BIOLOGÍA SINTÉTICA

La vida fabricada

El término Biología Sintética aparece en 1980, usado por Barbara Hobom para describir bacterias modificadas por Ingeniería Genética y DNA recombinante.

En 2000 fue de nuevo utilizado en la reunión de la Sociedad Química Americana para describir la síntesis de moléculas que sean funcionales de moléculas que sean funcionales en sistemas biológicos.

Puede definirse como el diseño y construcción de nuevas partes, dispositivos y sistemas biológicos que no existen en el mundo natural, y también el rediseño de sistemas existentes para realizar nuevas tareas.

La célula como un nanosistema• Membrana lipídica

• Sistema de energía

• Metaboloma – conjunto de reacciones químicas

• Sistema de recepción y transmisión de señales

• Sistema de almacenamiento y traducción de la información

¡Conjunto de moléculas que interactúan!

Generación de vesículas lipídicas en medio acuoso

ADN, ARN, proteínas, se pueden obtener por síntesis química

Pero las moléculas que interactúan el la célula viva son sintetizables y modificables en el laboratorio

Puedo adquirir DNA sintético en el mercado…

… O conseguir las partes que me interesen

Concurso iGEM: ¡construye tu propia célula!

2014: 245 equipos de 32 países

2015: 280 equipos registrados

• Diseño de biosensores bacterianos de arsénico• Diseño de bacterias no patógenas transportadoras de óxígeno• Diseño de bacterias productoras de pigmentos en respuesta a estímulos

Bio-Nano Maquinaria• Proteínas virales y ADN se autoensamblan dando lugar a

virus activos

• Este sistema puede ser sintetizado y modificado

APLICACIONES DE LA BIOLOGÍA SINTÉTICA:

• Generación de microorganismos que fabriquen productos valiosos (esto se hace ya con bacterias que producen proteínas recombinantes como la insulina, la hormona del crecimiento o el interferón). Pero puede pensarse en microorganismos productores de fármacos no biológicos cuya síntesis química es compleja, utilizando rutas metabólicas no naturales. compleja, utilizando rutas metabólicas no naturales.

• Bioremediación. Generación de microorganismos que degraden contaminantes.

• Biosensores: Detectores de sustancias tóxicas.

• Agentes terapéuticos dirigidos contra el cáncer o el sida.

• Biocombustibles: ¿Producción de alcohol a partir de energía solar o de la degradación de la celulosa?

ARTEMISINA (medicamento contra la malaria)

La malaria afecta a 200 millones de personas al año, con un millón de muertos

La artemisina se obtiene de una planta (Artemisia), pero no se puede sintetizar químicamente

En 2013, Jay Keasling, en Berkeley, introdujo el conjunto completo de 10 genes de Artemisia en levaduras y generó un derivado semisintético de la artemisina diez veces más barato que el extraido de las plantas. Ha renunciado a barato que el extraido de las plantas. Ha renunciado a explotar la patente de forma comercial

¿Una bacteria modificada para producir

hidrógeno a partir de la luz?

(¿adiós al efecto invernadero?)

http://gcep.stanford.edu/pdfs/tr_hydrogen_prod_utilization.pdf

Craig Venter planea desarrollar algas capaces de fijar con alta eficiencia el dióxido de carbono y transformarlo en alimento o combustible.

El DNA como almacén de información y como computador

1 cm cúbico de DNA puede almacenar tanta información como 1 billón de CDs

(Una torre de CDs de 1,2 millones de Km de alto, casi cuatro veces la distancia a la luna)

La densidad de información es de medio millón de Gb por centímetro cuadrado

En 2013 biólogos de Stanford almacenaron los sonetos de Shakespeare, una foto del escritor y el audio del discurso de Luther King en DNA (750 Kb)

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1010110001011010

ATGCCAGTACTGG

TACGGTCATGACC

0101001110100101

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Cuestiones éticas y legales:

-¿Hasta dónde pueden llegar las aplicaciones? P.e. ¿Mejora humana?

- ¿Cómo se distribuirán sus productos y beneficios?

- Bioseguridad y estimación de riesgos

- ¿Pueden estar estas técnicas al alcance de todos?

El transhumanismo (abreviado como H+ o h+) es un movimiento cultural e intelectualinternacional que tiene como eventual objetivo transformar la condición humana mediante el desarrollo y fabricación de tecnologíaampliamente disponibles, que mejoren las capacidades humanas, tanto a nivel físico como psicológico o intelectual.

Hasta ahora la vida humana ha sido, en general, como Hobbes la describió, "desagradable, brutal y corta"; la gran mayoría de los seres humanos (si no han muerto jóvenes) han sido afectados con la miseria... podemos sostener justificadamente la creencia de que existen estas tierras de posibilidad, y que las actuales limitaciones y frustraciones miserables de nuestra existencia podrían ser en gran medida sobrellevadas... La especie humana puede, si lo desea, trascenderse a sí misma - y no sólo de forma esporádica, un individuo aquí de una manera, un individuo no de otra manera, sino en su totalidad, como humanidad.

Julian Huxley

Raymond Kurzweil(Massachusetts, 12 de febrero de 1948) es un inventor estadounidense, además de músico, empresario, escritor y científico especializado en Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial. Desde 2012 es director de ingeniería en Google.

La singularidad tecnológica (2029?)

El Test de Turing

La Ley de Moore

El Test de Turing

El Test Voight-

Kampff

Los acontecimientos del siglo XXI según Kurtzweil:

2099: • Fin de la distinción clara entre humanos/máquinas• Reducción de las interacciones personales y traslado al mundo

virtual• Protección de la minoría de humanos “orgánicos” para evitar

su extinción• Aprendizaje instantáneo• Desaparición de las enfermedades orgánicas, pero problemas

con virus informáticoscon virus informáticos

http://www.infouma.uma.es/noticias/index.php?option=com_content&task=view&id=1034&Itemid=50

http://www.infouma.uma.es/noticias/ CONFERENCIAS

¿Vida artificial?

o…

¿Qué es realmente

la vida?

La vida, como la música, es una

percepción, no una entidad con percepción, no una entidad con

existencia independiente

Las propiedades emergentes de la vida (tal como la conocemos)

1) Autoorganización2) Entropía negativa (Schroedinger)3) Herencia – transmisión de información4) Evolución

¿Podemos imaginar una “Máquina” con estas propiedades?

Erwin Schroedinger

¿Si es así, diríamos que está viva?¿Por qué no?

En el fondo el debate suscitado en torno a Venter es el antiguo debate mecanicismo-epigeneticismo, que parecían haber ganado los segundos.

En el fondo, seguimos siendo… ¡Vitalistas! (Porque asumimos que hay algún tipo de impulso más allá de las interacciones físico-químicas)

En el primer tercio del siglo XIX cambia radicalmente el marco cientifico en el que se desarrolla la fisiología

El nuevo marco está caracterizado por la teoría atómica, el concepto de reacción química y la teoría del calor.

Recordemos del pasado curso…

Se generaliza el concepto de fuerza y se descubre la relación entre electricidad y magnetismo

Se sintetiza la urea, con lo que cae la frontera orgánico/inorgánico

Friedrich Wöhler (1800 – 1882)

Descubre o participa en el descubrimiento del aluminio, berilio, itrio o titanioSintetiza urea a partir de cianato amónico

Eduard Buchner (1860 –1917)

En 1897 descubre que la fermentación del azúcar y su transformación en alcohol es posible con un extracto de levadura (zimasa)

¡La fermentación (un proceso biológico) no precisa de la “vida”!

Los procesos biológicos revelan su naturaleza fisicoquímica. Este es un golpe definitivo al vitalismo

Buchner recibe el Premio Nobel en 1907. Oficial médico en la primera guerra mundial, fallece a consecuencia de heridas de guerra en 1917

Aunque se sospecha de la relación de las enzimas y las proteínas, la naturaleza proteica de las enzimas no se demuestra hasta el siglo XX (Sumner, 1926)

Descartes, ¡Estuviste cerca!

El pato de Vaucanson

Del Tratado del Hombre

(1664)