Venancio Arahana, PhD.
BIOTECNOLOGÍA
MODERNA: HISTORIA Y
PERSPECTIVAS
Uso de la tecnología del ADN recombinante y
otras técnicas para aislar, manipular e insertar
genes y genomas, en células con fines
predeterminados.
BIOTECNOLOGÍA MODERNA
ADN y Flujo de información genética
Organismos genéticamente modificados
Clonación
Ómicas
Genómica
Transcriptómica
Proteómica
Algunas Aplicaciones
Biología Sintétita
Consideraciones éticas
EN ESTA PRESENTACIÓN
Fundamento: ADN
C0MPRENSIÓN DE LA MOLÉCULA
Rosalind Franklin
Maurice Wilkins
Watson y Crick
Chagraff
ADN
DESARROLLO DE LA
BIOLOGÍA MOLECULAR
UN GEN = UNA PROTEÍNA
Transcripción Traducción
FLUJO DE INFORMACIÓN
Jacob y Monod 1961
CÓDIGO GENÉTICO
Marshall Niremberg
Severo Ochoa
1963
Ejemplo: Enzima
CÓMO FUNCIONA UNA PROTEÍNA
TRANSFORMACIÓN
GENÉTICA
MANIPULACIÓN DEL
ADN
ENZIMAS DE RESTRICCIÓN 1961
PLÁSMIDOS, 1973
Stanley Cohen Herbert Boyer
Gellert, Lehman, Richardson, Hurwitz
DNA LIGASA, 1967
TECNOLOGÍA DE ADN RECOMBINANTE
1970’S
ORGANISMOS GENÉTICAMENTE
MODIFICADOS
Bacterias
Hongos
Plantas
Animales
MICROORGANISMOS
GENÉTICAMENTE
MODIFICADOS
BACTERIA GENÉTICAMENTE
MODIFICADA: EL CASO DE LA INSULINA
Producción de
insulina en
reactores a gran
escala
Insulina comercial
ALGUNOS EJEMPLOS DE MICROORGANISMOS
GENÉTICAMENTE MODIFICADOS
Producción 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
Salió al mercado en 2009
PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS A
GRAN ESCALA
Hormona de crecimiento
humano
Se produce en E. coli desde
1997
Factor VIII de coagulación
Producción en cultivo de
células de mamífero: ratón
Propiedades idénticas al
FVIIII humano
ANIMALES
GENÉTICAMENTE
MODIFICADOS
ANIMALES GENÉTICAMENTE
MODIFICADOS
Tracey
Primera oveja transgénica
Creada en 1992 en Reino Unido
Propiedad: Producción alfa -1-tripsina
Salmón, tilapia y carpa transgénicas
Tamaño incrementado mediante hormona de crecimiento
Glofish
Pez zebra modificado genéticamente
Salió al mercado en el 2003
Propiedad: fluorescencia mediante proteína GFP
Enviropig
Modificados para lograr una mejor asimilación de fósforo en el animal.
El excremento tiene cantidades menores de P: manejo de ganado más amigable con el ambiente
MOSQUITOS GENÉTICAMENTE
MODIFICADOS
Malaria: 225 millones
de casos/ año
Dengue: 50-100
millones de casos/ año
Mosquitos genéticamente
modificados con tecnología
RIDL: liberación de insectos
portadores de un letal
dominante
PRODUCCIÓN DE HORMONA DE
CRECIMIENTO HUMANO EN LECHE BOVINA
2002: Nació en Argentina la
primera ternera clonada y
genéticamente modificada
para producir HCH
Cada vaca podría generar
5kg/año de HCH
Empresa BioSidus inició
proyecto Tambo
Farmaceútico para la
producción de leche
portadora de HCH y otras
hormonas y proteínas
humanas en el futuro.
PLANTAS
GENÉTICAMENTE
MODIFICADAS
Agrobacterium tumefaciens
PRINCIPALES TÉCNICAS
BIOBALÍSTICA
EJEMPLOS DE PLANTAS GENÉTICAMENTE
MODIFICADAS
Cultivos Bt
Maíz, algodón, arroz,
berenjena, etc.
Cultivos RR
Soya, maíz, arroz, canola, alfalfa,
rábano, remolacha, algodón, etc .
SOYA 305423
• Cambiar la composición de ácidos
grasos en los granos de soya, para
producir un aceite con bajo
porcentaje de ácidos grasos
saturados.
• Producto desarrollado por Pioneer
• Producto aprobado para importación
y uso en México, Corea, Canadá y
Japón
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 proteína AmA1 es recomendada por la WHO por presentar un contenido proteico balanceado y contener 7 aminoácidos esenciales
Investigación financiada por el Instituto Nacional de Investigación Molecular de Plantas en India, en el 2010
La investigación está en una fase inicial de desarrollo
Tolerancia a la sequía La agricultura es una de las
principales responsables de la
desertificación.
Concepto Producir plantas que puedan
crecer en estas zonas.
Beneficios Aumentar la producción.
Mejorar la utilización del agua:
reducir el comsumo de agua.
Sostenibilidad ambiental.
PLANTAS MODIFICADAS
GENÉTICAMENTE CON
TOLERANCIA A LA SEQUÍA
Ejemplo:
Papa 100294
• Evento desarrollado en 1994
• Proyecto financiado por Max Planck
Institute of Molecular Plant Physiology
• Uso confinado aprobado en Alemania
PRODUCTOS CON GENES APILADOS
Maíz Bt11xMIR162xMIR604xGA2:
SmartStax
8 genes apilados
Características adquiridas:
Resistencia a lepidópteros
Resistencia a glufonisato
Resistencia a glifosato
Uso de manosa como fuente de carbono
ORGANISMOS GENÉTICAMENTE
MODIFICADOS
Generan nuevos productos:
Ejemplo: en el campo médico
productos como la insulina
En el campo agrícola:
Variedades mejoradas: producción, calidad
Las organismos genéticamente modificadas podrían 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
PERCEPCIÓN PÚBLICA
Durante los últimos años ha existido una gran campaña
de desinformación sobre organismos genéticamente
modificados, sin fundamentos y extremista.
El consumidor requiere de información veraz y
equilibrada para poder tomar una decisión de si
consumir o no transgénicos.
Una debilidad del consumidor en términos
generales es su nivel de educación.
Se requiere de programas de difusión adecuados.
No existe riesgo cero, pero con un análisis
adecuado se pueden desarrollar medidas de
control y manejo: Bioseguridad
CLONACIÓN
Ian Wilmut y Keith Campbell
1996
OVEJA DOLLY: PRIMER MAMÍFERO CLONADO
Desde 1992 se han clonado 19 mamíferos:
Ratón
Oveja
Macaco
Cerdo
Gaur
Vaca
Hurón
Búfalo
Muflón
ESPECIES ANIMALES CLONADAS
Gato
Conejo
Mula
Venado
Caballo
Rata
Camello
Toro de lidia
Perro
Bucardo
CLONACIÓN TERAPEÚTICA
…ÓMICAS…
Ómicas
Genó-mica
Metabo-lómica
Prote-ómica
Transcrip-tómica
GENÓMICA
Conocer la secuencia completa de
ADN de un organismo.
1958 y 1975
PROYECTO GENOMA HUMANO
Historia:
El proyecto inició formalmente en 1990 con una predicción de
15 años de duración
Países participantes: Estados Unidos, Reino Unido,
Francia, Alemania, Japón, China e India.
Objetivo:
Obtener la secuencia y el mapa genético del genoma
humano "universal"
Tecnología 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 proteínas
Primer borrador se obtuvo en el 2000
Inicio del proyecto: 2008
En el 2010 culminó la fase piloto e inició la fase de producción que implica la secuenciación de 2 000 genomas
En octubre 2012 se anunció la secuenciación de 1092 genomas
Objetivo 1: catalogar las variaciones genéticas humanas y relacionarlas con la respuesta frente a enfermedades
Objetivo 2: Conseguir una plataforma amplia de referencia sobre el genoma humano
SECUENCIACIÓN DEL GENOMA DEL
ARROZ
Segundo cultivo de mayor extensión en el mundo (después del maíz)
Alimento principal del 50% de la población mundial
Ecuador: producción aproximada de 800 000TM/año
Secuenciación culminó
en el 2005
32 000 genes
Tamaño genoma: 390 MB
Primer cultivo
seleccionado para
secuenciar genoma
completo
Mapa genómico del arroz, se observan los 12 cromosomas. Las regiones
cuadradas representan introgresiones de genes de otras especies a lo largo
del tiempo
Objetivo: Secuenciar el genoma de 1000 especies vegetales
Las especies seleccionadas presentan alguna utilidad
potencial: medicina, agricultura, producción de metabolitos
secundarios, etc.
El proyecto inición el 2008
Continúa en ejecución, se puede acceder a los resultados en
la página web del proyecto: http://www.onekp.com
PROYECTO 1000 GENOMAS VEGETALES
Objetivo: secuenciad 1001 líneas de
Arabidopsis thaliana
Proyecto inició en el 2008
Hasta noviembre 2011 se han
secuenciado 503 genomas
La información del proyecto está
disponible en:
http://1001genomes.org/
PROYECTO 1001 GENOMAS ARABIDOPSIS
SECUENCIACIÓN DEL GENOMA DE LA
VACA
Ganado bovino es el más
importante a nivel
mundial
Existen alrededor de 1.3
billones de vacas en el
mundo
La secuenciación del
genoma tendrá un gran
impacto en cría selectiva
Secuenciación culminó
en el 2009
Tamaño del genoma:
3GB
22 000 genes
80% de genes
compartidos con el ser
humano
Objetivo: Establecer un zoológico genético (genoma
de 10 000 especies de animales vertebrados)
El proyecto inició en el 2009, desde entonces ya se
han secuenciado 120 genomas
Página oficial del proyecto:
https://genome10k.soe.ucsc.edu/collaborators
PROYECTO GENOME 10K
Una vez dilucidada la secuencia, lo importante es
conocer el mensaje que transmite y la forma en que
es regulada
ES LA SECUENCIA SUFICIENTE?
Análisis de el perfil total de
expresión de genes bajo una
condición específica
Ejemplo: respuesta a un tipo de
estrés o tratamiento
TRANSCRIPTÓMICA
Conjunto total de proteínas que se encuentran en una célula
en un momento determinado
PROTEÓMICA
Interacción entre genes+ Mecanismos
de regulación del flujo de información
Determina el funcionamiento celular y de los
organismos
Clave para comprender
procesos biológicos
Algunas aplicaciones
Metagenómica
Farmaco-genómica
Vida=ADN
…
BIOLOGÍA SINTÉTICA
Unidad de información= GEN
LA IDEA
Vida= código de 4 letras= ADN
2005: Inicia el proyecto Creación Vida
Sintética
PROYECTO INSTITUTO CRAIG VENTER
2 grupos trabajo
Síntesis ADN Trasplante ADN en organismos
huésped
IDEA GENERAL DE TRASPLANTE DEL ADN
Bacteria huésped:
Mycoplasma
capricolum
Inserción de ADN
sintético foráneo
Sustitución del
cromosoma natural por
el cromosoma sintético
Bacteria huésped:
Mycoplasma
capricolum
Inicio de la síntesis de
proteínas a partir del
genoma sintético
Multiplicación de células
sintéticas
Primera Revolución:
Agricultura
10 000 años atrás
Segunda Revolución:
R. Industrial
Principios del siglo XIX
Tercera Revolución??
Creación vida sintética
2010
FUTURAS APLICACIONES
Microorganismos
sintéticos para
elaboración de vacunas
Microorganismos sintéticos
para producción de
biocombustibles Microorganismos
sintéticos para
biorremediación
Y PRINCIPALMENTE…
Producida en
microorganismos
sintéticos
CONSIDERACIONES
ÉTICAS
Toda tecnología en desarrollo requiere tener parámetros 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 está realizando.
ADN es información y el uso de esa información requiere el
seguimiento de parámetros éticos.
A nivel de seres humanos el uso de la información requiere
del consentimiento informado de cada persona y a nivel de
información de recursos genéticos se requiere seguir con la
legislación pertinente en cada país .
Al momento actual el desarrollo tecnológico en este campo
debe tener dos grades objetivos: el bienestar humano y el
bienestar de los otros seres vivos y del ambiente .
CONSIDERACIONES
ÉTICAS
GRACIAS