INTRODUCCIÓN A LAS APLICACIONES INDUSTRIALES DE LAAPLICACIONES INDUSTRIALES DE LA

BIOTECNOLOGÍA

CURSO BIOTECNOLOGIA INDUSTRIALPrimera Clase – Marzo 2013Primera Clase Marzo 2013

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS - UNIVERSIDAD NACIONAL DE BUENOS AIRES – INTI

DOCENTE: Lic. ALBERTO DIAZ.

Materia: temas básicos y “horizontales”Materia: temas básicos y horizontales

C / f t l Bi I d t i• Crear / fortalecer BioIndustrias• En especial N.E.B.Tecnológicas.p g• Fabricación. Plantas (Manufacturing).• Incorporar conocimientos generados en el• Incorporar conocimientos generados en el

país.“ “• “Biotecnologizar “ empresas.

• Recursos humanos: Ingeniero biológico.g g• Responsabilidad social (bioética).

Microbiología e IndustriasMicrobiología e Industrias

• “Bacterial quorum sensing and metabolites Incentives to cooperate” – Science -12/10/12 pag 264-266.

Una forma de comunicación entre células, que permite a l b t i it d id d d bl iólas bacterias monitorear su densidad de población y activar determinados genes.

Es común en protobacteriasEs común en protobacterias

I t i i f i lti d ióImportancia para infecciones, cultivos y producción en biotecnología.

Hacia una píldora para celíacosHacia una píldora para celíacos

“ i l d i f lf li di• “Computational design of an alfa – gliadinPeptidase” 

• Universidad de Washington, Seattle; Univ. California, Davis y Genome Center – Davis, y

• Jour. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 20513 –2052020520.

• Se publica una investigación que permitirá desarrollar una píldora que permitirá convertir a la enfermedad celíaca en algo parecido a lo que sucede con los intolerantes a la lactosa que consumen lactasa en polvos o sólido. Obtienen una enzima que destruye el gluten. p q y gIdentificaron una peptidasa ácida activa y reingenierizaron (?) utilizando herramientas de diseño por computadora una enzima (denominada KumaMax) que rompe un 95%  del gluten en medio ácido y destruye los sitios antigénicos del gluten.

Industria QuímicaIngeniería metabólica

“ b li i i f li f di• “Metabolic engineering of E. coli for directproduction of 1,4 –butanediol” – Nat. Chem. Biol. 7 445 452 (2011)7,445 – 452 (2011). 

• Es parte de una investigación de la empresa // /Genomatica ‐ http://www.genomatica.com/.

• BDO es un importante commodity químico que se usado para fabricar unas 2 5 M Tn anuales de polímeros que hoy se obtiene defabricar unas 2.5 M Tn anuales de polímeros que hoy se obtiene de gas y petróleo. La bacteria produce  BDO a partir de carbohidratos renovables ( glu, xilosa, biomasa mezcla de azúcares)

• Nuevo bioproceso para chemicals que no son producidos naturalmente por células vivas.

JAPÓNBioetanol

Bi t l ti d li i 2020• Bioetanol a partir de lignina en 2020.• Biocarburantes de segunda (lignina) y g ( g ) y

tercera generación (microalgas): no usar como fuentes los recursos alimentarios.

• Entre Oji Holdings, agencia pública de investigación (AIST) y Nippon Steel &investigación (AIST) y Nippon Steel & Sumikin Engineering.C lti o sil estre bosq es q e se tratan en• Cultivo silvestre, bosques que se tratan en una usina piloto.

JAPÓNBioetanol

• RITE, instituo investigación nacional asociado a Natl. Renewable Energy Lab –gyDOE (USA): a partir de materials de la ligninalignina.

• Utilizarán la bacteria Corynebacterium fglutamicum R coryneform

GENOMICAEmpresas

Bi d Bi i lib ió d tili d é tid• Bind Biosciences: liberación drogas utilizando péptidos.• Synthetic Genomics: microorganismos “ingenierizados”

para biocombustiblespara biocombustibles.• Pacific Biosciences: secuenciar ADN para detectar

microbios en medio ambiente. Equipo lee una cadena q pADN en tiempo real.

• Life Technologies: secuenciador ADN para escritorio, costo de 50 mil USD.

• ADN recién secuenciado: alga afecta peces; hongo patógeno para vegetales; cloroplasto de alga verde.

ENCODE ProjectENCODE Project

A áli i l b l i t d d i• Análisis global integrador de regiones regulatorias del Genoma Hu.P t d l E i l di d l l t d• Proyecto de la Enciclopedia de los elementos de ADN: ENCODE.D li t d l l t f i l i t l• Delinear todos los elementos funcionales exisentes en el Genoma Humano.

• Resultados pilotos en 2007; luego llevado a todo elResultados pilotos en 2007; luego llevado a todo el Genoma.

• Incluye identificación y cuantificación de ARN; mapeo de zonas no codificantes y codificantes para proteínas, factor binding sites etc

MicrobiomaMicrobioma

C i ió d l “ i bi t ” i t ti l• Composición de la “microbiota” intestinal (ex flora intestinal) se relaciona con la dieta y la salud.

• Microbioma changes during pregnancy: g g p g yalteraciones en su microbiota estarían relacionados a características de aumento e ac o ados a ca acte st cas de au e tode peso y menor sensibilidad a la insulina (apoya el crecimeinto del bebé y a la(apoya el crecimeinto del bebé y a la producción de leche materna).

Metalurgia MicrobianaMetalurgia Microbiana

• Ciertas especies bacterias estimulan la formación de partículas de oro en su medio como una forma de sobrevivir en soluciones conteniendo iones de Au tóxicos.

• Delftia acidovarans secreta delfibactin que precipita iones de Au.

• Los investigadores de Canadá han identificado los genes de delfibactin.

• Futuro: limpiar aguas residuales y recuperar el Au metálico de minas auríferas.

“Entonces los EE.UU. perdieron o están por perder elconocimiento, personal capacitado (con habilidades) y lainfraestructura de proveedores necesarios para fabricar muchos de los

C ti ú Pi “ S fi ti d id d d f b i ió

infraestructura de proveedores necesarios para fabricar muchos de losproductos de frontera que se inventan”.

Continúa Pisano: “ Sofisticadas capacidades de fabricación eingeniería que son base para las innovaciones en un amplio rango deproductos, rápidamente también se han ido”.

La Fabricación (Manufacturing) tiene un rol crítico en dirigir,orientar, la innovación. Si un país pierde su sector manufacturero, lacapacidad de innovación desaparece porque los conocimientos ycapacidad de innovación desaparece porque los conocimientos yhabilidades para desarrollar nuevas tecnologías están unidas a las delas manufacturas

“Restoring American competitiveness” (G.Pisano and W.Shih – Harv. Bus. Rev. Oct. 2009).

La poca disponibilidad de plantas industriales(f ili i ) l ifi l d ll(facilities) amenaza con lentificar los desarrollos yproducciones de proteínas recombinantes para usoterapéutico en todo el mundo.

Primero, sobre la capacidad física, pero tambiénlo es sobre las capacidades de los biotecnólogos ylo es sobre las capacidades de los biotecnólogos ybioingenieros, podrían llevar a generar fuertespérdidas en el sector biofarmacéutico. No solo ensaludsalud.

“Porqué la fabricación (la producción) tiene importancia??” 

• “La fabricación no es solamente el poder ofrecer puestos de trabajo (lo que ya no es menor). La nueva generación de innovaciones tecnológicas están íntimamente relacionadas ainnovaciones tecnológicas están íntimamente relacionadas a los procesos de producción”.

• Entre 2000 y 2010 los puestos de trabajo en las fábricas enEntre 2000 y 2010 los puestos de trabajo en las fábricas en EEUU, disminuyeron en un 34 %, algo más de 6 Millones de personas 

• S. Berger – TechReview, julio 1, 2011

“Porqué la fabricación (la producción) tiene importancia??” 

• Trabajos  del MIT‐ Production in the Innovation EconomyCommission sobre empresas dedicadas a la energía eólica y solar, a la biotecnología, nuevos materiales, baterías y otras tecnologíasla biotecnología, nuevos materiales, baterías y otras tecnologías emergentes, sugieren varias razones para cuestionar si el paradigma de las T.I. (Tecnologías de la Información) son d d lladecuadas para ellas.

• “los desafíos del escalado desde los laboratorios y las starts ups a la producción final de gran escala de los nuevos productos y serviciosproducción final de gran escala de los nuevos productos y servicios son diferentes a las de las empresas de“soft” y electrónicas en su transición de la “idea al mercado”.

• es también crítico no tener integrados la I y D, diseño junto a la producción  (e inclusive con el marketing y post marketing).

“Porqué la fabricación (la producción) tiene importancia??” 

• Historia fabricación y caracterización de la Penicilina.

• A. Fleming; H.Florey; E. Chaim y N.Heatley

• Fabricación vacunas en Instituto Pasteur y por y pYersin en Vietnam.

BioManufacturing: creando valorgIntegrando manufacturing, diseño e innovación

• Biomanufacturing: tener éxito en esto significa aprender y mejorar sobre las increiblescapacidades que hay en la naturaleza.

• Tres prioridades:• 1 - Bionanotechnology• 2 - Biofarmacéuticos seguros• 2 - Biofarmacéuticos seguros• 3 - Medicina personalizada• Biología sintética.(Prof. Dordick – Chemical Biology Engineering – Rensselaer Polit. Inst.

BioManufacturing: creando valorgIntegrando manufacturing, diseño e innovación

• Bionanotecnología: nano y biotecnología más robótica y i t d i té i f i tsistemas de micro y nanotécnicas para formar sistemas

híbridos con funciones específicas. Ej: nanosensores para cuerpo humanopara cuerpo humano.

• Biofarmacéuticos seguros, dado que son macromoléculas complejas Nuevos sistemas p ejmacromoléculas complejas. Nuevos sistemas, p.ej. Heparinas.

• Medicina personalizada: nuevas drogas sobreMedicina personalizada: nuevas drogas sobre demandas y pensadas para cada individuo

Future Capacity ExpansionFuture Capacity ExpansionProjected Avg % Increase Production Capacity by 2010

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

54%Mammalian CellCulture

40%MicrobialFermentation

30%Yeast

28%

14%

Plant Cells

C 14%Insect Cells

Rank Rank Mejores empleadores2012 2011

Mejores empleadores

1 2 Regeneron Pharm.g

2 1 Vertex Pharm

3 3 Genentech

4 9 Novo nordisk4 9 Novo nordisk

5 16 Monsanto cia

6 5 Millenium

7 7 Boehringer ingelheim7 7 Boehringer ingelheim

8 15 Roche

9 10 Biogen