La biotecnología: un reto para las sociedades del mundo

Transcripción

1 La biotecnología: un reto para las sociedades del mundo

2 El origen de la BIOTECNOLOGIA La biotecnología es toda actividad dirigida a utilizar o manipular diferentes organismos para obtener productos valiosos y/o necesario para el hombre. El origen de la biotecnología se remite al origen de las civilizaciones humanas, cuando empezaron a seleccionar aquellas semillas, de plantas utilizadas como alimento, que generaran plantas capaces de producir mas semillas y/o de resistir el ataque de patógenos o los periodos de sequía o de congelamiento.

3

4 Es posible regenerar in vitro plantas completas a partir de trocitos de hoja Es posible producir millones de plantas geneticamente idénticas en plazos aproximados de un año. Miles de diferentes especies vegetales se han podido propagar por estos métodos.

5 Diferentes substancias de interés s farmacéutico o industrial son producidas por plantas y se pueden obtener en cultivos in vitro

6 QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture. QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture.

7 Clonación n de un gen heterólogo en bacterias QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture.

8 Transferencia de nuevos genes Cultivo de plantas a partir de una sola célula Diagnóstico Drogas anticancerígenas Cultivo celular Anticuerpos monoclonales Biología Molecular Criminalística Tecnología del ADN Bancos de ADN, ARN y proteínas Mapa completo del genoma humano Ingeniería genética Síntesis de nuevas proteínas Nuevas variedades de plantas y animales Nuevas tipos de alimentos Clonación Producción masiva de proteínas Banco de sustancias químicas humanas Detectores moleculares Terapia génica Detectores específicos de ADN Detección de enfermedades

9 Producción de insulina humana QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture. QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture.

10 QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture. Ratones transgénicos

11 Mejoramiento de cultivos Los beneficios obtenidos por la aplicación de las nuevas prácticas agrícolas, impulsó el mejoramiento y la generación de diferentes tecnologías para la obtención de mejores alimentos. La aplicación de la genética aceleró el mejoramiento de los cultivos al dirigir de una manera más racional la combinación entre plantas con diferentes características deseables para obtener progenie fértil y con los caracteres de interés. El ser humano ha domesticado, aproximadamente, de 100 a 200 de las miles de especies vegetales existentes. De esas, no más de 20 constituyen una buena parte de la dieta de la mayor parte de la población mundial.

12 Agrobacterium transfiere naturalmente algunos de sus genes durante el proceso de infección

13 Las técnicas t de ADN recombinante permiten el aislamiento de genes de diferentes organismos El plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens se modificó para poder introducir genes de diferentes organismos. Los genes de interés han sido insertados entre los dos extremos del T-AND en el plásmido Ti, lo cual es crucial para la transferencia y la integración en el genoma de la planta. T-DNA BORDE IZQUIERDO (LB) Genes de Agrobacterium para producción del tumor BORDE DERECHO (RB) BORDE IZQUIERDO (LB) GEN NUEVO GEN PARA RESISTENCIA A ANTIBIOTICO BORDE DERECHO (RB)

14 EL ADN se puede introducir en las células vegetales por bombardeo con partículas recubiertas de ADN (Biolística)

15 Los métodos m disponibles para la transformación n de plantas han permitido transformar y regenerar varias especies vegetales de interés s económico y alimenticio Cereales Arroz Maíz Trigo Centeno Cebada Semillas aceitosas Lino Canola Soya Girasol Hortalizas Zanahoria Apio Pepino Lechuga Melón Coliflor Camote Tabaco Tomate Papa Petunia Pastos Alfalfa Trébol Pastos Árboles Álamo Manzano Nogal

16 Construcciones que permiten la introducción de genes en el genoma vegetal PROMOTOR BORDE DERECHO GEN NUEVO MARCADOR DE SELECCION (e.g. Resistencia a antibiótico) BORDE IZQUIERDO

17 Transformación n genética de plantas

18 Algunos genes introducidos en maíz PROMOTOR 35S BORDE DERECHO Gen Cry (resistencia a lepidópteros) Gen Bar (resistencia al herbicida BASTA) Gen E4 EPSPS (resistencia a gliofosfato, Roundup TM ) MARCADOR DE SELECCION (e.g. Resistencia a antibiótico) BORDE IZQUIERDO

19 La ingeniería a de genes permite expresar proteínas con características útiles para el análisis experimental REGIONES DE CONTROL BORDE IZQUIERDO (LB) GEN NUEVO GEN de RESISTENCIA A ANTIBIOTICO BORDE DERECHO (RB)

20 Genes de diferentes orígenes pueden ser usados para obtener plantas resistentes a patógenos (virus, bacterias, hongos) Plantas de maíz con un gen que codifica para una proteína con actividad insecticida Tabaco resistente a una infección viral Maíz sensible al ataque de insectos Maíz Bt Transformada No transformada

21 Arroz dorado: Arroz dorado: Una combinación de genes, introducidos en plantas de arroz, las convierten en productoras de semillas que contienen pro-vitamina A

22 Características genéticas con posibilidad de ser modificadas en el futuro Mejoramiento de la resistencia a plagas y a malezas Tolerancia a herbicidas Resistencia a virus Resistencia a bacterias Resistencia a hongos Mejoramiento de propiedades agronómicas Tolerancia a salinidad Tolerancia a sequía Tolerancia a congelamiento Tolerancia a aluminio Mejoramiento de características post-cosecha Retardamiento de la maduración del fruto Retardamiento de la senescencia de flores Tomates más consistentes Papas con alto contenido de almidón Mejoramiento de la calidad nutricional Semillas con alto contenido de metionina y lisina Aminoácidos ricos en azufre en forraje para ganado Producción industrial en plantas Aceites Almidón Plásticos Enzimas Fármacos Biocombustibles Detoxification of contaminated soils

23 Programas establecidos para la secuencia de genomas de diferentes cultivos vegetales MAIZ ALFALFA JITOMATE TIGR Tomato Gene Index ALGODON CAÑA A AZUCAR

24 Genomas secuenciados a la fecha Archeas 22 Bacterias 230 Eucariotes 46 Organelos 731 Plásmidos 231 Viroides 38 Virus 1035 QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture.

25 Ventajas y limitaciones de la biotecnología a moderna Para su mejor desarrollo requiere de combinarse con diferentes disciplinas del conocimiento, tanto meramente científicas como sociales. Es posible introducir únicamente el o los genes de interés sin la necesidad de múltiples intercambios genéticos. Es posible localizar el sitio de inserción del gen o los genes introducidos y, en su caso, detectar su dispersión. Una vez que se ha identificado el gen de interés, el proceso de producción se podría reducir significativamente y, a la larga abaratarse en muchos casos. En algunos casos representa una solución a problemas de contaminación ambiental y problemas de salud generados por tal motivo. Representa una tecnología con potencial a futuro dada la velocidad con la que se está generando conocimiento. La inversión inicial puede llegar a ser costosa, por lo que sin una estrategia específica sólo ciertos grupos sociales pueden ser favorecidos. Sin una reglamentación rigurosa las ventajas se limitarían enormemente. Requiere del conocimiento básico de los procesos biológicos involucrados.

26 La biotecnología a en el mundo QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture.

27 Ventajas y limitaciones de la biotecnología a agrícola moderna Es posible introducir únicamente el o los genes de interés sin la necesidad de múltiples intercambios genéticos. Es posible localizar el sitio de inserción del gen o los genes introducidos y, en su caso, detectar su dispersión. Una vez que se ha identificado el gen de interés, el proceso de mejoramiento se reduciría significativamente (~ 5 años). En algunos casos representa una solución a problemas de contaminación ambiental (e.g. Inseticidas) y problemas de salud generados por tal motivo. Representa una tecnología con potencial a futuro dada la velocidad con la que se está generando conocimiento. Se espera que el efecto y estabilidad del transgen dependa del contexto genético y de las condiciones ambientales. Dada la posibilidad de flujo génico entre especies relacionadas, es necesario restringir las zonas de cultivo, sobre todo si la región de cultivo es un centro de origen y diversidad de la especie en cuestión. Aún existe una falta de conocimiento en muchos procesos relacionados a características agronómicas de interés, lo cual limita el uso de los genes apropiados, sobre todo en el caso de características multigénicas (e.g. resistencia a sequía, salinidad, temperaturas extremas, resistencia a algunos patógenos, maduración del fruto, etc.).

28 Algunas preocupaciones Las secuencias como el promotor 35S, que hasta ahora se encuentran en todas las líneas transgénicas comerciales, serán benéficas para las razas criollas? Qué problemas podría causar la presencia de este tipo de secuencias en futuros planes de mejoramiento con estos acervos criollos? Hay inestabilidad de expresión de los genes modificados en el maíz transgénico que depende del contexto genómico y de las condiciones ambientales?

29 Corolario... A pesar del potencial a futuro de la biotecnología vegetal moderna, no necesariamente resolverá los problemas del hambre en el mundo. Los sistemas agrícolas actuales podrían ser capaces producir alimentos suficientes. Las razones de la persitencia del hambre en el mundo tienen otro origen. La biotecnología agrícola se debe considerar como una tecnología alternativa, con potencial para resolver algunos problemas que podrian ser limitantes para otras, que con los incentivos y reglamentaciones apropiadas, y en combinación con las prácticas agrícolas tradicionales contribuiría a el establecimiento de sistemas agrícolas más eficientes y sustentables. Como cualquier otra tecnología, ésta representa riesgos. Una atención especial merecen aquellos aspectos relacionados con la contaminación genética, la cual presenta algunos aspectos diferentes a los generados por las prácticas agrícolas tradicionales. Se requiere de programas de mejoramiento agrícola bien establecidos y priorizados, que permitan una aplicación balanceada de las nuevas tecnología (para usarla sólo en las situaciones o regiones donde sea indispensable). El apoyo al desarrollo científico en los aspectos relacionados es imperativo.