INFORME: SIMULACIÓN MOLECULAR DE ADN USANDO EL SOFTWARE SNAP GENE

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL INFORME: SIMULACIÓN MOLECULAR DE ADN USANDO EL SOFTWARE SNAP GENE Integrantes: Arévalo Navarro, Stefani Brilly Luna Merma, Mayra Alexandra Docente: Dr. Hebert Hernán Soto Gonzales Ilo, Moquegua, Perú 2022

2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental INFORME: SIMULACIÓN MOLECULAR DE ADN USANDO EL SOFTWARE SNAP GENE Biotecnología Asesor: Dr. Hebert Hernán Soto Gonzales Responsables: Arevalo Navarro, Stefani Brilly Luna Merma, Mayra Alexandra VII Ciclo Ilo, Moquegua, Perú 2022 BIOTECNOLOGÍA 2

3. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL INTRODUCCIÓN En la actualidad la historia de la Biotecnología ha ido evolucionando, hace siglos atrás descubrimos las enzimas y como poder verlas con ayuda del microscopio, sin embargo, en nuestra época desarrollamos instrumentos más motorizados, con más exactitud, mejor imagen y diagnóstico, lo que nos ayuda a tener una investigación a más a detalle sobre el ADN. Al investigar sobre el ADN durante el año de 1869 el biólogo suizo Johann Friedrich Miescher, utilizó alcohol caliente y luego una pepsina enzimática, la cual separa la membrana celular y el citoplasma de la célula, lo que se quería lograr era aislar el núcleo de la célula. Este proceso se llevó a cabo con los núcleos de las células obtenidas del pus de vendajes quirúrgicos desechados y del esperma de salmón, sometiéndose a estos materiales y a una fuerza centrífuga para aislar a los núcleos y luego realizó un análisis químico a los núcleos. Continuando con ello hoy en día ya se investigó sobre ADN reconocidos en la que estas investigaciones para el desarrollo de nuevas están guardadas en un banco en la que nosotros podemos tener acceso. Existen programas como el SnapGene que ayudan a simular estos procesos, para poder conocer anticipadamente los resultados de la manipulación que se realice. El SnapGene proporciona una forma sencilla y segura de planificar, visualizar y Documentar los procedimientos diarios de biología molecular. En el presente informe realizaremos una simulación de agregar enzimas dentro del plásmido pgem t-easy, usando el software SnapGene para así poder adquirir conocimientos del proceso. BIOTECNOLOGÍA 3

4. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 1.OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL ●Realizar una simulación de agregar enzimas dentro del plásmido pgem t-easy utilizando el programa de SnapGene con los datos dados en la clase. 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ●Aplicar los conceptos básicos sobre la secuenciación de ADN, así como el uso de los programas de simulación, en apoyo a plataformas de datos como el NCBI ●Reconocer la interfaz del software SnapGene y sus funcionalidades básicas. 2.MARCO TEÓRICO 2.1.SNAPGENE: GSL Biotech SnapGene es un programa de biología molecular utilizado para documentar secuencias de ADN. Es similar a SnapGene Viewer, que es gratuito, pero no ofrece las mismas funciones avanzadas que SnapGene. Ambos programas están disponibles para Windows, macOS y Linux. SnapGene proporciona herramientas que le permiten planificar, visualizar y documentar todos sus procedimientos de biología molecular. La herramienta de clonación In-Fusion del programa simula fusiones de genes de sus fragmentos de ADN seleccionados. Mientras trabaja, SnapGene resalta los sitios de restricción del ADN, marcando automáticamente los sitios bloqueados por metilación, y le permite elegir o definir conjuntos de enzimas personalizados. BIOTECNOLOGÍA 4

5. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL SnapGene puede importar y exportar una variedad de formatos de archivos de secuenciación de ADN comunes, como ApE, Gene Construction Kit, GenBank, DNASTAR Lasergene y MacVector. La aplicación le permite explorar grandes secuencias de ADN y navegar rápidamente por los cromosomas con la ayuda de controles inteligentes de búsqueda y zoom. Mientras realiza todas estas funciones, SnapGene registra automáticamente cada paso de su proyecto de clonación, cada vez que edita una secuencia o realiza una simulación, el procedimiento se registra en un historial gráfico. SnapGene es una aplicación impresionante para manejar los procedimientos de biología molecular. Proporciona una serie de útiles herramientas de análisis de secuencias de ADN y soporta una variedad de formatos de archivo comunes. GSL Biotech SnapGene es un gran recurso de laboratorio que le ayudará en su visualización y análisis de secuencias de ADN. 2.2.FUNCIONALIDADES DEL SNAPGENE: ●Compatibilidad con formatos de archivo de secuencia de ADN comunes, como GenBank y ApE ●La herramienta de clonación In-Fusion crea fusiones genéticas integradas ●Gibson Assembly inserta fragmentos en un plásmido sin el uso de enzimas de restricción ●La documentación automática registra todos los pasos en su proyecto de clonación 2.3.ENZIMA: Una enzima es un catalizador biológico. Es una proteína que acelera la velocidad de una reacción química específica en la célula. La enzima no se destruye durante la reacción y se utiliza una y otra vez. Una célula contiene miles de diferentes tipos de moléculas de enzimas específicas para cada reacción química particular. BIOTECNOLOGÍA 5

6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 2.4.Plásmido: Un plásmido es una molécula pequeña de ADN circular que se encuentra en las bacterias y algunos otros organismos microscópicos. Los plásmidos están separados físicamente del ADN cromosómico y se replican de manera independiente. Habitualmente tienen un número reducido de genes (cabe señalar, algunos asociados a la resistencia a los antibióticos), y se pueden transmitir de una célula a otra. Los científicos utilizan métodos de ADN recombinante para insertar en un plásmido genes que desean estudiar. Cuando el plásmido se copia a sí mismo, también hace copias del gen insertado. BIOTECNOLOGÍA 6

7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 2.5.Centro Nacional para la Investigación Biotecnológica (NCBI) El NCBI se encarga de la creación de sistemas automatizados para almacenar y analizar conocimientos sobre biología molecular, bioquímica y genética así también como facilitar el uso de dichas bases de datos y software por parte de la comunidad médica y de investigación; coordinar esfuerzos para recopilar información biotecnológica tanto a nivel nacional como internacional; y realizar investigaciones sobre métodos avanzados de procesamiento de información por computadora para analizar la estructura y función de moléculas biológicamente importantes. 2.6.ADN: El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es el material que contiene la información hereditaria en los humanos y casi todos los demás organismos. Casi todas las células del cuerpo de una persona tienen el mismo ADN. La mayor parte del ADN se encuentra en el núcleo celular (o ADN nuclear), pero también se puede encontrar una pequeña cantidad de ADN en las mitocondrias (ADN mitocondrial o ADNmt). Las mitocondrias son estructuras dentro de las células que convierten la energía de los alimentos para que las células la puedan utilizar. La información en el ADN se almacena como un código compuesto por cuatro bases químicas, adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). El ADN humano consta de unos 3 mil millones de bases, y más del 99 por ciento de esas bases son iguales en todas las personas. El orden o secuencia de estas bases determina la información disponible para construir y mantener un organismo, similar a la forma en que las letras del alfabeto aparecen en un cierto orden para formar palabras y oraciones. Las bases de ADN se emparejan entre sí, adenina (A) con timina (T) y citosina (C) con guanina (G); para formar unidades llamadas pares de bases. BIOTECNOLOGÍA 7

8. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL Cada base también está unida a una molécula de azúcar y una molécula de fosfato. Juntos (una base, un azúcar y un fosfato) se llaman nucleótidos. Los nucleótidos están dispuestos en dos hebras largas que forman una espiral llamada doble hélice. La estructura de la doble hélice es algo parecido a una escalera, los pares de bases forman los peldaños de la escalera y las moléculas de azúcar y fosfato son sus pasamanos. Una propiedad importante del ADN es que puede replicarse o hacer copias de sí mismo. Cada hebra de ADN en la doble hélice puede servir como patrón para duplicar la secuencia de bases. Esto es fundamental cuando las células se dividen, porque cada nueva célula necesita tener una copia exacta del ADN presente en la célula antigua. 2.7.Secuenciación del ADN: La secuenciación de ADN es el proceso que determina la secuencia de bases de los nucleótidos (As, Ts, Cs y Gs) de un fragmento de ADN. Hoy en día, con el equipo y los materiales adecuados, secuenciar un fragmento pequeño de ADN es relativamente sencillo. Secuenciar un genoma completo (todo el ADN de un organismo) sigue siendo una tarea compleja. El proceso requiere romper el ADN del genoma en muchos pedazos más pequeños, secuenciar dichos pedazos y ensamblar las secuencias en una única y larga "secuencia consenso". Sin embargo, gracias a nuevos métodos que se han desarrollado en las últimas dos décadas, BIOTECNOLOGÍA 8

9. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL ahora secuenciar un genoma es mucho más rápido y menos costoso de lo que resultó en el Proyecto Genoma Humano. 3.MATERIALES Y MÉTODOS 3.1.MATERIALES - Laptop - Página NIH (National Institutes of Health) - Internet - Programa SnapGene BIOTECNOLOGÍA 9

10. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 3.2.MÉTODOS -Ingresamos a la página NIH (National Institutes of Health) en la cual buscaremos y seleccionaremos 10 secuencias al azar con el código 16 S , clicamos en la secuencia de interés y la exportamos en formato FASTA y finalmente la almacenamos en una carpeta -Como observamos tenemos una carpeta con todos nuestras secuencias , numeradas del 1 al 10, las cuales todas pertenecientes al 16S , en el formato FASTA BIOTECNOLOGÍA 10

11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL -Nos dirigimos al programa principal , el SnapGene y abrimos una por una nuestras secuencias clicando en “open” “open files..” -Seleccionamos nuestra primera secuencia y se nos abre una ventana la cual podemos observar en la siguiente imagen BIOTECNOLOGÍA 11

12. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL -En esta instancia nos dirigimos a la barra superior donde nos dirigimos a la apartado“ Tools” y seleccionamos la opción “ Simulate AgaroseGel” - y así sucesivamente con todas las secuencias, una vez juntemos todas las secuencias nos aparecerá la ventana de la opción de simulación de gel de agarosa. BIOTECNOLOGÍA 12

13. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL -Luego de este paso, utilizamos enzimas de digestión para cada secuencia , también de manera al azar -En la primera secuencia se utilizó la enzima “ErhI” -En la segunda secuencia se utilizó la enzima “SspI” BIOTECNOLOGÍA 13

14. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL -En la tercera secuencia se utilizó la enzima “Lsp1109I” -En la cuarta secuencia se utilizó “PhoI” BIOTECNOLOGÍA 14

15. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL -Y así sucesivamente BIOTECNOLOGÍA 15

16. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL -Y finalmente tenemos el cuadro con las secuencias y las enzimas de digestión BIOTECNOLOGÍA 16

17. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL -Finalmente obtenemos la secuencia completa y creamos un nuevo DNA, y obtenemos el siguiente gráfico BIOTECNOLOGÍA 17

18. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL BIOTECNOLOGÍA 18

19. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL ANEXO CUESTIONARIO 1.¿Cuál es el gen de resistencia que tiene el plásmido? Los plásmidos a menudo contienen genes o paquetes de genes que le confieren una ventaja selectiva lo cual les da la habilidad de hacer a la bacteria, resistente a los antibióticos. Cada plásmido contiene al menos una secuencia de ADN que sirve como un origen de replicación u ORI (un punto inicial para la replicación del ADN), lo cual habilita al ADN para ser duplicado independientemente del ADN cromosomal. Los plásmidos de la mayoría de las bacterias son circulares, pero también se conocen algunos lineales, los cuales reensamblan superficialmente los cromosomas de la mayoría de eucariotes. BIOTECNOLOGÍA 19

20. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 2.¿Cuál es el tamaño del plásmido? Los plásmidos (también llamados plasmidios) son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico. Están presentes normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como las levaduras. Su tamaño varía desde 1 a 250 kb. El número de plásmidos puede variar, dependiendo de su tipo, desde una sola copia hasta algunos cientos por célula. El término plásmido fue presentado por primera vez por el biologo molecular norteamericano Joshua Lederberg en 1952.[1] Las moléculas de ADN plásmidico, adoptan una conformación tipo doble hélice al igual que el ADN de los cromosomas, aunque, por definición, se encuentran fuera de los mismos. Se han encontrado plásmidos en casi todas las bacterias. A diferencia del ADN cromosomal, los plásmidos no tienen proteínas asociadas. En la mayoría de los casos se considera genético dispensable. Sin embargo, posee información genética importante para las bacterias. Por ejemplo, los genes que codifican para las proteínas que las hacen resistentes a los antibióticos están, frecuentemente, en los plásmidos. Hay algunos plásmidos integrativos, vale decir tienen la capacidad de insertarse en el cromosoma bacteriano. Digamos que rompe el cromosoma y se sitúa en medio, con lo cual, automáticamente la maquinaria celular también reproduce el plásmido. Cuando ese plásmido se ha insertado se les da el nombre de episoma. BIOTECNOLOGÍA 20

21. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 3.¿Dónde puedo clonar un gen, en qué región¿ La clonación de ADN es el proceso de hacer múltiples copias idénticas de un fragmento particular de ADN. En un procedimiento típico de clonación de ADN, el gen u otro fragmento de ADN de interés (tal vez el gen de una proteína humana médicamente importante) se inserta primero en un fragmento circular de ADN llamado plásmido. La inserción se realiza con enzimas que "cortan y pegan" ADN y se obtiene una molécula de ADN recombinante, ADN ensamblado de fragmentos provenientes de múltiples fuentes. Se introduce el plásmido recombinante en bacterias. Se seleccionan las bacterias que contienen el plásmido y se cultivan. Al reproducirse, estas replican el plásmido y lo pasan a su descendencia, y de esta forma hacen copias del ADN que contienen. BIOTECNOLOGÍA 21

22. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL BIBLIOGRAFÍA •Enzima. (2022). medlineplus. https://medlineplus.gov/spanish/ency/article/002353.htm •Hall JE, Hall ME. Genetic control of protein synthesis, cell function, and cell reproduction. In: Hall JE, Hall ME, eds. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. 14th ed. Philadelphia, PA: Elsevier; 2021:chap 3. •Plásmido | NHGRI. (2022, 16 junio). Genome.gov. https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Plasmido •Resumen: clonación de ADN (artículo). (2019). Khan Academy. https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and regulation/biotechnology/a/overview-dna-cloning BIOTECNOLOGÍA 22