Aplicaciones biomédicas de la biotecnología

Resumen: 

La biomedicina tiene un interés prioritario en la investigación en el momento actual gracias al enorme interés social que ha despertado su prometedor papel en la curación de enfermedades. La Biotecnología se puede definir como la aplicación de un enfoque multidisciplinario, tanto científico como tecnológico, a los sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos de valor para la humanidad. Ese carácter interdisciplinario e integrador de conocimientos, procedentes de la ingeniería y de las modernas técnicas de biología molecular, celular y funcional, proporciona, además, un valor añadido desde el punto de vista formativo.

El proyecto consiste en tres charlas y cuatro actividades prácticas más una visita a las instalaciones de pez cebra que acercarán a los/as estudiantes a algunas de las aplicaciones biomédicas de la Biotecnología y que serán impartidas por especialistas en cada una de las materias. Los modelos animales permiten conocer los mecanismos implicados en las enfermedades y el desarrollo de nuevas medicinas que sean más específicas, con menos efectos secundarios e incluso permiten una medicina personalizada. El impacto científico y socio-económico que está teniendo la tecnología CRISPR es extraordinario y son cada vez más quienes postulan que, en un futuro no muy lejano, permitirá prevenir y curar multitud de enfermedades para las cuales todavía no se dispone de tratamiento eficaz. Aspectos tan importantes como las enfermedades infecciosas causadas por hongos, la generación de organismos modificados genéticamente, la visualización del movimiento de las proteínas o la producción de proteínas serán los temas tratados en las actividades prácticas propuestas en las que los/as estudiantes tendrán un papel primordial e interactivo. Trabajarán en cabinas de flujo laminar con líneas celulares, ADN y enzimas, hongos y proteínas recombinantes, utilizarán distintos tipos de microscopios ópticos (de contraste de fase, de fluorescencia, de luz) y realizarán diferentes metodologías como sobreexpresión de proteínas, transfección, cultivo in vitro, electroforesis, purificación de proteínas y observación microscópica.

1ª Sesión: 

Esta primera sesión estará destinada a la recepción y bienvenida de los/as estudiantes. Seguidamente, la Unidad de Cultura Científica de la Universidad de Murcia realizará una presentación de los Campus Científicos de Verano.

A continuación, cada director/a de proyecto expondrá los objetivos, presentará al profesorado implicado en el proyecto y hará un breve resumen de las actividades y de los resultados esperados. En este sentido, los/as estudiantes conocerán los fundamentos teóricos y técnicos del proyecto, a la par que los aspectos sociales sobre su próxima experiencia en los Campus.

Tras un descanso de media hora, los/as estudiantes recibirán una charla sobre las técnicas de tratamiento de la información científica y, posteriormente, se hará una visita guiada por algunas de las instalaciones más emblemáticas del Campus de Espinardo, como por ejemplo, una visita al Servicio de Apoyo a la Investigación y/o al Museo José Loustau, donde se realizaron en su momento clases prácticas y estudios universitarios de carácter científico.

2ª Sesión: 

1. Charla La Biotecnología hoy. Se darán a conocer los estudios del Grado en Biotecnología y las posibles salidas profesionales en la investigación biomédica así como en la industria.

2. Visita guiada a las instalaciones de pez cebra. En ella, se observará cómo se mantiene, se alimenta y se reproduce el pez cebra en un laboratorio de investigación. Se enseñará a distinguir los machos de las hembras, atendiendo a sus caracteres sexuales secundarios, y podrán observar embriones y larvas de diferentes edades y fenotipos con la ayuda de un microscopio estereoscópico.

3. Actividad práctica 1. Procesamiento de ADN como base de la Ingeniería Genética. El procedimiento básico de la construcción de ADN recombinante consiste en extraer ADN de un organismo donante, cortarlo en fragmentos que contengan la secuencia de interés e insertar dicho fragmento en una molécula que se replique autónomamente, por ejemplo, un plásmido bacteriano. Las enzimas de restricción se originan como mecanismo de defensa de las bacterias contra virus bacteriófagos (fagos) que actúan a modo de “tijeras” cortando el ADN del fago para producir su inactivación. Estas enzimas no cortan aleatoriamente sino en secuencias diana específicas. Esta especificidad las hace muy útiles para la manipulación del ADN en el laboratorio. Los/as estudiantes manipularán ADN y enzimas de restricción, elaborarán un gel de agarosa e identificarán los fragmentos de ADN tras los sucesivos cortes con las enzimas.

3ª Sesión: 

Actividad práctica 2. Producción de proteínas recombinantes con aplicaciones biotecnológicas. Los/as estudiantes identificarán la proteína específica purificada del resto de proteínas del lisado celular y analizarán e interpretarán el resultado del proceso de purificación. Además, determinarán el peso molecular de la proteína problema que se ha purificado. Se hará especial hincapié en la importancia del proceso de producción de proteínas con interés biomédico.

Actividad práctica 3. Mecanismos de acción selectiva de los anti-fúngicos. Los/as estudiantes adquirirán un conocimiento básico de las diferencias en la organización estructural de los hongos con respecto al resto de organismos eucariotas y valorarán la importancia de dicho conocimiento para el diseño de herramientas terapéuticas para el tratamiento de enfermedades infecciosas causadas por hongos.

4ª Sesión: 

Asistencia a la charla. El pez cebra como modelo en investigación en biomedicina. Los modelos animales permiten conocer los mecanismos implicados en las enfermedades y el desarrollo de nuevas medicinas que sean más específicas, con menos efectos secundarios e incluso permitan una medicina personalizada.

Actividad práctica 4. Localización de proteínas en vivo. Una nueva tecnología permite a los investigadores seguir con sus propios ojos el movimiento de determinadas proteínas en la célula viva. Esta tecnología emplea un gen aislado de diferentes organismos que codifican para diferentes proteínas que emiten luz fluorescente. Una de ellas es la proteína verde fluorescente (GFP). En esta técnica, el ADN que codifica la GFP se fusiona con el ADN que codifica la proteína a estudiar y el ADN quimérico resultante se introduce en las células mediante transfección, las cuales pueden observarse al microscopio. Una vez dentro de una célula, el ADN quimérico expresa una proteína quimérica que consiste en GFP fusionada con la proteína a estudiar. Los/as estudiantes realizarán subcultivos de la línea celular de ovario de hámster (CHO) y la sobrexpresión de una proteína fluorescente en la misma línea celular.

Asistencia a la charla. Importancia y aplicaciones biomédicas del sistema CRISPR. Las CRISPR constituyen un sistema de inmunidad adquirida único: las bacterias almacenan en las regiones CRISPR información de los virus que las infectan y, posteriormente, la utilizan para reconocerlos y destruirlos.

5ª Sesión: 

Presentación y puesta en común de los resultados de los diferentes proyectos. Los resultados de los proyectos serán expuestos en la última sesión de la semana.

La presentación de resultados se realizará en formato oral, con el objetivo de iniciar a los/as estudiantes en los métodos comunes de comunicación científica (congresos, publicaciones).

La presentación consistirá en la elaboración de un documento (sencillo) con la estructura de artículo científico (introducción, objetivos, material y métodos, resultados y discusión, conclusiones) a modo de presentación (power point, prize, etc.). La presentación recogerá el trabajo experimental realizado en el proyecto durante la semana. Será elaborado conjuntamente por todo el grupo, con el reparto de tareas que se establezca, para ejercitar el trabajo en equipo.

En la sesión oral, cada estudiante del grupo se encargará de exponer una de las actividades realizadas en el proyecto. Cada grupo dispondrá de 10 minutos para su exposición más 2 minutos para posibles preguntas. Los/as estudiantes intervendrán de forma consecutiva al modo de los congresos. Se invitará a todos/as los/as docentes participantes y al resto de profesorado de la Facultad, que podrá hacer preguntas.

Referencias recomendadas: 
  • Biotecnología para principiantes. R. Renneberg. Ed. Reverté, 2008.
  • Biotecnología. Introducción con experimentos modelo. G. Jagnow y W. David. Ed. Acribia, 1991.
  • Biología Celular y Molecular. Conceptos y Experimentos. W. Karp. John Wiley & Sons 5ª edición, 2009. 
  • Genética moderna. Tecnología del DNA recombinante. A.J.F. Griffiths, W.M. Gelbart, J.H. Miller, R.C. Lewontin.  Editorial McGraw-Hill-Interamericana de España, S.A.U., 2000.
  • Brock-Biología de los microorganismos. M.T. Madigan, J. M. Martinko, P.V.Dunlap and D.P. Clark, 12ª Ed.  Pearson Educación (Prentice), Madrid, 2009.
Lugar donde se desarrollará el proyecto: 
Universidad de Murcia
Campus de Espinardo
Espinardo
30100 Murcia Murcia
Campus: 
Departamento: 
Biología Celular e Histología
Provincia: