Biología: una ciencia de la información. Aplicaciones en la Medicina del Futuro

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1 Biología: una ciencia de la información. Aplicaciones en la Medicina del Futuro II Congreso del Futuro Ciencia, Tecnología, Humanidades y Ciudadanía Salón de Honor, Congreso Nacional de Enero 2013 Pablo Valenzuela

2 TODOS LOS SERES VIVOS USAN UN MISMO SISTEMA OPERATIVO PARA ALMACENAR, EXPRESAR Y TRANSFERIR LA INFORMACIÓN GENÉTICA Información Mensaje Efector Disco duro (set de programas) ADN ARNm PROTEINA Secuencia lineal de 4 bases ARN REGULADOR

3 UN SISTEMA OPERATIVO COMUN HACE POSIBLE EL INTERCAMBIO DE INFORMACIÓN ENTRE ORGANISMOS

4 LA BIOLOGIA ES UNA CIENCIA DE LA INFORMACION organismo multicelular célula ADN gen vectores de transferencia virus biológico red computacional computador disco duro programa pendrive / DVD virus informático

5 EL ADN ES MUY ESTABLE Y SE REPLICA CON ALTA FIDELIDAD DEBIDO A SU ESTRUCTURA DE DOS HEBRAS COMPLEMENTARIAS

6 EN LOS ORGANISMOS PLURICELULARES DISTINTOS PROGRAMAS (GENES) SE ACTIVAN EN DISTINTAS CÉLULAS Programa 1 Programa 2 ARNm 1 ARNm 2 Proteína 1 Proteína 2 Programa 3 ARNm 3 Proteína 3 Programa N ARNm N Proteína N Programa R1 Programa R2 Programa R3 ARN reg1 ARN reg2 ARN reg3

7 EN LOS ORGANISMOS PLURICELULARES DISTINTOS PROGRAMAS (GENES) SE ACTIVAN EN DISTINTAS CÉLULAS Programa 1 Programa 2 ARNm 1 ARNm 2 Proteína 1 Proteína 2 Programa 3 ARNm 3 Proteína 3 Programa N ARNm N Proteína N Programa R1 Programa R2 Programa R3 ARN reg1 ARN reg2 ARN reg3

8 EJEMPLO: VACUNA DE HEPATITIS B (Transferencia virus levadura) Virus de la hepatitis B Disco duro de virus de hepatitis B (ADN de letras) Programa de la envoltura viral (ADN de 900 letras) Levaduras Vacuna Levaduras producen partículas vacías de envoltura

9 GRANDES ESPERANZAS PARA LA MEDICINA DEL FUTURO SE BASAN EN NUEVOS DESCUBRIMIENTOS DE PLASTICIDAD CELULAR LOGRADA POR TRANSFERENCIA DE INFORMACION GENETICA

10 LA DIFERENCIACION DE CELULAS EMBRIONARIAS A CELULAS HUMANAS REQUIERE QUE SE APAGUEN AL MENOS 24 PROGRAMAS GENETICOS 24 programas geneticos Embrión Fibroblasto Adulto

11 24 PROGRAMAS GENETICOS QUE SE APAGAN DURANTE LA TRANSICION DE CELULA NO DIFERENCIADA A CELULA DIFERENCIADA Ecat1 Dppa5 Fbxo15 Nanog ERas Dnmt31 Ecat8 Gdf3 Sox15 Dppa2 Fth117 Sal14 Oct ¾ Sox2 Rex1 Utf1 Tcl1 Dppa3 Klf4 β-catenin c-myc Stat3 Grb2 Dppa4 Takahashi & Yamanaka, Cell 126: 663 (2006)

12 4 PROGRAMAS GENETICOS DAN ORIGEN A CELULAS TRONCALES A PARTIR DE CELULAS DIFERENCIADAS fibroblasto 4 programas genéticos Células somáticas diferenciadas Células troncales (madres) pluripotentes (IPS) Takahashi & Yamanaka, Cell 126: 663 (2006)

13 MEDICINA REGENERATIVA: GRANDES POSIBILIDADES fibroblasto 4 programas genéticos

14 RECIENTES RESULTADOS DEMUESTRAN LA REPROGRAMACION DE FIBROBLASTOS HUMANO EN CELULAS CARDIACAS FUNCIONALES Células de piel Genes de 3 factores (nueva información genética) Células cardíacas

15 RECIENTES RESULTADOS DEMUESTRAN LA REPROGRAMACION DE FIBROBLASTOS HUMANO EN NEURONAS FUNCIONALES Células de piel Genes de 4 factores (nueva información genética) Células neuronales

16 MEDICINA REGENERATIVA: AUN MAYORES POSIBILIDADES fibroblasto 4 nuevos programas 3 nuevos programas

17 INFORMACION GENETICA Y CANCER

18 CANCER: UNA ENFERMEDAD DEL DISCO DURO Mutaciones (alteraciones de la información) que activan oncogenes o que inhiben supresores de tumores herencia daños por sustancias cancerígenas luz ultravioleta virus oncogénicos errores en la replicación aumentadas por fallas en el sistema de reparación (copia de 6 x 10 9 letras de ADN en 4 x células en el cuerpo humano)

19 CANCER: UNA ENFERMEDAD DEL DISCO DURO Tratamientos del futuro reparación del daño de programas del disco duro (terapia génica) reemplazo del computador por otro con el disco duro normal (terapia celular con células madres normales) refuerzo del disco duro de células del sistema inmune haciéndola más potente

20 POTENCIACION DE CELULAS DEL SISTEMA INMUNE CONTRA EL CANCER

21 POTENCIACION DE LA ACTIVIDAD ANTI- LEUCEMICA DE LINFOCITOS T GENETICAMENTE MODIFICADOS CON 3 GENES ANTI LEUCEMIA linfocitos T obtenidos del paciente con leucemia terminal 3 programas genéticos linfocitos T transfectados Kalos et al., 2011 Science Transl. Med. Porter et al., 2011 N. Eng. J. Med. sano Reinyectado con linfocitos T transfectados

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23 IMPORTANCIA DE LA INFORMACION EN LA PREVENCION DEL CANCER Prevención DIAGNOSTICO TEMPRANO POR ANALISIS DIRECTO DEL GENOMA Y PREDICCION DEL RIESGO CANCER HOY: SECUENCIA PARCIAL MAÑANA: SECUENCIA TOTAL DEL GENOMA

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30 MUTACIONES (CAMBIOS DE LA INFORMACION) CAUSANTES DE LA FIBROSIS CISTICA

31 LA INVESTIGACION GENOMICA CONTRIBUIRA A MEJORAS DRAMATICAS EN LA SOBREVIVENCIA DE INDIVIDUOS CON ENFERMEDADES GENETICAS: CASO DE LA FIBROSIS CISTICA Edad media de sobrevivencia de pacientes con fibrosis cística

32

33 LAS VACUNAS DEL FUTURO ESTARAN BASADAS EN TRANSFERENCIA DE INFORMACION ENTRE PATOGENO Y ORGANISMO PRODUCTOR

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