CONTENIDO CAPITULO I BIOTECNOLOGÍA 1.1. Definición... 1.2. La biotecnología como una actividad multidisciplinaria... 1.3. Participación de los biotecnólogos en las actividades de producción... 1.3.1. Fermentación... 1.3.2. Biocatálisis... 1.3.3. Sistemas hidropónicos... 1.3.4. Cultivo de tejidos vegetales... 1.3.5. Cultivo de células animales... 1.3.6. Combustibles... 1.3.7. Tratamiento y utilización de productos residuales... 1.3.8. Ingeniería de procesos... 1.3.9. Biología molecular e ingeniería genética... 1.3.10. Bioinformática... 1.4. La biotecnología en el contexto internacional... 1.5. Principales aplicaciones de la biotecnología... 1.5.1. En la agricultura... 1.5.2. Sector pecuario... 1.5.3. Sector Salud e industria farmacéutica... 1.5.4. Sector química y energética... 1.5.5. Conservación del medio ambiente... 1.6. Panorama de la Biotecnología y desarrollo sostenible en países en vías de desarrollo... 1.6.1. La seguridad alimentaria en los países en vías de desarrollo y el reto de la biotecnología... 1.6.2. Las plantas transgénicas y seguridad alimentaria en América Latina... 1.6.3. La necesidad de proteger la biodiversidad y las relaciones internacionales... 1.7. Biotecnología vegetal... 1.7.1. Una visión general sobre la biotecnología de plantas... 1.7.2. La biotecnología y la agricultura... 1.7.3. La revolución verde y la biotecnología en el mejoramiento de plantas. 1.7.4. La biotecnología vegetal y el crecimiento de la población... 15 16 17 18 18 19 20 21 22 23 24 25 25 26 29 29 30 31 32 33 35 36 39 40 44 45 45 47 48
CAPITULO II CULTIVO DE TEJIDOS VEGETALES 2.1. Antecedentes... 2.2. Definición y aplicaciones... 2.3. Fundamentos... 2.4. El entorno del cultivo... 2.5. Factores químicos... 2.5.1. Medios de cultivo... a. Vitaminas... b. Aminoácidos... c. Otros componentes del medio... d. Uso de insumos alternativos... 2.6. Reguladores de crecimiento... 2.6.1. Antecedentes... 2.6.2. Definición... 2.6.3. Descripción y clasificación... 2.6.4. Auxinas... Efectos... 2.6.5. Citoquininas... Efectos... 2.6.6. Giberelinas... Efectos... 2.7. El ph... 2.8. Las operaciones básicas del cultivo in vitro... 2.8.1. Preparación de medios de cultivo... 2.8.2. La esterilización de materiales y medios de cultivo... El autoclave... 2.8.3. Desinfección del material vegetal... 2.8.4. El explante... 2.9. Factores físicos... 2.9.1. La temperatura... 2.9.2. Cuartos de conservación... Control de la temperatura... 2.9.3. Luz... a. Control de la iluminación... 55 55 56 57 57 57 59 59 59 60 60 61 61 62 62 64 65 66 66 69 70 70 72 72 73 75 76 76 77 78 78 79 80 80 80 81
b. Control del fotoperíodo... 2.9.4. La asepsia... 2.9.5. Atmósfera gaseosa... 2.10. Micropropagación... 2.10.1. Preparación o elección de la planta madre... 2.10.2. Establecimiento del cultivo in vitro... 2.10.3. Multiplicación de los brotes... 2.10.4. Enraizamiento... 2.10.5. Aclimatación... 2.11. Tipos de cultivos in vitro... 2.11.1. Regeneración... a. Regeneración directa... b. Regeneración indirecta... 2.11.2. Organogénesis... 2.11.3. Variación somaclonal... Ventajas de la variación somaclonal... 2.11.4. Embriogénesis somática... a. La embriogénesis somática directa... b. La embriogénesis somática indirecta... c. Ventajas y desventajas de la embriogénesis somática... 2.11.5. Cultivo de óvulos vegetales y fertilización in vitro... 2.11.6. Cultivo de anteras... 2.11.7. Cultivo de protoplastos... a. Definición y antecedentes... b. Importancia de los protoplastos... c. Obtención y actividad de las enzimas... d. Fases del protocolo en trabajos con protoplastos... e. Cultivo de protoplastos... f. Fusión de protoplastos... g. Las investigaciones de protoplastos en la actualidad... 2.11.8. Cultivo de meristemos... a. Antecedentes... b. Estudios en meristemos... c. Cultivo in vitro de los meristemos... d. Medio y condiciones de cultivo... e. Aplicaciones de cultivo de meristemos... 82 82 83 83 85 86 87 88 89 90 90 92 92 94 94 95 96 98 100 100 101 101 102 103 104 106 106 107 107 107 109 109 110 110 112 114 116 118 121
f. Saneamiento de cítricos una perspectiva de desarrollo en el Perú... 2.12. Semillas artificiales... 2.13. Semillas y germinación in vitro... 2.14. Vitrificación de plantas cultivadas in vitro... 2.15. Revigorización de plantas cultivadas in vitro... 2.16. Hairy roots y cultivo de raíces... 2.17. Cultivo en biorreactores... 2.18. Cultivo de tejidos en frutales y forestales... 2.18.1. Limitaciones en cultivos in vitro... a. Estado fisiológico del explante.... b. Medio de cultivo... c. Contaminantes... d. Oxidación de los explantes... e. Enraizamiento y endurecimiento de las plántulas... f. Transferencia al campo... 2.19. Producción en sistema de inmersión temporal... 2.20. Conservación de Germoplasma... 2.20.1. Conservación in situ... 2.20.2. Conservación ex situ... 2.20.3. Crioconservación... 2.21. Centros Internacionales de Investigación... CAPITULO III INGENIERIA GENETICA 124 126 127 127 128 129 129 130 132 133 132 133 135 136 138 139 142 142 143 143 144 144 3.1. Introducción... 3.2. Importancia de los ácidos nucleicos en Ingeniería Genética... 3.3. Principales componentes del sistema de clonamiento molecular... 3.3.1. Enzimas que se utilizan en Ingeniería Genética... a. Endonucleasas de restricción... b. Ligasas... c. Transcriptasa reversa... d. ADN polimerasa... e. Nucleasa SI... 3.3.2. Vectores o vehículos moleculares... a. Los plásmidos... b. Bacteriófagos... 149 152 153 153 154 155 155 155 156 156 157 158
c. Los cósmidos... d. Vectores de última generación... 3.3.3. Fuente de los genes de interés... 1. Genotecas genómicas... a). Genotecas de ADN genómico... b). Genotecas de ADNc... 2. Aislamiento del gen de interés de una genoteca... 3. Secuenciamiento del gen de interés... Método de Sanger... 3.3.4. Sistemas huésped del ADN recombinante... 3.4. INGENIERIA GENETICA DE PLANTAS... 3.4.1. Herramientas de la ingeniería genética de plantas... 3.4.2. Métodos de transformación genética... A. Transformación indirecta... 1. Transformación de plantas por Agrobacterium... a. La biología de A. tumefaciens... b. Descripción del plásmido Ti... c. Vectores a partir del plásmido Ti... d. Recientes progresos con vectores de Agrobacterium... 2. Virus del ADN... a. Geminivirus... b. Virus dorado del mosaico del tabaco... c. Virus del Mosaico de la Coliflor... 3. Virus de ARN... a). Virus del mosaico del tabaco... b). Virus del mosaico del bromo... B. Transformación directa de plantas por métodos alternativos... 1. Biolística (microbalística)... 2. Micro-rayo láser... 3. Microinyección... 4. Transferencia directa... 5. Electroporación... 6. Liposomas... 7. Transplante de núcleos... 3.4.3. Regeneración de plantas transformadas por cultivo de tejidos... 3.4.4. Tipos de manipulaciones... A. Tecnología aditiva... Los logros más importantes de la tecnología aditiva... 1. Plantas transgénicas resistentes a las enfermedades... 159 160 162 163 163 163 164 164 165 165 166 167 169 169 169 171 172 172 173 174 174 174 175 175 175 176 176 176 177 178 178 179 180 180 180 181 182 182 182
2. Plantas resistentes a virus... 3. Plantas resistentes a herbicidas... 4. Las plantas como biorreactores... 5. Modificaciones útiles para la industria de elaboración... 6. Mejora de las propiedades nutritivas... 7. Mejora para el aprovechamiento de la luz... 8. Mejora para la obtención de plástico biodegradable... 9. Mejora para la obtención de hemoglobina... 10. La tecnología del Control de la expresión genética de las plantas (Tecnología Terminator )... Otros avances... B. Tecnología sustractiva... 1. Tecnología antisentido... 2. Tecnología del interruptor a distancia (transwitch)... 3. Aplicaciones de las manipulaciones sustractivas... a. Inhibiendo la poligalacturonasa... b. Controlando la ruta biosintética del etileno... c. Control por bloqueo del gen de la ACC sintasa o de la ACC oxidasa... d. Cualidades del producto... 3.5. Manipulación genética y expectativas del futuro... 3.6. Plantas transgénicas y sus riesgos ambientales... 3.7. Bioseguridad y patentes biotecnológicas... 3.7.1. Regulación en materia de Bioseguridad en América Latina... 3.7.2. Las patentes biotecnológicas... 3.8. CARACTERIZACION GENETICA Y MOLECULAR DE LAS PLANTAS... 3.8.1. Marcadores genéticos... A. Los marcadores morfológicos... B. Los marcadores bioquímicos... C. Marcadores moleculares... 1. Desarrollo de los marcadores moleculares... a. Polimorfismo en la longitud de los fragmentos de restricción (RFLPs)... 2. Marcadores moleculares basados en PCR... a. ADN polimórfico amplificado al azar (RAPDs)... b. Microsatélites (SSRs)... c. Polimorfismo de longitud de fragmentos de ADN amplificados (AFLPs)... 184 185 186 187 187 188 188 188 188 189 190 190 190 191 191 192 192 193 193 194 195 197 199 202 202 203 204 205 207 207 208 208 210 211
d. Otros marcadores basados en PCR... 3. Ventajas comparativas de marcadores moleculares con los marcadores morfológicos... 4. Espectro de uso de los marcadores moleculares... 3.8.2. Selección asistida por marcadores moleculares (MAS)... 3.9. LA REVOLUCION DEL "PCR"... 3.9.1. El Fundamento del PCR... 3.9.2. Técnica del PCR... 3.9.3. Aplicaciones del PCR en el campo clínico... 3.10. LA SEGUNDA REVOLUCION EN EL ANÁLISIS MOLECULAR... 213 215 217 217 218 218 219 220 223 CAPITULO IV CLONACION 4.1. Concepto... 4.2. Antecedentes... 4.3. Clonación en plantas... 4.3.1.Estrategias de clonamiento en plantas... 4.3.2. Propagación clonal rápida en plantas... 4.4. Clonación de genes... 4.5. Clonación en animales... 4.5.1. Intentos de clonación en animales... 4.5.2. "Dolly" y el Instituto de Roslin... 4.5.3. La clave del éxito del Instituto de Roslin... 4.5.4. Clonación de terneros de vaca y cerdos... 4.5.5. Implicancias de la clonación en animales... a. Los animales transgénicos de diseño... b. Ventajas y desventajas de los animales clonados... 4.6. Reflexiones sobre clonación humana: implicancias éticas y sociales... 4.6.1. Derechos fundamentales y desconocimiento existencial de la persona. 4.6.2. La clonación en la agenda de las Instituciones y Autoridades Internacionales... 4.6.3. Fronteras de la vida y las posibles aplicaciones de la clonación... 4.6.4. La clonación y la libertad de investigación... 235 235 236 237 238 238 240 240 242 243 245 246 246 247 249 250 251 253 254 CAPITULO V
PERSPECTIVAS DE LA BIOMEDICINA 5.1. PROYECTO GENOMA HUMANO Y TERAPIA GENICA 5.1.1. Introducción... 5.1.2. Antecedentes... 5.1.3. Justificación... 5.1.4. Origen... 5.1.5. Principios y estrategias... a. Cartografías genómicas... 1. Cartografía genética de ligamiento... 2. Cartografía física e integración de los mapas... b. Secuenciamiento del genoma... 1. Secuenciamiento por método químico e enzimático... 2. Secuenciación de ADN complementario... 3. Secuenciación por hibridación utilizando chip de hibridación... c. El papel de la informática en los proyectos genoma... 1. Adquisición informatizada de datos biológicos... 2. Bases de datos genéticos y moleculares... 3. La biología genómica... 5.1.6. Logros importantes del proyecto... 5.1.7. Genomas modelo... a. Bacterias y arqueones... b. Eucariotas... 5.1.8. La era postgenómica: la próxima revolución de la biología... 5.1.9. Impactos del proyecto genoma en la medicina... a. Comprensión de la base molecular de las enfermedades... 1. Uso de los modelos de ratones transgénicos... 2. Diagnóstico molecular... b. Diagnóstico molecular en la era genómica... c. La revolución del diseño de fármacos en la era genómica... d. El aporte de los biochips en el estudio de las enfermedades... e. El secuenciamiento del genoma y la medicina del futuro... f. El siguiente desafío será la descripción y entendimiento de las proteínas... 5.1.10. Centros y entidades que realizan investigación genómica... a. Proyectos nacionales e iniciativas internacionales... b. Investigación genómica privada e intereses comerciales... c. Papel de las multinacionales... 262 263 264 265 266 266 266 267 269 269 269 269 270 271 272 274 275 279 279 280 281 283 283 283 283 285 286 287 288 290 291 291 292 293
5.1.11. Implicancias sociales, políticas y éticos del Genoma Humano... a. Protección de la intimidad genética... b. Sondeos génicos en ámbitos clínicos... c. Genética, política y sociedad... 5.1.12. Resumen... 5.2. VACUNAS PPRODUCIDAS POR BIOTECNOLOGIA... 5.2.1. Vacunas recombinantes... 5.2.2. Vacunas sintéticas... a. Vacuna sintética producida por plantas... 5.3. TERAPIA GENICA... 5.3.1. Concepto... 5.3.2. Avance de la terapia génica... 5.3.3. Métodos de transferencia de genes... Vector ideal... 5.3.4. Métodos de transferencia físicos... a. Microinyección... b. Electroporación... c. Microproyectiles... d. Inyección directa de ADN desnudo... 5.3.5. Métodos de transferencia químicos... a. Fosfato cálcico... b. Los Liposomas... 1. Los liposomas catiónicos... 5.3.6. Vectores virales... a. Retrovirus... b. Adenovirus... c. Otros virus como vectores... 5.3.7. Sistemas alternativos de transferencia de genes... 5.3.8. Estrategias terapéuticas... a. Estrategia ex vivo... b. Estrategia in vivo... 5.4. Terapia génica del cáncer... 5.4.1.Expectativas de la terapia génica... 5.4.2. Dificultades de la terapia génica... Glosario... Apéndice... 294 295 296 296 297 298 298 300 302 303 303 303 305 306 306 306 308 308 309 309 310 311 312 313 313 313 314 315 316 324 357