Biotecnología Moderna Historia y Perspectivas v Arahana
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Venancio Arahana, PhD.
BIOTECNOLOGA
MODERNA: HISTORIA Y
PERSPECTIVAS
-
Uso de la tecnologa del ADN recombinante y
otras tcnicas para aislar, manipular e insertar
genes y genomas, en clulas con fines
predeterminados.
BIOTECNOLOGA MODERNA
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ADN y Flujo de informacin gentica
Organismos genticamente modificados
Clonacin
micas Genmica
Transcriptmica
Protemica
Algunas Aplicaciones
Biologa Sinttita
Consideraciones ticas
EN ESTA PRESENTACIN
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Fundamento: ADN
-
C0MPRENSIN DE LA MOLCULA
Rosalind Franklin
Maurice Wilkins
Watson y Crick
Chagraff
-
ADN
-
DESARROLLO DE LA
BIOLOGA MOLECULAR
-
UN GEN = UNA PROTENA
-
Transcripcin Traduccin
FLUJO DE INFORMACIN
Jacob y Monod 1961
-
CDIGO GENTICO
Marshall Niremberg
Severo Ochoa
1963
-
Ejemplo: Enzima
CMO FUNCIONA UNA PROTENA
-
TRANSFORMACIN
GENTICA
MANIPULACIN DEL
ADN
-
ENZIMAS DE RESTRICCIN 1961
-
PLSMIDOS, 1973
Stanley Cohen Herbert Boyer
-
Gellert, Lehman, Richardson, Hurwitz
DNA LIGASA, 1967
-
TECNOLOGA DE ADN RECOMBINANTE
1970S
-
ORGANISMOS GENTICAMENTE
MODIFICADOS
Bacterias
Hongos
Plantas
Animales
-
MICROORGANISMOS
GENTICAMENTE
MODIFICADOS
-
BACTERIA GENTICAMENTE
MODIFICADA: EL CASO DE LA INSULINA
Produccin de
insulina en
reactores a gran
escala
Insulina comercial
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ALGUNOS EJEMPLOS DE MICROORGANISMOS
GENTICAMENTE MODIFICADOS
Produccin de vacunas
Vacuna para hepatitis B
Producida en levaduras
Primera vacuna recombinante
comercializada en 1986
Vacuna para papiloma virus humano
Protege contra cepas del virus 6, 11, 16, 18
Sali al mercado en 2009
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PRODUCCIN DE COMPUESTOS A
GRAN ESCALA
Hormona de crecimiento humano
Se produce en E. coli desde 1997
Factor VIII de coagulacin
Produccin en cultivo de clulas de mamfero: ratn
Propiedades idnticas al FVIIII humano
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ANIMALES
GENTICAMENTE
MODIFICADOS
-
ANIMALES GENTICAMENTE
MODIFICADOS
Tracey
Primera oveja transgnica
Creada en 1992 en Reino Unido
Propiedad: Produccin alfa -1-tripsina
Salmn, tilapia y carpa transgnicas
Tamao incrementado mediante hormona de crecimiento
-
Glofish
Pez zebra modificado genticamente
Sali al mercado en el 2003
Propiedad: fluorescencia mediante protena GFP
Enviropig
Modificados para lograr una mejor asimilacin de fsforo en el animal.
El excremento tiene cantidades menores de P: manejo de ganado ms amigable con el ambiente
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MOSQUITOS GENTICAMENTE
MODIFICADOS
Malaria: 225 millones de casos/ ao
Dengue: 50-100 millones de casos/ ao
Mosquitos genticamente modificados con tecnologa
RIDL: liberacin de insectos
portadores de un letal
dominante
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PRODUCCIN DE HORMONA DE
CRECIMIENTO HUMANO EN LECHE BOVINA
2002: Naci en Argentina la primera ternera clonada y
genticamente modificada
para producir HCH
Cada vaca podra generar 5kg/ao de HCH
Empresa BioSidus inici proyecto Tambo
Farmacetico para la
produccin de leche
portadora de HCH y otras
hormonas y protenas
humanas en el futuro.
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PLANTAS
GENTICAMENTE
MODIFICADAS
-
Agrobacterium tumefaciens
PRINCIPALES TCNICAS
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BIOBALSTICA
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EJEMPLOS DE PLANTAS GENTICAMENTE
MODIFICADAS
Cultivos Bt
Maz, algodn, arroz, berenjena, etc.
Cultivos RR
Soya, maz, arroz, canola, alfalfa, rbano, remolacha, algodn, etc .
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SOYA 305423
Cambiar la composicin de cidos grasos en los granos de soya, para
producir un aceite con bajo
porcentaje de cidos grasos
saturados.
Producto desarrollado por Pioneer
Producto aprobado para importacin y uso en Mxico, Corea, Canad y
Japn
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PAPA CON ALTO CONTENIDO PROTEICO
Papa modificada con el gen AmA1 del amaranto
Las papas obtenidas tienen un incremento del 60% en el contenido proteico
La protena AmA1 es recomendada por la WHO por presentar un contenido proteico balanceado y contener 7 aminocidos esenciales
Investigacin financiada por el Instituto Nacional de Investigacin Molecular de Plantas en India, en el 2010
La investigacin est en una fase inicial de desarrollo
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Tolerancia a la sequa La agricultura es una de las
principales responsables de la
desertificacin.
Concepto Producir plantas que puedan
crecer en estas zonas.
Beneficios Aumentar la produccin.
Mejorar la utilizacin del agua:
reducir el comsumo de agua.
Sostenibilidad ambiental.
PLANTAS MODIFICADAS
GENTICAMENTE CON
TOLERANCIA A LA SEQUA
Ejemplo:
Papa 100294
Evento desarrollado en 1994 Proyecto financiado por Max Planck
Institute of Molecular Plant Physiology
Uso confinado aprobado en Alemania
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PRODUCTOS CON GENES APILADOS
Maz Bt11xMIR162xMIR604xGA2: SmartStax
8 genes apilados
Caractersticas adquiridas: Resistencia a lepidpteros
Resistencia a glufonisato
Resistencia a glifosato
Uso de manosa como fuente de carbono
-
ORGANISMOS GENTICAMENTE
MODIFICADOS
Generan nuevos productos:
Ejemplo: en el campo mdico
productos como la insulina
En el campo agrcola:
Variedades mejoradas: produccin, calidad
-
Las organismos genticamente modificadas podran presentar riesgos potenciales para el ambiente y la salud, por lo cual estos productos tienen que
ser analizados adecuadamente y aprobados antes de su uso.
PRODUCTOS REGULADOS
-
PERCEPCIN PBLICA
Durante los ltimos aos ha existido una gran campaa de desinformacin sobre organismos genticamente
modificados, sin fundamentos y extremista.
El consumidor requiere de informacin veraz y equilibrada para poder tomar una decisin de si
consumir o no transgnicos.
Una debilidad del consumidor en trminos generales es su nivel de educacin.
Se requiere de programas de difusin adecuados.
No existe riesgo cero, pero con un anlisis adecuado se pueden desarrollar medidas de
control y manejo: Bioseguridad
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CLONACIN
Ian Wilmut y Keith Campbell
1996
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OVEJA DOLLY: PRIMER MAMFERO CLONADO
-
Desde 1992 se han clonado 19 mamferos:
Ratn Oveja Macaco Cerdo Gaur Vaca Hurn Bfalo Mufln
ESPECIES ANIMALES CLONADAS
Gato Conejo Mula Venado Caballo Rata Camello Toro de lidia Perro Bucardo
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CLONACIN TERAPETICA
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MICAS
-
micas
Gen-mica
Metabo-lmica
Prote-mica
Transcrip-tmica
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GENMICA
Conocer la secuencia completa de ADN de un organismo.
1958 y 1975
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PROYECTO GENOMA HUMANO
Historia:
El proyecto inici formalmente en 1990 con una prediccin de
15 aos de duracin
Pases participantes: Estados Unidos, Reino Unido,
Francia, Alemania, Japn, China e India.
Objetivo:
Obtener la secuencia y el mapa gentico del genoma
humano "universal"
Tecnologa utilizada:
Shotgun Sequencing
Datos obtenidos:
- El genoma humano se compone aproximadamente por 25 000 genes
- Entre el 1.1 y 1.4% del genoma codifica para protenas
Primer borrador se obtuvo en el 2000
-
Inicio del proyecto: 2008
En el 2010 culmin la fase piloto e inici la fase de produccin que implica la secuenciacin de 2 000 genomas
En octubre 2012 se anunci la secuenciacin de 1092 genomas
Objetivo 1: catalogar las variaciones genticas humanas y relacionarlas con la respuesta frente a enfermedades
Objetivo 2: Conseguir una plataforma amplia de referencia sobre el genoma humano
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SECUENCIACIN DEL GENOMA DEL
ARROZ
Segundo cultivo de mayor extensin en el mundo (despus del maz)
Alimento principal del 50% de la poblacin mundial
Ecuador: produccin aproximada de 800 000TM/ao
Secuenciacin culmin
en el 2005
32 000 genes
Tamao genoma: 390 MB
Primer cultivo
seleccionado para
secuenciar genoma
completo
-
Mapa genmico del arroz, se observan los 12 cromosomas. Las regiones
cuadradas representan introgresiones de genes de otras especies a lo largo
del tiempo
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Objetivo: Secuenciar el genoma de 1000 especies vegetales
Las especies seleccionadas presentan alguna utilidad potencial: medicina, agricultura, produccin de metabolitos
secundarios, etc.
El proyecto inicin el 2008
Contina en ejecucin, se puede acceder a los resultados en la pgina web del proyecto: http://www.onekp.com
PROYECTO 1000 GENOMAS VEGETALES
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Objetivo: secuenciad 1001 lneas de Arabidopsis thaliana
Proyecto inici en el 2008
Hasta noviembre 2011 se han secuenciado 503 genomas
La informacin del proyecto est disponible en:
http://1001genomes.org/
PROYECTO 1001 GENOMAS ARABIDOPSIS
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SECUENCIACIN DEL GENOMA DE LA
VACA
Ganado bovino es el ms importante a nivel
mundial
Existen alrededor de 1.3 billones de vacas en el
mundo
La secuenciacin del genoma tendr un gran
impacto en cra selectiva
Secuenciacin culmin en el 2009
Tamao del genoma: 3GB
22 000 genes
80% de genes compartidos con el ser
humano
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Objetivo: Establecer un zoolgico gentico (genoma de 10 000 especies de animales vertebrados)
El proyecto inici en el 2009, desde entonces ya se han secuenciado 120 genomas
Pgina oficial del proyecto: https://genome10k.soe.ucsc.edu/collaborators
PROYECTO GENOME 10K
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Una vez dilucidada la secuencia, lo importante es conocer el mensaje que transmite y la forma en que
es regulada
ES LA SECUENCIA SUFICIENTE?
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Anlisis de el perfil total de expresin de genes bajo una
condicin especfica
Ejemplo: respuesta a un tipo de estrs o tratamiento
TRANSCRIPTMICA
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Conjunto total de protenas que se encuentran en una clula en un momento determinado
PROTEMICA
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Interaccin entre genes+ Mecanismos
de regulacin del flujo de informacin
Determina el funcionamiento celular y de los
organismos
Clave para comprender
procesos biolgicos
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Algunas aplicaciones
Metagenmica
Farmaco-genmica
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Vida=ADN
BIOLOGA SINTTICA
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Unidad de informacin= GEN
LA IDEA
Vida= cdigo de 4 letras= ADN
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2005: Inicia el proyecto Creacin Vida Sinttica
PROYECTO INSTITUTO CRAIG VENTER
2 grupos trabajo
Sntesis ADN Trasplante ADN en organismos
husped
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IDEA GENERAL DE TRASPLANTE DEL ADN
Bacteria husped:
Mycoplasma
capricolum
Insercin de ADN
sinttico forneo
Sustitucin del
cromosoma natural por
el cromosoma sinttico
Bacteria husped:
Mycoplasma
capricolum
Inicio de la sntesis de
protenas a partir del
genoma sinttico
Multiplicacin de clulas
sintticas
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Primera Revolucin:
Agricultura
10 000 aos atrs
Segunda Revolucin:
R. Industrial
Principios del siglo XIX
Tercera Revolucin??
Creacin vida sinttica
2010
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FUTURAS APLICACIONES
Microorganismos
sintticos para
elaboracin de vacunas
Microorganismos sintticos
para produccin de
biocombustibles Microorganismos
sintticos para
biorremediacin
-
Y PRINCIPALMENTE
Producida en
microorganismos
sintticos
-
CONSIDERACIONES
TICAS
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Toda tecnologa en desarrollo requiere tener parmetros de bioseguridad que aseguren que la persona a cargo del
proyecto, el ambiente inmediato y la comunidad en general no
se vean en peligro por el trabajo que se est realizando.
ADN es informacin y el uso de esa informacin requiere el seguimiento de parmetros ticos.
A nivel de seres humanos el uso de la informacin requiere del consentimiento informado de cada persona y a nivel de
informacin de recursos genticos se requiere seguir con la
legislacin pertinente en cada pas .
Al momento actual el desarrollo tecnolgico en este campo debe tener dos grades objetivos: el bienestar humano y el
bienestar de los otros seres vivos y del ambiente .
CONSIDERACIONES
TICAS
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GRACIAS