L’enginyeria genètica és el procés tecnològic que permet modificar la informació genètica d’un ésser viu. Com a resultat d’aquest procés, s’obté un organisme modificat genèticament (OMG). A continuació s’enumeren les principals eines i tècniques que s’utilitzen als laboratoris de biotecnologia.
Eines de l’enginyeria genètica
Tècniques d’enginyeria genètica
Eines de l’enginyeria genètica
Polimerases
Les polimerases són enzims que sintetitzen cadenes de nucleòtids a partir d’una cadena motlle. La síntesi es realitza per complementarietat de bases nitrogenades; adenina amb timina (uracil en el cas de l’ARN) i guanina amb citosina. Segons el tipus d’àcid nucleic que sintetitzen, es classifiquen en:
ADN polimerases
Sintetitzen ADN a partir d’una cadena motlle d’ADN i són essencials durant la replicació de l’ADN. Un tipus especial d’ADN polimerasa és la transcriptasa inversa, present als retrovirus, que sintetitza ADN a partir d’una molècula d’ARN.
ARN polimerases
Sintetitzen ARN a partir d’una cadena motlle d’ADN. Són de gran importància perquè participen en la transcripció d’ADN a ARNm.
Enzims de restricció
Els enzims de restricció són proteïnes que tallen l’ADN per llocs específics. L’enzim de restricció reconeix una seqüència concreta (normalment d’uns 4 a 6 nucleòtids), s’uneix a l’ADN i el talla.
Els enzims de restricció són un dels mecanismes de defensa que tenen els bacteris per evitar l’entrada d’ADN forà.
ADN ligases
Són enzims que uneixen fragments d’ADN donant-los continuïtat. Tenen un paper important durant la replicació i en la reparació d’ADN danyat, i són àmpliament utilitzats als laboratoris de biotecnologia per produir ADN recombinant.
Per aprofundir…
A l’enllaç següent trobaràs una animació de com actuen els enzims de restricció i l’ADN ligasa.
Tècniques d’enginyeria genètica
PCR (reacció en cadena de la polimerasa)
PCR és l’acrònim de reacció en cadena de la polimerasa. És una tècnica molt utilitzada en enginyeria genètica per obtenir moltes còpies d’un fragment d’ADN en poc temps.
La tècnica es basa en el procés de replicació de l’ADN per acció d’una ADN polimerasa termoestable (Taq polimerasa). La mostra d’ADN se sotmet a cicles consecutius de replicació i s’amplifica exponencialment.
Fases de la PCR
- Augment de la temperatura per separar les dues cadenes de l’ADN. Aquest procés rep el nom de desnaturalització de l’ADN.
- Refredament parcial que permet la unió de l’encebador (cadena curta de nucleòtids) a una seqüència específica de l’ADN.
- Elongació per acció de l’ADN polimerasa que introdueix els nucleòtids complementaris a la cadena motlle.
- El procés es repeteix (normalment uns 30 cicles) per obtenir un gran nombre de còpies del fragment.
Sabies que…
S’han fet anuncis i cançons dedicades a la PCR des d’abans que la Covid posés aquesta tècnica en boca de tothom.
Electroforesi
L’electroforesi és una tècnica utilitzada per separar les partícules d’una mostra en funció de la seva càrrega i pes molecular.
La tècnica consisteix a aplicar un camp elèctric a una mostra problema que està situada en una matriu porosa (gel) banyada per una solució conductora. D’aquesta manera, les molècules carregades negativament -com l’ADN- es desplaçaran al pol positiu (ànode). Aquest desplaçament serà més ràpid com més petites siguin les molècules de la mostra, ja que la resistència que oferirà la matriu porosa serà menor.
L’electroforesi és una tècnica molt útil per conèixer la quantitat i la longitud dels fragments d’ADN que conté una mostra, sobretot si prèviament s’ha fet una digestió utilitzant enzims de restricció.
La il·lustració superior mostra l’exemple d’un fragment d’ADN el qual té dues dianes per a un determinat enzim de restricció. Si a continuació de la digestió enzimàtica es fa una electroforesi, s’obtenen 3 bandes: una per cada fragment d’ADN. Els fragments més curts són els que més es desplacen, ja que poden travessar el porus de la matriu més fàcilment.
Per aprofundir…
Als següents enllaços trobaràs animacions i simulacions que t’ajudaran a comprendre millor com funciona una electroforesi.
Activitats
A1. Observa els resultats de l’electroforesi de la imatge i contesta les qüestions.
- Quina mostra conté la seqüència de nucleòtids més llarga? I la més curta?
- Quina longitud tenen els fragments de la mostra 3?
- Suposant que totes les mostres han estat digerides per un mateix enzim de restricció, quantes dianes per aquest enzim té la mostra 3? I la mostra 4? Raona la resposta.
- Per què les mostres d’ADN es desplacen cap a l’ànode (elèctrode positiu)?
A2. Quantes vegades s’amplifica un fragment d’ADN després de 5 cicles de PCR? I després de 10 cicles? Com és aquest creixement?
A3. Poques setmanes abans del tan anhelat viatge de final de curs, el teu professor arriba a classe amb males notícies: ens han robat els doblers del viatge!
Un sentiment de ràbia i frustració recorre el teu cos. No pots deixar de pensar en tot l’esforç i temps que has dedicat tu, i els teus companys, per fer i vendre cada dimecres en temps de pati aquelles coques, panades i pastissos. O la venda de tiquets per al sorteig d’aquella panera de Nadal i tantes altres coses que vàrem fer. Pensar que tot aquest esforç ha estat en va… no és just!
Per sort no està tot perdut. Hi ha una petita esperança de trobar el culpable del robatori i poder recuperar els doblers del viatge. El lladre, quan sortia de l’escena del crim, es var fer un tall amb el vidre de la finestra. La classe sospita de quatre persones i demana analitzar el seu ADN.
Sospitosa 1
Des de fa molt temps diu que els avions li fan por. Els seus companys sospiten que ha robat els doblers per no ser l’única que es quedi sense viatjar.
Sospitós 2
Sempre té problemes de doblers. Gasta tot els seus estalvis en skins del Fortnite. Ara que ha sortit una nova temporada i una skin «llegendària» els seus companys sospiten que ha robat els doblers per poder comprar-la. A més està ficat en temes d’apostes esportives i criptomonedes.
Sospitosa 3
És la persona que més tiquets ha venut, la que més coques i pastissos ha fet i la que més hores s’ha passat als punts de venda. Considera que els doblers no s’haurien de posar en un fons comú, sinó que cadascun s’hauria de quedar els que ha aconseguit.
Sospitós 4
Ha arribat a classe amb el darrer model d’iPhone. El mòbil que tenia abans funcionava perfectament, motiu pel qual els seus companys sospiten d’ell.
Desenvolupament de l’activitat:
- Talla l’ADN simulant l’acció de l’enzim de restricció HaeIII.
- Situa els fragments on correspongui al gel d’electroforesi.
- Compara les empremtes genètiques per identificar el culpable del robatori.
A4. Dues parelles sospiten d’un intercanvi de nadons. Per assegurar-se que no s’ha produït cap negligència, s’analitzen les empremtes genètiques dels nadons i els possibles pares. Tenint en compte que la meitat dels gens s’hereten de la mare i l’altra meitat del pare; determina a quina parella li correspon cada nadó.
