Dr. Francisco Gonzalo Bolívar Zapata. Investigador Emérito, Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México.

Transcripción

1 Dr. Francisco Gonzalo Bolívar Zapata Investigador Emérito, Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México. Miembro de El Colegio Nacional

2 La Biotecnología es una multidisciplina, sustentada en disciplinas tradicionales, como la bioquímica, la genética, la ingeniería bioquímica que permite estudiar, modificar y utilizar los sistemas biológicos (microbios, plantas y animales). Con la aplicación de la biotecnología se busca hacer un uso responsable y sustentable de la biodiversidad, mediante el desarrollo de tecnología eficaz, limpia y competitiva, para facilitar la solución de problemas importantes en los sectores de la salud, el agropecuario, el industrial y medio ambiente.

3 El ADN: la estructura del material genético doble hélice complementaria es la misma en todos los seres vivos y en lo virus. Esta característica es lo que permite la transferencia horizontal del material genético entre distintos organismos El ADN es una macromolécula formada por la unión de miles de nucleótidos. El genoma humano tiene 3350 millones de pares de nucleótidos en los 24 cromosomas.

4 Gene DNA Cromosomas El gene es un segmento de la molécula de ADN que forman los cromosomas. Cada gene codifica para una proteína.

5 Con el desarrollo de las técnicas de ingeniería genética, la biotecnología alcanza una nueva dimensión. Con estas metodologías es posible aislar genes específicos de un organismo y transferirlo a otro, generándose así los organismos genéticamente modificados (OGM) o transgénicos.

6 Esquema general para la construcción de células y plantas transgénicas

7 Los transgénicos se diseñan y construyen para generar una nueva capacidad en el organismo receptor, la cual reside en el material genético transferido. El objetivo de la construcción de OGM s es el de ayudar a resolver problemas en los diferentes sectores, con la certeza de que estos organismos son seres vivos naturales y por ello, tienen un menor impacto en el medio ambiente, biodiversidad y en la salud humana y animal.

8 Los transgénicos han sido utilizados comercialmente desde hace casi 30 años con el propósito de construir organismos que producen proteínas idénticas a las humanas. La producción de interferón humano

9 Existen en las farmacias, incluyendo las de México, medicamentos de origen transgénico o recombinante como la insulina, interferones y anticoagulantes de la sangre, que se utilizan para contender con varias problemáticas de la salud humana y que se producen comercialmente con microorganismos transgénicos. Sin estos transgénicos no sería posible producir las cantidades requeridas por el mercado, ya que a partir de tejidos y fluidos humanos como la sangre, no se obtienen más que cantidades muy pequeñas. Así, los transgénicos que producen estas proteínas idénticas a las humanas, no pueden ser sustituidos por ninguna otra tecnología. Desde 1982, la utilización de las proteínas recombinantes transgénicas ha contribuido significativamente a mantener y mejorar la salud humana.

10 El uso desde hace muchos años de proteínas recombinantes también ha tenido gran impacto en la elaboración de alimentos, como las enzimas quimosina, en la producción de quesos; amilasas en la producción de jarabe; pectinasas, para la elaboración de jugos; glucosa oxidasas y catalasas para la deshidratación de huevo; lipasas para fabricación de aceites de pescado; glucosa isomerasas, para la producción de jarabes glucosados; glucanasas en la producción de cerveza; entre las más importantes

11 Las plantas transgénicas se cultivan desde 1996, y 15 años después se siguen usando sin que hasta la fecha se hayan reportado efectos nocivos a la salud humana o animal ni a la biodiversidad. Por el contrario, han permitido reducir el uso de pesticidas lo que se ha traducido en un menor impacto en el ambiente, a diferencia de lo que ha sucedido con la aplicación de productos químicos, algunos de los cuales tienen efectos carcinógenos. El maíz y la soya transgénicos se consumen en muchos países y cada vez es mayor el número de hectáreas que se cultivan con plantas transgénicas.

12 Producción de -caroteno en arroz transgénico La introducción de tres diferentes genes heterólogos en arroz se llevó a cabo utilizando el sistema de Agrobacterium. Las enzimas codificadas por los tres genes introducidos transforman el geranil difosfato en b-caroteno y lo acumulan en el endospermo, produciendo el color amarillo del llamado arroz dorado. El -caroteno puede ser transformado en vitamina A por el cuerpo humano y aliviar deficiencias de esta vitamina que causan ceguera. (Cortesía del doctor Ingo Potrikus.)

13 Uso responsable de los OGM s El Comité de Biotecnología de la Academia Mexicana de Ciencias ha editado el libro: Por un uso responsable de los organismos genéticamente modificados en el cual se señalan los argumentos y conocimientos científicos que sustentan el bajo riesgo de los OGM s, por ser organismos construidos con procesos que ocurren cotidianamente en la naturaleza.

14 Ingeniería de vías metabólicas y construcción de organismos modificados con capacidades mejoradas para la producción de compuestos de interés comercial El uso del conocimiento en la genética y fisiología de los organismos ha permitido el diseño y construcción de organismos modificados por ingeniería genética y de vías metabólicas (IVM). La IVM representa una capacidad mas sofisticada para modificar a los seres vivos; permite a través de diferentes estrategias modular la dosis génica de ciertos genes, cancelar los productos de otros y canalizar el flujo de los nutrientes, en especial de carbono hacía la biosíntesis de compuestos como los aromáticos, que tiene gran importancia comercial.

15 Producción microbiana, por biosíntesis de compuestos aromáticos de importancia

16 Metabolismo central de carbono y vía de síntesis de compuestos aromáticos en la bacteria Escherichia coli JM101. Metabolismo central de carbono Piruvato Glucosa PTS Glucosa-6-P Vía de las pentosas fosfato Glucólisis Eritrosa-4-P 50% 2 Fosfoenol piruvato 5% DAHP Shikimato Vía del shikimato Corismato Phe Tyr Piruvato Trp TCA

17 En nuestro grupo de investigación se han desarrollado estrategias para la optimización de cepas bacterianas para canalizar la fuente de carbono hacia la producción de compuestos aromáticos. Entre estas modificaciones están el desarrollo de cepas carentes del sistema PTS y evolucionadas en cultivos en el laboratorio para generar microorganismos que crecen rápido en glucosa.

18 La cepa evolucionada de E. coli PB12, carente del sistema PTS ha sido utilizada en nuestro grupo de trabajo para obtener una cepa sobreproductora del metabolito shikimato como precursor para la síntesis de compuestos antivirales Proceso de síntesis química Shikimato Oseltamivir fosfato Inhibidor de la neuraminidasa tipo I (NI) de virus de influenza estacional A y B, virus de influenza aviar (H5N1) y de virus de influenza humana A/H1N1

19 Se han aislado genes del metabolismo central de carbono (arog fbr, tkta) y de la vía del shikímato (arob, aroe) que se han incorporado en plásmidos para incrementar la dosis de estos genes. También se han interrumpido otros genes (arok, arol, pykf, pyka) canalizar e incrementar el flujo de carbono hacía la síntesis de shikimato.

20 Producción de shikimato en la cepa evolucionada de E. coli PB12.SA22 Condiciones de cultivo Producción (g SHK/L) Rendimiento (mol SHK/mol glc) Lote 0.5 L medio mineral+25 g/l glucosa+ 15g/L * extracto de levadura (YE) Lote 300 L medio mineral+25 g/l glucosa+ 15g/L ** YE Lote alimentado medio mineral g/l glucosa, ** alimentando 500 g YE *Valor más alto reportado (Escalante et al., 2010) ** Zuloaga D. (Grupo OT Ramírez, IBT-UNAM)

21 Mejoramiento de la producción de shikimato en la cepa evolucionada de E. coli PB12 a. Incremento de la capacidad de transporte de glucosa por modificación del promotor de GalP. resultados preliminares: Producción de 13 g SHK/L. b. Incorporación de los genes arog fbr, tkta, arob, aroe, arod, zwf y sin el gen laci en un solo plásmido bajo un promotor fuerte. Resultados preliminares: Producción de 37 g SHK/L c. Combinaciónes de (a) + (b) con condiciones de fermentación lote y lote alimentada optimizadas.

22 La biotecnología y los OGM s usados responsablemente representan una oportunidad y una herramienta muy poderosa para dar valor agregado a los productos de la biodiversidad mexicana, que es una de nuestras mayores riquezas, y para coadyuvar a resolver problemas globales y nacionales extraordinarios a los que nos enfrentamos en este siglo.