- INTRODUCCIÓN
- OBJETIVOS
- RESUMEN
- TIPOS DE GENÓMICA
- CLONACIÓN MOLECULAR
- REACCIÓN DE LA CADENA POLIMERASA
- BIBLIOTECAS GENÓMICAS
- CAMINATA CROMOSOMICA
- BIOINFORMATICA
- ANTECEDENTES
- ARTICULO CIENTÍFICO
- CONCLUSIONES
- REFERENCIAS
INTRODUCCIÓN
Se denomina genómica al conjunto de ciencias y técnicas dedicadas
al estudio integral del funcionamiento, el contenido, la
evolución y el origen de los genomas. Es una de las áreas más
vanguardistas de la Biología.
La
genómica usa conocimientos derivados de distintas ciencias como
son:
matemáticas,
física, etc.
OBJETIVOS DEL BLOG
- Analizar las propiedades funcionales de genes y proteínas y cómo interactúan estas moléculas dentro de los seres vivos.
- Entender el proceso de clonación molecular
- Identificar cual es el método más conveniente para obtener grandes cantidades de copias de DNA
RESUMEN
Las ciencias relativamente nuevas de la genómica y la genómica funcional han acelerado los esfuerzos de investigación en todas las
ciencias de la vida. La genómica es el análisis a gran escala de genomas
enteros. La genómica funcional es una metodología que se utiliza para analizar
las propiedades funcionales de genes y proteínas y cómo interactúan estas
moléculas dentro de los seres vivos. Como resultado de avances espectaculares
en la tecnología del DNA, la genómica ha producido información de secuencia de
genomas de más de 1 250 organismos y una buena variedad de tecnologías
prácticas sobre genomas. Por ejemplo, los chips de DNA o micromatrices
(pequeños soportes de vidrio o plástico a las que se les colocan miles de sondas
de diferentes secuencias de DNA) hacen posible el análisis simultáneo de la
expresión de miles de genes en células de cultivos.TIPOS DE GENÓMICA
Genómica estructural
La
genómica estructural se enfoca a la identificación y estudio de las variantes
estructurales de secuencia en los genomas. Dichas variantes Pueden ser
polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs), mutaciones, o cambios como
repeticiones o inserciones de nucleótidos. La genómica estructural estudia
también las estructuras tridimensionales hasta ahora conocidas, de las
proteínas y la función que éstas Realizan en los procesos bioquímicos de un
organismo, utilizando técnicas experimentales y simulación por computadora.
Genómica funcional
La genómica funcional es la rama de genómica que determina la función biológica de los genes y sus productos.
Utiliza principalmente técnicas de alto rendimiento para describir la abundancia de productos génicos como el mRNA y las proteínas. Entre estas técnicas se encuentran la hibridación in situ, la mutagénesis experimental y el uso de animales transgénicos y obtenidos por desactivación génica o knockout.
Algunas plataformas tecnológicas típicas son:
Micromatrices de ADN y SAGE del mRNA. Basados en la hibridación de ácidos nucleicos, se utiliza un fragmento conocido de ADN como sonda para encontrar secuencias complementarias, que quedarían marcadas por fluorescencia.
Electroforesis bidimensional en gel y espectrometría de masas para proteínas.
Secuencias indicadoras: se clonan los fragmentos genómicos en cromosomas bacterianos artificiales (BAC), capaces de contener la región codificante y las secuencias reguladoras de un gen. Después la región codificante a estudiar se reemplaza por una secuencia indicadora que codifique un producto fácilmente reconocible. El BAC se inserta en un embrión y se crea un organismo transgénico. La secuencia reguladora del gen clonado garantiza que se exprese en un momento y situación adecuados, dando lugar al producto conocido, generalmente un pigmento fluorescente.
Genómica comparativa
La genómica comparativa se enfoca al estudio comparativo de los genomas estructural y funcionalmente en organismos como el humano, el ratón, la mosca de la fruta o bacterias como Escherichia coli. El propósito de esta rama de la genómica es obtener un mejor entendimiento de cómo hanevolucionado las especies y también es útil para determinar la función de los genes y de las regiones no codificantes de los genomas.
Un breve resumen en el siguiente gráfico:
CLONACIÓN MOLECULAR
En la clonación molecular, un trozo de DNA aislado de una célula donadora (p. ej., cualquier célula animal o vegetal) se introduce en un vector. Un vector es una molécula de DNA capaz de replicarse que se utiliza para transportar una secuencia ajena de DNA, a menudo un gen, al interior de una célula hospedadora.
REACCIÓN DE LA CADENA POLIMERASA
Aunque
la clonación ha sido inmensamente útil en biología molecular, la reacción en
cadena de la polimerasa (PCR) es un método más conveniente para obtener grandes
cantidades de copias de DNA. Utilizando la DNA polimerasa termoestable de Thermus aquaticus (polimerasa Taq), la
PCR puede amplificar cualquier secuencia de DNA cuando se conocen las
secuencias flanqueantes. Las secuencias flanqueantes deben conocerse debido a
que la amplificación por PCR requiere cebadores. Las secuencias cebadoras se
producen mediante máquinas automáticas sintetizadoras de DNA. La PCR comienza
añadiendo la polimerasa Taq, los cebadores y los ingredientes para la
replicación del DNA a una muestra calentada del DNA diana. (Recuerde que el
calentamiento del DNA separa sus cadenas.) Al enfriarse la muestra, los
cebadores se unen a sus secuencias complementarias en ambos lados de la
secuencia diana. Cada cadena sirve entonces como molde para la replicación del
DNA. Al final de este proceso, que se conoce como un ciclo, se han duplicado
las copias de la secuencia diana. El proceso puede repetirse de forma indefinida, sintetizando un enorme número de copias. Por ejemplo, al final de
30 ciclos un único fragmento de DNA se ha amplificado 1 000 millones de veces.
Bibliotecas genómicas
Las
bibliotecas genómicas (genotecas), también llamadas clones o bancos de genes,
son colecciones de clones que proceden de fragmentos de cromosomas o genomas
enteros. Se utilizan con diversos fines, los más importantes de los cuales son
el aislamiento de genes específicos cuya ubicación cromosómicase
desconoce, y los esfuerzos de secuenciación de genomas completos (mapeo
génico). Las genotecas se producen en un proceso, que se denomina clonación
aleatoria (o clonación de tipo shotgun), en el que se digiere de forma
aleatoria un genoma. El intervalo de tamaños de los fragmentos, que se
determina por la clase de enzima de restricción y las condiciones
experimentales elegidas, debe ser compatible con el vector. Para asegurar que
todas las secuencias de interés estén representadas en la genoteca, las muestras
de DNA se suelen digerir sólo parcialmente. Si se dispone de una sonda adecuada
puede identificarse la ubicación de cualquier gen. En una variante de las
genotecas, se producen colecciones de moléculas de DNA complementario,
denominadas bibliotecas de cDNA, a partir de moléculas de mRNA mediante
transcripción inversa. Esta técnica puede utilizarse para evaluar el
transcriptoma de determinados tipos celulares en circunstancias especificadas.
En otras palabras, es un método para determinar qué genes se expresan en un
determinado tipo celular. Por ejemplo, con el uso de la tecnología de chips de
DNA (micromatrices de DNA), puede investigarse y compararse la expresión de los
genes en células normales y enfermas. Las bibliotecas de cDNA son especialmente
útiles cuando se clona DNA eucariota porque las moléculas de mRNA carecen de
secuencias no codificadoras o intrones. Por consiguiente, los productos génicos
pueden identificarse con mayor facilidad y pueden generarse en grandes
cantidades en bacterias, las cuales no pueden procesar intrones.CAMINATA CROMOSÓMICA
La caminata cromosómica se utiliza cuando una secuencia de DNA (un clon)
de una genoteca es demasiado grande para ser secuenciada. El DNA clonado se
fragmenta y se subclona. Uno de los subclones se toma y se secuencia y un
pequeño fragmento de un extremo se utiliza como sonda para seleccionar uno de
los subclones restantes que contiene esa secuencia (fi g. 18G). El nuevo
fragmento se secuencia y una porción se utiliza como sonda para seleccionar
otros clones solapantes. De este modo, se pueden mapear secuencias contiguas.
Un conjunto de secuencias solapantes se denomina contig. Cuando se analizan los
genomas eucariotas, su gran tamaño suele requerir el uso de grandes vectores de
clonación como los YAC y una técnica que se denomina migración cromosómica. En
la migración cromosómica los clones solapantes contienen secuencias de DNA de
varios centenares de kb que se generan utilizando enzimas de restricción que
realizan cortes con poca frecuencia.
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| Caminata cromosómica |
Micromatrices de DNA
Las
micromatrices de DNA, o “chips” de DNA, se utilizan para analizar la expresión
de miles de genes de manera simultánea. A menudo no mayor que una estampilla
postal, una micromatriz de DNA consiste en miles, o cientos de miles, de
oligonucleótidos o fragmentos de ssDNA adheridos a una base de vidrio o
plástico. En cada posición de la micromatriz la secuencia adherida, que actúa
como una sonda de DNA, se diseña de forma que se hibride con una diana que es
una secuencia específica de DNA o RNA. En las investigaciones de la expresión
génica, un conjunto completo de moléculas de mRNA de las células de interés (es
decir, el transcriptoma) se transcribe de forma inversa en cDNA. Tras marcar
las moléculas de cDNA con un tinte fluorescente, se incuban con una micromatriz
en condiciones de hibridación. La micromatriz se lava a continuación para
eliminar las moléculas que no hibridaron. Los investigadores determinan
entonces cuáles genes se expresan identificando las posiciones que emiten
fluorescencia en la micromatriz. Mediante microscopios, tubos fotomultiplicadores y programas de
computadora es posible observar cambios en la expresión génica en diversas
circunstancias. Entre los ejemplos están las comparaciones entre células
normales y cancerosas, y células expuestas a diferentes nutrientes o moléculas
señalizadoras.
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Proyectos genómicos
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Cada
proyecto de genoma determina el conjunto total de secuencias de bases en el DNA
de un organismo en particular. El proceso requiere tomar un gran número de
fragmentos de secuencias que se obtienen rompiendo el genoma y determinando
luego sus secuencias de bases con un método de secuenciación automático. Luego
se ensamblan los datos de secuencia de cada uno de los fragmentos usando
métodos computacionales para producir la secuencia total del genoma. El
Proyecto Genoma Humano fue un intenso esfuerzo internacional para determinar la
secuencia de nucleótidos del genoma humano completo. Una vez alcanzado este
objetivo, la atención de los investigadores se dirigió hacia la anotación (p.
ej., la identificación funcional) de los cerca de 22 000 genes humanos. Igual
que los científicos han utilizado históricamente comparaciones estructurales y
funcionales de otros organismos en campos como la anatomía, la bioquímica, la
fisiología y la medicina para comprender mejor la biología humana, el esfuerzo
actual para interpretar los datos del genoma humano está siendo apoyado en gran
medida por comparaciones con la información obtenida en otros proyectos
genómicos. Los genomas de organismos bien investigados tan diversos como las
bacterias (p. ej., E. coli), las levaduras (p. ej., Saccharomyces cerevisiae),
el gusano Caenorhabditis elegans,
la mosca de la fruta Drosophila y varios mamíferos (p. ej., el ratón) se han
utilizado en el análisis de estructura de genomas y en la asignación de los
genes recién descubiertos en otros organismos.
BIOINFORMÁTICA
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| Tecnología de micromatrices de DNA |
El surgimiento de
tecnologías de alto rendimiento (p. ej., rápidas, que manejan grandes volúmenes
y automatizadas) para analizar los seres vivos ha creado una vasta cantidad de
datos sobre secuencias de ácidos nucleicos y de polipéptidos. La información, que
se recolecta de proyectos de secuenciación de genomas y de proteomas y de
análisis de micromatrices de
procesos celulares como la transcripción, se coloca en bases de datos que están
disponibles para la comunidad científica. ¿Cómo analizan los científicos esos
enormes volúmenes de datos no procesados? Como resultado de los avances
tecnológicos en ciencias de la computación, matemática aplicada y estadística,
la bioinformática ha dotado a los científicos de una poderosa herramienta de
investigación. El uso de algoritmos de cómputo ha hecho factible resolver una
amplia variedad de problemas antes inabordables, como lo ilustran los
siguientes ejemplos.
1) Es muy posible
localizar los genes mediante un proceso llamado inspección de secuencias. Los
programas de predicción génica utilizan varias claves para localizar secuencias
que potencialmente podrían codificar polipéptidos, llamadas
marcos de lectura abiertos (ORF). Los ORF son secuencias extendidas de DNA que
potencialmente podrían codificar un polipéptido. Comienzan con la secuencia de
tres bases AUG, llamada codón de iniciación, y terminan con un codón de
terminación de UAA, UAG o UGA. El rastreo de ORF eucariotas es complicado por
la presencia de intrones, algunos de los cuales son más largos que los exones
codificadores de dominios polipeptídicos.
2) El alineamiento de
secuencias de DNA permite a los investigadores explorar los genomas de cientos
de organismos en busca de semejanzas entre secuencias de genes o secuencias
reguladoras y ha dado invaluables conocimientos sobre las relaciones que hay
entre los organismos vivos y los mecanismos usados para sustentar los procesos
vitales.
3) Un método llamado modelación de homología ha
facilitado la predicción de estructuras de proteínas. Una vez que se descubre
un nuevo gen codificador de proteína, se emplea el análisis bioinformático para
buscar entre moléculas homólogas o casi homólogas cuya estructura ya se conoce.
4) El análisis
bioinformático de la enorme cantidad de datos derivados de micromatrices
proteicas y de datos de proteoma celular derivados de MS aporta un medio
invaluable para analizar patrones de síntesis de proteínas celulares. Por
ejemplo, este tipo de análisis de datos permite a los científicos médicos
comparar cómo se alteran las proteínas normales en estados patológicos.
5) En el campo de la
biología evolutiva se han utilizado programas de bioinformática para rastrear
los linajes de organismos con base en sucesos raros como duplicaciones génicas
y transferencia lateral de genes (transferencia de genes entre especies).
6) El análisis de la
expresión génica de alto rendimiento, se usa en la actualidad para identificar
los genes implicados en trastornos médicos (p. ej., para comparar los productos
de transcripción de células normales y cancerosas).
7)
Los biólogos de sistemas utilizan modelación matemática compleja combinada con
una fuente siempre creciente de datos biológicos; ello promete mejorar en grado
sustancial la comprensión de los sistemas operativos biológicos.
ANTECEDENTES
Genómica en Colombia
"Se estima que durante este año podrían
surgir más de 8.700 casos nuevos de cáncer gástrico en Colombia. También se
estima que 6.630 personas morirán a causa de este tipo de cáncer durante este
mismo año. El riesgo de una persona de contraer cáncer del estómago en el
transcurso de su vida en Colombia es de alrededor de 1 en 50."
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Genómica en México
Así, el proyecto HapMap, al igual que otros
avances en la investigación genómica, prepara al mundo para un nuevo concepto
de medicina, del que México no quiere quedar excluido, pues en nuestro país
existen las condiciones para sumarse a estos adelantos. En julio de 2004 se
hizo oficial la creación del Instituto Nacional de Medicina Genómica (INMEGEN),
con el objetivo de servir como referente y enlace nacional para el avance de
las aplicaciones médicas del genoma humano, principalmente mediante el desarrollo
de investigación....
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ARTÍCULOS CIENTÍFICOS RELACIONADOS.
RELACIONES GENOMICAS ENTRE LAS ESPECIES DIPLOIDES DE FLORES
BLANCO-AZULADAS DE TURNERA (SERIE CANALIGERAE)
Mas sobre el articulo aquí
RELACIONES GENÓMICAS ENTRE DOS ESPECIES
HEXAPLOIDES DE TURNERA, T. ORIENTALIS Y T. VELUTINA, Y UNA DIPLOIDE, T.
GRANDIFLORA (TURNERACEAE, SERIE TURNERA)
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CONCLUSIONES
Podemos concluir que
la genómica se considera ciencia nueva pero podemos observar en este blog que
no es así e incluso muchos países la implementan desde algunos años y existen
muchos estudios sobre este gran tema ya que es un conjunto de ciencias y
técnicas dedicadas a su estudio.
REFERENCIAS
http://www.news-medical.net/life-sciences/What-is-Molecular-Biology-(Spanish).aspxhttps://www.ecured.cu/Inform%C3%A1ticahttp://conceptodefinicion.de/bioquimica/Bioquímica, las bases moleculares de la vida de Trudy
Mckee y James R. Mackee, 5° edición.
https://www.youtube.com/watch?v=nidEXEUO7oM
http://medmol.es/glosario/10/
https://www.ecured.cu/Thermus_aquaticus
https://es.wikipedia.org/wiki/Polimerasa_Taqhttp://www.scientificpsychic.com/fitness/aminoacidos1.htmlhttps://www.cancer.gov/espanol/publicaciones/diccionario?cdrid=681127https://scholar.google.es/scholar?lr=lang_es&q=genomica&hl=es&as_sdt=0,5
ULTIMA ACTUALIZACIÓN 26/11/2016
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