BIOTECNOLOGÍA MODERNA: HISTORIA Y PERSPECTIVAS. Venancio Arahana, PhD.

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1 BIOTECNOLOGÍA MODERNA: HISTORIA Y PERSPECTIVAS Venancio Arahana, PhD.

2 BIOTECNOLOGÍA MODERNA Uso de la tecnología del ADN recombinante y otras técnicas para aislar, manipular e insertar genes y genomas, en células con fines predeterminados.

3 EN ESTA PRESENTACIÓN ADN y Flujo de información genética Organismos genéticamente modificados Clonación Ómicas Genómica Transcriptómica Proteómica Algunas Aplicaciones Biología Sintétita Consideraciones éticas

4 Fundamento: ADN

5 C0MPRENSIÓN DE LA MOLÉCULA Chagraff Watson y Crick Rosalind Franklin Maurice Wilkins

6 ADN

7 DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

8 UN GEN = UNA PROTEÍNA

9 FLUJO DE INFORMACIÓN Jacob y Monod 1961 Transcripción Traducción

10 CÓDIGO GENÉTICO 1963 Marshall Niremberg Severo Ochoa

11 CÓMO FUNCIONA UNA PROTEÍNA Ejemplo: Enzima

12 MANIPULACIÓN DEL ADN TRANSFORMACIÓN GENÉTICA

13 ENZIMAS DE RESTRICCIÓN 1961

14 Stanley Cohen Herbert Boyer PLÁSMIDOS, 1973

15 DNA LIGASA, 1967 Gellert, Lehman, Richardson, Hurwitz

16 TECNOLOGÍA DE ADN RECOMBINANTE 1970 S

17 ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS Bacterias Hongos Plantas Animales

18 MICROORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS

19 BACTERIA GENÉTICAMENTE MODIFICADA: EL CASO DE LA INSULINA Producción de insulina en reactores a gran escala Insulina comercial

20 ALGUNOS EJEMPLOS DE MICROORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS Producción de vacunas Vacuna para hepatitis B Producida en levaduras Primera vacuna recombinante comercializada en 1986 Vacuna para papiloma virus humano Protege contra cepas del virus 6, 11, 16, 18 Salió al mercado en 2009

21 PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS A GRAN ESCALA Hormona de crecimiento humano Se produce en E. coli desde 1997 Factor VIII de coagulación Producción en cultivo de células de mamífero: ratón Propiedades idénticas al FVIIII humano

22 ANIMALES GENÉTICAMENTE MODIFICADOS

23 ANIMALES GENÉTICAMENTE MODIFICADOS Tracey Primera oveja transgénica Creada en 1992 en Reino Unido Propiedad: Producción alfa- 1-tripsina Salmón, tilapia y carpa transgénicas Tamaño incrementado mediante hormona de crecimiento

24 Glofish Pez zebra modificado genéticamente Salió al mercado en el 2003 Propiedad: fluorescencia mediante proteína GFP Enviropig Modificados para lograr una mejor asimilación de fósforo en el animal. El excremento tiene cantidades menores de P: manejo de ganado más amigable con el ambiente

25 MOSQUITOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS Malaria: 225 millones de casos/ año Dengue: millones de casos/ año Mosquitos genéticamente modificados con tecnología RIDL: liberación de insectos portadores de un letal dominante

26 PRODUCCIÓN DE HORMONA DE CRECIMIENTO HUMANO EN LECHE BOVINA 2002: Nació en Argentina la primera ternera clonada y genéticamente modificada para producir HCH Cada vaca podría generar 5kg/año de HCH Empresa BioSidus inició proyecto Tambo Farmaceútico para la producción de leche portadora de HCH y otras hormonas y proteínas humanas en el futuro.

27 PLANTAS GENÉTICAMENTE MODIFICADAS

28 PRINCIPALES TÉCNICAS Agrobacterium tumefaciens

29 BIOBALÍSTICA

30 EJEMPLOS DE PLANTAS GENÉTICAMENTE MODIFICADAS Cultivos Bt Maíz, algodón, arroz, berenjena, etc. Cultivos RR Soya, maíz, arroz, canola, alfalfa, rábano, remolacha, algodón, etc.

31 SOYA Cambiar la composición de ácidos grasos en los granos de soya, para producir un aceite con bajo porcentaje de ácidos grasos saturados. Producto desarrollado por Pioneer Producto aprobado para importación y uso en México, Corea, Canadá y Japón

32 PAPA CON ALTO CONTENIDO PROTEICO Papa modificada con el gen AmA1 del amaranto Las papas obtenidas tienen un incremento del 60% en el contenido proteico La proteína AmA1 es recomendada por la WHO por presentar un contenido proteico balanceado y contener 7 aminoácidos esenciales Investigación financiada por el Instituto Nacional de Investigación Molecular de Plantas en India, en el 2010 La investigación está en una fase inicial de desarrollo

33 PLANTAS MODIFICADAS GENÉTICAMENTE CON TOLERANCIA A LA SEQUÍA Tolerancia a la sequía La agricultura es una de las principales responsables de la desertificación. Concepto Producir plantas que puedan crecer en estas zonas. Beneficios Aumentar la producción. Mejorar la utilización del agua: reducir el comsumo de agua. Sostenibilidad ambiental. Ejemplo: Papa Evento desarrollado en 1994 Proyecto financiado por Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology Uso confinado aprobado en Alemania

34 PRODUCTOS CON GENES APILADOS Maíz Bt11xMIR162xMIR604xGA2: SmartStax 8 genes apilados Características adquiridas: Resistencia a lepidópteros Resistencia a glufonisato Resistencia a glifosato Uso de manosa como fuente de carbono

35 ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS Generan nuevos productos: Ejemplo: en el campo médico productos como la insulina En el campo agrícola: Variedades mejoradas: producción, calidad

36 PRODUCTOS REGULADOS Las organismos genéticamente modificadas podrían presentar riesgos potenciales para el ambiente y la salud, por lo cual estos productos tienen que ser analizados adecuadamente y aprobados antes de su uso.

37 PERCEPCIÓN PÚBLICA Durante los últimos años ha existido una gran campaña de desinformación sobre organismos genéticamente modificados, sin fundamentos y extremista. El consumidor requiere de información veraz y equilibrada para poder tomar una decisión de si consumir o no transgénicos. Una debilidad del consumidor en términos generales es su nivel de educación. Se requiere de programas de difusión adecuados. No existe riesgo cero, pero con un análisis adecuado se pueden desarrollar medidas de control y manejo: Bioseguridad

38 CLONACIÓN Ian Wilmut y Keith Campbell 1996

39 OVEJA DOLLY: PRIMER MAMÍFERO CLONADO

40 ESPECIES ANIMALES CLONADAS Desde 1992 se han clonado 19 mamíferos: Ratón Oveja Macaco Cerdo Gaur Vaca Hurón Búfalo Muflón Gato Conejo Mula Venado Caballo Rata Camello Toro de lidia Perro Bucardo

41 CLONACIÓN TERAPEÚTICA

42 ÓMICAS

43 Transcrip -tómica Ómicas Genómica Metabolómica Proteómica

44 GENÓMICA Conocer la secuencia completa de ADN de un organismo y 1975

45 Historia: PROYECTO GENOMA HUMANO El proyecto inició formalmente en 1990 con una predicción de 15 años de duración Países participantes: Estados Unidos, Reino Unido, Francia, Alemania, Japón, China e India. Objetivo: Primer borrador se obtuvo en el 2000 Obtener la secuencia y el mapa genético del genoma humano "universal" Tecnología utilizada: Shotgun Sequencing Datos obtenidos: - El genoma humano se compone aproximadamente por genes - Entre el 1.1 y 1.4% del genoma codifica para proteínas

46 Inicio del proyecto: 2008 En el 2010 culminó la fase piloto e inició la fase de producción que implica la secuenciación de genomas En octubre 2012 se anunció la secuenciación de 1092 genomas Objetivo 1: catalogar las variaciones genéticas humanas y relacionarlas con la respuesta frente a enfermedades Objetivo 2: Conseguir una plataforma amplia de referencia sobre el genoma humano

47 SECUENCIACIÓN DEL GENOMA DEL ARROZ Segundo cultivo de mayor extensión en el mundo (después del maíz) Alimento principal del 50% de la población mundial Secuenciación culminó en el genes Tamaño genoma: 390 MB Primer cultivo seleccionado para secuenciar genoma completo Ecuador: producción aproximada de TM/año

48 Mapa genómico del arroz, se observan los 12 cromosomas. Las regiones cuadradas representan introgresiones de genes de otras especies a lo largo del tiempo

49 PROYECTO 1000 GENOMAS VEGETALES Objetivo: Secuenciar el genoma de 1000 especies vegetales Las especies seleccionadas presentan alguna utilidad potencial: medicina, agricultura, producción de metabolitos secundarios, etc. El proyecto inición el 2008 Continúa en ejecución, se puede acceder a los resultados en la página web del proyecto:

50 PROYECTO 1001 GENOMAS ARABIDOPSIS Objetivo: secuenciad 1001 líneas de Arabidopsis thaliana Proyecto inició en el 2008 Hasta noviembre 2011 se han secuenciado 503 genomas La información del proyecto está disponible en:

51 SECUENCIACIÓN DEL GENOMA DE LA VACA Ganado bovino es el más importante a nivel mundial Existen alrededor de 1.3 billones de vacas en el mundo La secuenciación del genoma tendrá un gran impacto en cría selectiva Secuenciación culminó en el 2009 Tamaño del genoma: 3GB genes 80% de genes compartidos con el ser humano

52 PROYECTO GENOME 10K Objetivo: Establecer un zoológico genético (genoma de especies de animales vertebrados) El proyecto inició en el 2009, desde entonces ya se han secuenciado 120 genomas Página oficial del proyecto: https://genome10k.soe.ucsc.edu/collaborators

53 ES LA SECUENCIA SUFICIENTE? Una vez dilucidada la secuencia, lo importante es conocer el mensaje que transmite y la forma en que es regulada

54 TRANSCRIPTÓMICA Análisis de el perfil total de expresión de genes bajo una condición específica Ejemplo: respuesta a un tipo de estrés o tratamiento

55 PROTEÓMICA Conjunto total de proteínas que se encuentran en una célula en un momento determinado

56 Interacción entre genes+ Mecanismos de regulación del flujo de información Determina el funcionamiento celular y de los organismos Clave para comprender procesos biológicos

57 Farmacogenómica Metagenómica Algunas aplicaciones

58 BIOLOGÍA SINTÉTICA Vida=ADN

59 LA IDEA Unidad de información= GEN Vida= código de 4 letras= ADN

60 PROYECTO INSTITUTO CRAIG VENTER 2005: Inicia el proyecto Creación Vida Sintética 2 grupos trabajo Síntesis ADN Trasplante ADN en organismos huésped

61 IDEA GENERAL DE TRASPLANTE DEL ADN Bacteria huésped: Mycoplasma capricolum Inserción de ADN sintético foráneo Sustitución del cromosoma natural por el cromosoma sintético Bacteria huésped: Mycoplasma capricolum Inicio de la síntesis de proteínas a partir del genoma sintético Multiplicación de células sintéticas

62 Primera Revolución: Agricultura años atrás Segunda Revolución: R. Industrial Principios del siglo XIX Tercera Revolución?? Creación vida sintética 2010

63 FUTURAS APLICACIONES Microorganismos sintéticos para elaboración de vacunas Microorganismos sintéticos para biorremediación Microorganismos sintéticos para producción de biocombustibles

64 Producida en microorganismos sintéticos Y PRINCIPALMENTE

65 CONSIDERACIONES ÉTICAS

66 CONSIDERACIONES ÉTICAS Toda tecnología en desarrollo requiere tener parámetros de bioseguridad que aseguren que la persona a cargo del proyecto, el ambiente inmediato y la comunidad en general no se vean en peligro por el trabajo que se está realizando. ADN es información y el uso de esa información requiere el seguimiento de parámetros éticos. A nivel de seres humanos el uso de la información requiere del consentimiento informado de cada persona y a nivel de información de recursos genéticos se requiere seguir con la legislación pertinente en cada país. Al momento actual el desarrollo tecnológico en este campo debe tener dos grades objetivos: el bienestar humano y el bienestar de los otros seres vivos y del ambiente.

67 GRACIAS

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