las Actas de la sociedad

Gregor Mendel (1.822 – 1.884)

• La información genética proviene la mitad del padre y la otra mitad de la madre
• Los caracteres se expresan en las nuevas generaciones según el Principio de Segregación
• Acuñó los conceptos de: Alelo, dominancia y recesividad

Gregor Mendel (1.822 – 1.884)

HISTORIA

• 1882: Walter Flemming descubre los cromosomas
• 1888: Wakdeyer introduce el término cromosoma
• Finales de 1800 se describen la mitosis y la meiosis
• Durante la década de 1880 se relaciona la herencia con los cromosomas
• 1900: Se revive el mendelismo por Hugo de Vries
• 1903: Walter Sutton y Theodor Boveri une la teoría del mendelismo con los cromosomas “ teoría cromosómica de la herencia”

HISTORIA

• Principios de 1900 William Bateson “Promendeliano” sin embargo no apoya las ideas de Mendel para sus medidas Biométricas
• 1918: Ronald Aylmer Fisher. reconcilia las posturas con la idea de los caracteres cuantitativos
• Thomas Morgan: Ligamiento en moscas - Premio Nobel en 1933
• 1927 Hermann Muller: Demuestra el aumento de las mutaciones por radiaciones ionizantes

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CITOGENÉTICA

• Flemming : 1882 descubre los cromosomas
• 1923: Painter describe los 48 cromosomas normales
• 1946: El mismo Painter describe 46 y el par sexual
• 1949: Murray Barr describe la cromatina sexual (Corpúsculo de Barr)
• Técnicas entre los 50 y 60:
• Hsu: Choque hipotónico del nucleo
• P. Nowell: Fitohemaglutinina
• Uso de la colchicina para detener la mitosis

INMUNOGENÉTICA Y GENÉTICA DE POBLACIONES

• 1901: Landsteiner descubre los grupos ABO
• 1927: Grupo MN por Landsteiner y Levine
• 1908: Hardy - Weinberg describen la base de la genética de poblaciones
• Fisher, Haldane y Wrigth: Deriva Genética, cuantificación de los caracteres humanos (Teoría sin aplicación)

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En 1945 la primera cátedra de Estructura Biomolecular; el primer científico en denominarse «biólogo molecular» aprovechando que el término biología molecular había sido acuñado en 1938 por Warren Weaver (1894- 1978)

GENÉTICA MOLECULAR

• 1867: Miescher describe la nucleina
• 1944: Oswald Avery describe la bioquímica del DNA y su relación con los “genes”
• 1952: Primeros renacuajos clónicos
• 1953: Watson y Crick describen la estructura del DNA

Estructura del DNA

Rosalind Franklin

y la difracción de rayos X

Watson y Crick

Estructura del DNA

HISTORIA DEL GENOMA

• 1961: Nierenberg describe el código de tres letras
• 1970: Arber y Hamilton descubren las enzimas de restricción
• 1972: Primera molécula de DNA recombinante entre dos especies
• 1977: Sanger propone el método para secuenciar las moléculas de DNA

HISTORIA DEL GENOMA

• 1978: 1ª hormona humana hecha con técnicas de DNA recombinante
• 1980: 1ª fábrica industrial de insulina recombinante
• 1983: Kary Mullis idea la técnica de la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)

PARÉNTESIS�ÉXPLICACIÓN DEL GENOMA HUMANO

ANALOGÍA

LENGUAJE

• Código de 33 caractéres
• Alfabeto, espacio y signos
• Palabras
• Frases
• Significado
• Obra

DNA

• Código de 4 caractéres
• Adenina y Timina Citocina y Guanina
• Codones
• Proteínas
• Fenotipo
• Individuo

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LENGUAJE: Español

• Letras: enunlugardelamanchadecuyonombrenoquieroacordarme + espacios
• Palabras: 1. En 2. Un 3. Lugar 4. De 5. La 6. Mancha…
• Frase: “En un lugar de la Mancha de cuyo nombre no quiero acordarme…”
• Sentido: Estando en un sitio del cual no quiero recordar como se llamaba
• ¡Don Quijote de La Mancha!

<AMBIENTE>

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LENGUAJE: Genoma

• Secuencia: AAATTCGCGTTACG

TTT AAGCGCAATGC

• Secuencia de aminoácidos
• Característica fenotípica: Color de ojos, tamaño de las orejas, grupo sanguíneo
• Individuo bio-psico-social
• ¡YO!, ¡Mi Padre!, ¡Charles Darwin!

<AMBIENTE>

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MUTACIÓN

• Cambios en la secuencia que tienen una implicación en el fenotipo
• ANALOGÍA: Cambio de una letra o de una palabra
• Ej: no quiero acordarme de la Mancha en un lugar cuyo nombre…

HISTORIA DEL PROYECTO GENOMA HUMANO

Historia del HGP

• 1985: Walter Gilbert propone el proyecto a nivel mundial
• Charles DeLisi del Departamento de Energía (DOE) lo organiza
• 1990: El NIH y el DOE lanzan el proyecto oficialmente a 15 años
• 1990: Craig Venter propone patentar secuencias al azar de DNA

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PARTICIPANTES

• Es un proyecto liderado por:
• Department of Energy (DOE) and the National Institutes of Health (NIH): USA
• Sanger Center y Wellcome Trust : Inglaterra
• Universidad de Washington, Whitehead Institute of Cambridge, Baylor Medicine: USA
• CEPH y Génethon: Francia
• Otros centros en Japón y Alemania

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Historia del HGP

• El primer director fue Watson
• En 1992 renuncia por desacuerdos con NIH en patentes de secuencias y asume Francis Collins
• Craig Venter se retira del NIH por falta de fondos para sus nuevas técnicas y preside The Institute for Genome Research
• 1995: Venter y Haseltine publican la secuencia completa del Haemophilus influenzae (1600 genes) anteriormente llamado bacilo de Pfeiffer

Historia del HGP

• 1997: Se separa Venter del TIGR y vende por U$9 millones las acciones en Human Genome Science
• Willmut genera a “Dolly” utilizando la clonación
• 1998: Venter se asocia con Perkin-Elmer Biosystems y obtiene U$200 millones mas U$30 anuales para secuenciar el genoma humano en tres años = Celera Genomics

Historia del HGP

BIOINFORMÁTICA

Celera Genomics: 800

supercomputadores

En MIT Chips de DNA

Historia del HGP

• Celera Genomics: “Speed matters… discovery can’t wait”
• Genoma anuncia el fin del proyecto para el 2003
• Diciembre del 99: Primer cromosoma humano secuenciado totalmente, el 22
• Actualmente hay 2 cromosomas secuenciados: 21 y 22

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Historia del HGP

• En enero del 2000 Celera replica que tiene el 90% del Genoma Humano secuenciado
• Marzo del 2000: 1ª declaración Clinton – Blair
• Marzo del 2000: Secuenciación completa de la Drosophila
• Mayo del 2000: Secuenciación completa del ratón
• Junio del 2000: Anuncio oficial del primer borrador. Trabajo “conjunto” entre esfuerzos gubernamentales y privados

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Historia del HGP

Tomado de revista Cambio No. 367 del 2000

Celera Genomics

• Perdió U$130 millones en 1999
• Produjo U$12.5 millones por la venta de la base de datos a laboratorios como:
• Pfizer
• Novartis
• Takeda
• Immunex Corporation

Historia del HGP

• Working draft sequence
• Goal: 90% by summer 2000
• 65.7% (3,182,861,000 bases) (27/June/00)
• Finished, high quality sequence:
• Goal: 100% by 2003
• 21.1% (752,050,000 bases) (27/June/00)

MinION: un secuenciador de bolsillo

Con el objetivo de simplificar al máximo la preparación de muestras y los protocolos de secuenciación, la empresa británica Oxford Nanopore Technologies ha desarrollado MinION, un dispositivo secuenciador del tamaño de un mechero, largamente esperado (y deseado) por la comunidad científica.

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MinION utiliza la tecnología de secuenciación mediante nanoporos, mediante la cual se analiza el ADN de forma directa al empujarlo a través de un poro suspendido en una membrana. Los nucleótidos o letras que componen el ADN se diferencian debido a los cambios de corriente eléctrica que se producen durante su paso por la membrana. La energía necesaria para su funcionamiento se extrae de un puerto USB del ordenador al que está conectado y además dispone de su propio programa de análisis. El sistema está diseñado para detectar muestras complejas como sangre o plasma y se puede adaptar para secuenciar ADN, ARN, detectar proteínas y otras técnicas basadas en la detección por nanoporos.

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MinION, que ha necesitado 10 años para su desarrollo y optimización, en medio de una gran expectación, no está todavía a la venta, aunque desde mayo, numerosos laboratorios han sido invitados a probarlo y han recibido, via FedEX, en un simple paquete, el dispositivo. Oxford Nanopore Technologies anima a sus primeros usuarios a explorar la utilidad de su sistema y desarrollar con toda libertad aplicaciones para su uso.

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Las grandes expectativas se han visto frustradas en algunos, ya que los primeros comentarios de usuarios de MinION hablan de su poca precisión. El minisecuenciador únicamente lee de forma correcta entre un 60 y un 85% de los nucleótidos del ADN, frente al 99.9% de los mejores y considerablemente más caros, secuenciadores de la compañía Illumina. No obstante, los científicos se muestran positivos y el pequeño diseño de MinION, junto con la promesa de un precio más reducido que el de los actuales secuenciadores, apuntan a que en poco tiempo MinION se puede convertir en una herramienta fundamental para la investigación. Otra ventaja, es que permite la lectura de fragmentos de ADN de mucha mayor longitud que las técnicas actuales, lo que reduce los tiempos de análisis.

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Entre sus múltiples aplicaciones destaca la posibilidad de utilizarlo fuera del laboratorio, permitiendo, por ejemplo, el análisis de una muestra criminal en el mismo lugar del crimen, por parte de la policía científica. De superar la limitación de su baja precisión, MinION podría convertirse en toda una revolución tecnológica, con un abanico de posibilidades propio de la ciencia ficción.

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Regalado A. Radical new DNA sequencer finally getes into researchers’ hands. MIT Technology Review. 2014

Oxford Nanopore Technologies

Check Hayden E. Data from pocket-sized genome sequencer unveiled. Nature 2014. doi:10.1038/nature.2014.14724

CRISPR

CRISPR (en inglés: clustered regularly interspaced short palindromic repeats, en español repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas2 ) son loci de ADN que contienen repeticiones cortas de secuencias de bases. Tras cada repetición siguen segmentos cortos de "ADN espaciador" proveniente de exposiciones previas a un virus.

Desde 2013, el sistema CRISPR/Cas se ha utilizado para la edición de genes (agregando, interrumpiendo o cambiando las secuencias de genes específicos) y para la regulación génica en varias especies.

FIN