INTRODUCCIÓN A LAS APLICACIONES

INDUSTRIALES DE LA

BIOTECNOLOGÍA

CURSO BIOTECNOLOGIA INDUSTRIALPrimera Clase – Marzo 2017

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS -UNIVERSIDAD NACIONAL DE BUENOS AIRES –

INTI

DOCENTE: Lic. ALBERTO DIAZ.

Definiciones

• EE. UU. y Europa la consideran una de las tecnologías prioritarias del siglo XXI.

• OECD (1981) el uso de los organismos vivos y sus componentes para producir bienes y servicios.

• Biotecnología moderna: usa procesos celulares, moleculares y genéticos para producir bienes y servicios. Tecnología ADN recombinante.

• Implicancias en Argentina de estas definiciones.

Definición biotecnologíaOCDE: lista

• DNA/RNA: Genomics, pharmacogenomics, gene probes, genetic engineering, DNA/RNA sequencing/synthesis/amplification.

• Proteins and other molecules: • Sequencing/synthesis/engineering of proteins and peptides (including

large molecule hormones); improved delivery methods for large molecule large molecule hormones); improved delivery methods for large molecule drugs; proteomics, protein isolation and purification.

• Cell and tissue culture and engineering: Cell/tissue culture, tissue engineering.

• Process biotechnology techniques.

• Bioinformatics

Biotecnología

• Utilizan las funciones biológicas como herramientas para crear propiedades, caracteres, actividades que no existen en la naturaleza.

• Ingeniería genética tiene mayor sentido al relacionarla con los ingenieros: los organismos vivos no son sólo materia prima o alimento es factor de relacionarla con los ingenieros: los organismos vivos no son sólo materia prima o alimento es factor de producción, de transformación industrial, de caracterización analítica.

• D.Thomas – A. Y. Portnoff “Repensar las ciencias de la vida”Ed. Capital Intelectual – 2009.

Biotecnología en salud• Biofármacos (15% del mercado medicamentos

global).

• Vacunas recombinantes. Hepatitis B/ HPV / Influenza (Flublok, the first trivalent influenza vaccine made using an insect virus (baculovirus) expression system and recombinant DNA expression system and recombinant DNA technology).

• Diagnósticos in vitro. Principalmente inmunoensayos y pruebas basadas en ADN. TestsHIV y marcadores para problemas cardíacos.

• Poderosa herramienta para I y D en medicamentos: anti-retrovirales (inhibir enzimas).

Clasificación Biotecnología

Sectores Colores

Salud Rojo

Agroalimentos Verde

Industria Blanco

Mar (acuáticos) Azul

Insectos Amarillo

Informática Gris

Petróleo Negro

Células Madres: aplicaciones

RNA-programmable CRISPR-Cas9

• Advantages:

RNA-programmed Cas9

could offer considerable

potential for genome

editing in cells of the three

kingdoms of life for

biotechnological,

biomedical and gene-

therapeutic purposes.

• Advantages:• Cheap and easy

• Efficient

• Versatile

• Multiplexing

• Various flavors

• Improvements:• Specificity (off-target)

• Toxicity

• Delivery

Donor DNA

Human cells Bacteria

The new science of metagenomics

Argentina: Evolución de la superficie cultivada con OGM(como % del total de cada cultivo)

40%

60%

80%

100%

0%

20%

40%

96/97

97/98

98/99

99/00

00/01

01/02

02/03

03/04

04/05

05/06

06/07

07/08

08/09

09/10

10/11

11/12

12/13

13/14

Maíz Algodón Soja

Fuente: ArgenBio

Área global cultivada con OGM, por país(sobre 175 millones de hectáreas)

EEUU

40%

India

Canadá

6%

China

2%

Paraguay

2%

Sudáfrica

2%

Pakistán

2%

Uruguay

1%

Bolivia

1%

otros

1%

Fuente: ISAAA, 2013

Brasil

23%

Argentina

14%

India

6%

Otros: Filipinas, Australia, Burkina Faso, Myanmar, España México, Colombia, Sudán, Chile, Honduras, Portugal, Cuba, República Checa, Costa Rica, Rumania, Eslovaquia. Total: 27

Lo que se viene....

•Arroz GM (Ej.: Bt)

•Árboles GM (Ej.: álamos Bt)

•Resistencia a sequía (Ej.: maíz, soja, trigo, etc.)

•Mejoras nutricionales (arroz dorado, aceites, proteína)

•Mejoras para biocombustibles y bioplásticos

Fuente: ISAAA, 2007 y otros 2010

•Mejoras para biocombustibles y bioplásticos

•Eventos acumulados (stacks).

•Selección asistida por marcadores (MAS: marker –assisted selection).

•ARN de interferencia (RNAi)

Biotecnología industrial, energía y medio ambiente

• Textil.(uso de enzimas)

• Celulosa y papel

• Procesos químicos (química fina)• Procesos químicos (química fina)

• Materiales

• Materiales biodegradables

• Bioetanol / biodiesel

BIOTECNOLOGÍA E INDUSTRIA

Biotecnología Blanca

•Bio-Polymer Production

(Cargill-Dow, USA)•Production of Polylactic acid (PLA) polymer

from corn sugar replaces petroleum feedstock.from corn sugar replaces petroleum feedstock.

•PLA can replace PET, polyesters and polystyrene.

•PLA is compostable.

•PLA is carbon neutral – CO2 is recycled.

•In the future, PLA will be made from ligno-

cellulosic biomass.

Biología Sintética

• LegoHu

ADN

Origen de todo esto: estructura de ADN en 1953

Watson dijo en 2005: “Watson dijo en 2005: “Watson dijo en 2005: “Watson dijo en 2005: “pensamos en el 53, pensamos en el 53, pensamos en el 53, pensamos en el 53,

con con con con CrickCrickCrickCrick, que estábamos contribuyendo a una , que estábamos contribuyendo a una , que estábamos contribuyendo a una , que estábamos contribuyendo a una

mejor comprensión de la realidadmejor comprensión de la realidadmejor comprensión de la realidadmejor comprensión de la realidad”.”.”.”.

““““No sabíamos que estábamos No sabíamos que estábamos No sabíamos que estábamos No sabíamos que estábamos ““““No sabíamos que estábamos No sabíamos que estábamos No sabíamos que estábamos No sabíamos que estábamos

contribuyendo a su transformacióncontribuyendo a su transformacióncontribuyendo a su transformacióncontribuyendo a su transformación”.”.”.”.

Esto comenzó 20 años después cuando H. Esto comenzó 20 años después cuando H. Esto comenzó 20 años después cuando H. Esto comenzó 20 años después cuando H.

BoyerBoyerBoyerBoyer y S. Cohen inventaron la técnica que y S. Cohen inventaron la técnica que y S. Cohen inventaron la técnica que y S. Cohen inventaron la técnica que

permite manejar la estructura del ADN a través permite manejar la estructura del ADN a través permite manejar la estructura del ADN a través permite manejar la estructura del ADN a través

de la ingeniería genética o ADN recombinante.de la ingeniería genética o ADN recombinante.de la ingeniería genética o ADN recombinante.de la ingeniería genética o ADN recombinante.

Bioeconomía• El concepto de “bioeconomía” lleva a pensar sobre los desafíos globales

futuros y de que manera las ciencias biológicas pueden contribuir a resolver los problemas que se presenten.

• La aplicación de la biotecnología a la producción primaria, a la salud y a la industria llevaría a una “bioeconomía” donde la biotecnología contribuye de manera significativa a sus resultados.de manera significativa a sus resultados.

• Para 2030 la bioeconomía va a involucrar tres elementos: a) avanzado conocimientos sobre los genes y sobre procesos celulares complejos (conocimiento en biotecnología); b) la biomasa renovable; c) integración de las aplicaciones de la biotecnología a través todos los sectores productivos.

• Beneficio socio – ambiental? Personas / Medio Ambiente / Países y localidades.

Bioeconomía

• La bioeconomía involucra: a)conocimiento en biotecnología; b) biomasa renovable; c) integración de aplicaciones en todos los sectores productivos.

• El primero es para desarrollar nuevos procesos y requiere intensificar I y D e innovación.

• El segundo utilizará bioprocesos eficientes para lograr • El segundo utilizará bioprocesos eficientes para lograr producción sustentable a partir de algas, árboles, desechos industriales, etc. Sería posible usar algas y otros organismos modificados genéticamente.

• El tercero es la integración entre conocimientos y aplicaciones para obtener mayor valor agregado: producción primaria, salud e industrias

Cuadro. Inversión en I+D vs futuros mercados de la biotecnología (OCDE 2009)

Aplicación

Distribución por sectores de la inversión

en I+D de las empresas de

biotecnología de la OCDE en 2003

Distribución por

sectores del valor

agregado bruto de

la biotecnología en

el área OECD (1)

en 2030

Salud 87% 25%

Agricultura 4% 36%

Industria 2% 39%

Otros 7% -

100% 100%

(1) La mayoría de los países miembros más 25 países de la Unión Europea que no son miembros de la OECD

Fuente: Para la distribución de la inversión en biotecnología, OECD (2006), Estadísticas sobre Biotecnología, OECD, París.

Ingeniería genética

Anticuerpos Monoclonales

Biotecnología y Surrealismo

• “Gran parte del éxito de la revolución biotecnológica puede ser atribuido al estilo operativo de esta industria. Los biotecnólogos han asumido un estilo que recuerda a una revolución en el arte a comienzos del siglo XX, el surrealismo”surrealismo”

• “Como los artistas del surrealismo de las décadas de los ‘30 y ‘40, los más creativos científicos en la actualidad viven y piensan en un mundo de fantasías y sueños”.

• J. Goldstein- Ann. N.Y. Acad. Sc. 1999, june, pag. 8 – 21. “ Burgers, chips and genes” .

Biotecnología en Salud Humana

Características Industria Farmacéutica

• Internacional: estable y dinámica.

• Fuertemente concentrada.

• Altos gastos en I y D: 10 primeras empresas

gastan el 80% del total de inversión.

• Regulación (FDA, EMEA): GMP, GLP, GCP.

• Influencias políticas

Proceso de descubrimiento de drogas biotecnológicas

Fuente: PhRMA, Profile 2005

BIOFARMACEÚTICOS

• Insulina Humana• Hormona de Crecimiento Humana• Interferón/es (alfa, beta, gamma)• EPO, Eritropoyetina• EPO, Eritropoyetina• Factores Estimulantes de Colonias (G-CSF y

GM-CSF).• IL – 2.• Vacuna contra Hepatitis B

Programa de Biotecnología

Aplicaciones de Anticuerpos Monoclonales:

• Tratamientos contra el cáncer

• Tratamientos contra enfermedades autoinmunes

• Tratamiento para prevenir el rechazo de transplantes• Tratamiento para prevenir el rechazo de transplantes

• Tratamiento de infecciones virales

• Tratamiento de alergias severas

Nombre

GenéricoTarget

Nombre

Comercial

Año

Aprobació

n FDA

Compañía IndicaciónVenta en U$ millones

2009 2010

Infliximab TNFα Remicade 2003Johnson &

Johnson

CD, UC, AS

RA, Ps, PsA6.910 8.000

Bevacizuma

bVEGF Avastin 2004 Roche

Cáncer de Colon

Cáncer de Pulmón5.920 6.800

Rituximab CD20 Rituxan 1997 Roche

NH Linfoma,

Artritis

Reumatoidea

5.800 6.700

Top 9 Anticuerpos Terapéuticos

Adalimuma

bTNFα Humira 2002 Abbott

RA, JIA, PsA, Ps,

AS, CD5.490 6.500

Trastuzuma

bHER2 Herceptin 1998 Roche Cáncer de Mama 5.020 5.500

Cetuximab EGFR Erbitux 2004Bristol Myers

Squibb, Merck

Cáncer de Colon

Cáncer de Cabeza

y Cuello

2.570 3.200

Ranibizuma

bVEGF Lucentis 2006

Novartis,

Roche

Degeneración

Macular 2.430 3.000

Natalizumab

α-4

Intregri

n

Tysabri 2004Biogen IDEC

ELANEsclerosis Multiple 1.060 1.750

Omalizuma

bIgE Xolair 2003

Roche,

NovartisAsma Alérgico 910 1.100

Repatha

• PCSK9 Drug Reduces Heart Disease Risk

• An expensive new drug, evolocumab (Repatha), developed by Amgen,

significantly drops cholesterol levels and reduced the risk of major cardiovascular

events, researchers reported in a study published last week (March 17) in the New events, researchers reported in a study published last week (March 17) in the New

England Journal of Medicine.

• Evolocumab is a monoclonal antibody that attempts to mimic a mutation in

the PCSK9 gene, which can lower the risk of developing heart disease by up to 88

percent. A 2014 placebo-controlled study of 901 patients revealed the evolocumab

could reduce low-density lipoprotein (LDL) cholesterol levels by around 60

percent. Clinical trials of alirocumab (Praleunt), a competitor drug developed by

Sanofi and Regeneron, have revealed similar effects

Biotecnología en salud

Beneficios

Producción de proteínas humanas para uso terapéutico.

Producción de dichas proteínas en escala industrial.

Productos mas seguros y controlables

Producción de proteínas para diagnósticos similar a las anteriores.

Procesos productivos más económicos

Reproducción Humana

• “España: nació un bebé de diseño sin un gen vinculado al cáncer de mama”-Clarín 18/3/11.

• Barcelona: entre Hospital Sant Pau más Fundación Puigvert con el laboratorio Reprogegétics.Puigvert con el laboratorio Reprogegétics.

• Mutación de BRCA1.

• Antes, se usó para evitar FQ y anemia Falcioni (para tratar hermano).

Biotecnología y Reproducción Humana

Enfermedad mitocondrial: Tres “padres”

Proyecto Genoma HumanoLogros

• Desarrollo de tecnología para secuenciar.• Todos los seres humanos igual genoma.• Determinación de las variaciones en el Genoma Hu:

single nucleotide polymorphism.• Genómica funcional.• Genómica funcional.• ELSI• Formar investigadores: genómica• Bioinformática• Oportunidades para la ciencia: evolución

Principales compras (“buyouts”) de empresas

“biotech” **

Compañía (localización)

Adquirida por y mes

Monto (USD Bn)

Chiron (California) Novartis Suiza)

Abril 2006

5,1

MedImmune Maryland

Astra ZenecaJunio 2007

15,6

Millenium Massachussets

Takeda JapónMayo 2008

8,8

Genentech Roche 43,7

ImClone BMS (propuesta) 4,5

Bioterapéuticos: altos precios

• Glybera, which fights a blood-clogging condition called lipoprotein

lipase deficiency (LPLD), costs about €780,000 a patient.

• Made by UniQure, a small Dutch biotech company .

• “If you compare it with the lifetime costs of care that it is saving,

the price is very reasonable, you might even say low.”the price is very reasonable, you might even say low.”

• Similar arguments were made by Gilead Sciences of the US to

defend the $84,000 price of a 12-week course of its breakthrough

hepatitis-C medicine, Sovaldi

Programa de Biotecnología