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Aplicación de la Biotecnología en la industria alimentaria
SEGURIDAD ALIMENTARIA
29 Septiembre 2016.
Francisco Javier Echevarría
Director General de Biopolis S.L.
INDICE
1. Introducción
2. Antecedentes históricos
3. Situación actual
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
5. El consumidor
6. Resumen
7. Conclusiones
1. Introducción
2. Antecedentes históricos
3. Situación actual
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
5. El consumidor
6. Resumen
7. Conclusiones
Conceptos biotecnológicos
GENES
¿Qué es biotecnología de alimentos?
1. Introducción
2. Antecedentes históricos
3. Situación actual
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
5. El consumidor
6. Resumen
7. Conclusiones
Antecedentes
Antecedentes
MUTACIÓN CRUCE SEXUAL
INDICE
1. Introducción
2. Antecedentes históricos
3. Situación actual
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
5. El consumidor
6. Resumen
7. Conclusiones
La base molecular de la vida
Genotipos y fenotipos
PROPIEDADES (FENOTIPO)
GENOMA (GENOTIPO)
MEDIO AMBIENTE
La investigacion en la industria alimentaria
• Biopolis SL está ubicada en un edificio de 1500 m2 en el Parc Cientific de la Universitat de València
• En este edificio cuenta con once laboratorios y dos plantas de producción (una GMO y otra no-GMO), así como toda una serie de instalaciones anejas
• Todas las instalaciones han sido autorizadas por la Comisión Nacional de Bioseguridad
1. Introducción
2. Antecedentes históricos
3. Situación actual
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
5. El consumidor
6. Resumen
7. Conclusiones
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
a. Materias primas
b. Procesado de alimentos
c. Revalorización de residuos
d. Seguridad Alimentaria
Comer mutantes
Col Coliflor
Col de Bruselas
Brócoli
Repollo
Yema terminal
Yema floral
Flores y tallos
Yema lateral
Coliflor
Brecol
Cale
Hojas
Tallos
Colrabi
Coles de Bruselas ANCESTRO
Mutantes por irradiación
Pomelo Hudson
Naranja dulce
Pummelo
Pomelos ancestrales
Pomelo Star Ruby
Gallinas ponedoras
Gowe and Fairfull. 1985. Annals Agric. Fenniae 23: 196-203
La ingeniería genética
• Permite trabajar con genes aislados en lugar de hacerlo con genomas
• Las mejoras se direccionan: ya no hay azar
• Como consecuencia el conocimiento molecular de la modificación genética introducida es mucho más elevado
• Permite saltar la barrera de especie
Cultivos transgénicos 2013
• Se plantaron 175.2 millones de hectáreas de plantas transgénicas (un incremento del 2.7% con respecto al año anterior); usaron semillas transgénicas 18 millones de agricultores; el 90% de estos agricultores viven en países pobres
• Se cultivaron en 27 países, sobre todo Estados Unidos (70.1 MHa), Brasil (40.3 MHa), Argentina (24.4. MHa), India (11 MHa)(, Canadá (10.8 MHa) y China (4.2 MHa); en la UE ocho países cultivaron transgénicos; por quinto año consecutivo impresionante crecimiento en Brasil
• Desde su uso en 1996, se han tomado más de 100 millones de decisiones de uso de esta tecnología por parte de los agricultores (su porcentaje de reuso está próximo al 100%), se han ahorrado497 millones de kg de pesticidas y reduciendo la emisión de CO2 en 2.67 billones de kg
• Sobre todo se cultiva soja (50%), maíz (31%) y colza (8%)
I S A A A
La soja transgénica
PEP +
siquimato-3P
Glifosato
El maíz transgénico
Variedad silvestre Maíz Bt
Proteína Bt
Bacillus thuringiensis
El arroz dorado (109 P. Novel)
IPP
GGPP
FITOENO
-CAROTENO
LICOPENO
-CAROTENO
Fitoeno sintasa
Fitoeno desaturasa
Licopeno ciclasa
NARCISO
Erwinia uredovora
Vacas transgénicas
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
a. Materias primas
b. Procesado de alimentos
c. Revalorización de residuos
d. Seguridad Alimentaria
Procesado de alimentos
Procesado de alimentos
•Inflamación intestinal: Bifidobacterium longum ES1
•Rotavirus: Bifidobacterium longum subsp. infantis CECT 7210
•Sistema inmunitario: Bifidobacterium breve I-4035, Lactobacillus paracasei I-4034, Lactobacillus rhamnosus I-4036
Ensayos clínicos Identificación Seguridad Escalado Producción Selección
•Helicobacter pylori: Bifidobacterium bifidum CECT 7366
•Síndrome metabólico: Bifidobacterium animalis subsp. lactis CECT 8145
•Vaginosis: Lactobacillus rhamnosus
Evaluación
Procesado de alimentos
Probiótico frente a celiaquía
Biopolis SL
Placebo
B. longum ES1
Probióticos en leches infantiles
Probiótico frente a rotavirus
Biopolis SL
Probióticos para el sistema inmune
Biopolis SL
Probióticos en formas galénicas
Probióticos en formas galénicas
Polvo de cacao funcional
• Existen muchas referencias bibliográficas sobre el efecto de los polifenoles del cacao en la prevención del riesgo cardiovascular
• Un polvo de cacao convencional contiene un 3-4% de polifenoles
• Un producto con mayor contenido en polifenoles tendría mucho valor comercial
• La clave: inhibición de las polifenoloxidasas durante el procesado post-cosecha
Productos en el mercado
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
a. Materias primas
b. Procesado de alimentos
c. Revalorizacion de residuos
d. Seguridad Alimentaria
Revalorización de resíduos
• Paja de trigo • Bagazo • Materiales
lignocelulósicos • Suero de quesería • Fases ricas en glicerol
de biodiesel • Restos grasos de
matadero • Aguas de producción
de mantequillas • Residuos de almazara • Aceites de fritura • Residuos urbanos • Residuos municipales
(RSU) • Gas de síntesis (CO +
H2) • Biogas (metano +
CO2)
• Metanol • Etanol • 1,3-propanodiol • 2,3-butanodiol • Ácido L-láctico • Butanol • Iso-butanol • Dihidroxiacetona • Poli-3-hidroxibutirato • Poli-3-hidroxibutirato-
co-valerato • mcl-PHA • Ácidos (R)-3-hidroxi
alcanoicos
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
a. Materias primas
b. Procesado de alimentos
c. Revalorización de residuos
d. Seguridad Alimentaria
El inicio de la secuenciación genómica
•Las primeras tecnologías para la secuenciación
del DNA se inventaron a finales de la década de
los 70
•Dos grupos diferentes, el de Maxam y Gilbert en
la Universidad de Harvard y el de Sanger en la
Universidad de Cambridge, desarrollaron dos
métodos para hacerlo
•La tecnología de Sanger ha sido la más usada; su
método se basa en la separación electroforética
El primer genoma humano
• El gran logro de estas técnicas fue conseguir
secuenciar el genoma humano
• El 15 de febrero del 2001 se publicaba en la revista
Nature el primer borrador del genoma humano
obtenido por el “International Human Genome Project”
• Un día más tarde, la revista Science publicaba un
segundo borrador obtenido por la compañía
norteamericana Celera Genomics
• En ambos casos, los datos se obtuvieron mediante la
tecnología de Sanger
La prehistoria
Los números de la tecnología Sanger
• La tecnología capilar de Sanger detecta 500-600
bases de un total de 96 reacciones en 10 horas,
de forma que es posible producir 115.000 bases
por día
• Se han desarrollado procesos de preparación de
muestras que son altamente eficaces
• También se dispone de buenos programas
bioinformáticos para procesar la información
generada
• Aun así, secuenciar un genoma humano con
Secuenciación genómica masiva
En el año 2005 comenzaron a aparecer estrategias de secuenciación del DNA totalmente
diferentes de la secuenciación capila.
En estos equipos, llamados de “secuenciación genómica masiva”, se consiguen lecturas
mucho más altas por instrumento y día y a un menor coste
• Se ha producido una competencia feroz entre las diferentes compañías que han creado estas
máquinas; el resultado final ha sido una mayor longitud de lectura, una cantidad mayor de
lecturas/día, un incremento de la fiabilidad y una bajada de precios
La carrera genómica
10 años
3000 millones $
3000 científicos
3 semanas
4000-8000 €
1 técnico FP
2001
2016 Q1
El futuro
10 minutos
200 $
¿1/4 técnico FP?
1970 1990 2017
Plataformas actuales
• El pasado domingo se habíann
secuenciado completamente 75.000
genomas de distintos animales,
plantas y microorganismos
• Entre otros genomas de interés
agroalimentario se han secuenciado
los genomas del arroz, el maíz, el
trigo, la judía, la uva, el tomate, el
cacao, la levadura pandera, etc .
Secuenciación de genomas
FoodDNA Inspector (I)
FoodDNA Inspector (II)
98% material vegetal 1
1% material vegetal 2
1% excipient
Componente Lote 1 Lote 2
Material vegetal 1 97% 65%
Material vegetal 2 1.5% 0.5%
Otros 1.5% 34.5
Otros Lote 2
Material vegetal 3 97%
Material vegetal 4 1.5%
Material vegetal 5
Material vegetal 6
Material vegetal 7
FoodDNA Inspector (III)
Pueden llevarse a cabo desarrollos equivalentes para mezclas de especies
animales basada en la amplificación de genes del DNA mitocondrial
MicroSeq (I)
Permite detectar todos los microorganismos presentes en una muestra,
aunque no estén estipulados previamente, y en una única reacción de
secuencia
Tiras API (10-40 €/muestra)
Cultivo (20-60 €/muestra)
PCR/qPCR (5-20 €/muestra)
CompleteSeq
• Secuenciación completa del genoma de
un microorganismo
• Tenemos gran experiencia en la
secuenciación de genomas bacterianos y
levaduriformes
• Gran utilidad en estudios de seguridad
alimentaria de nuevas cepas microbianas
• Útil en procesos de protección industrial
Transcriptseq (I)
Bifidobacterium (15 cepas)
Streptococcus (9 cepas)
Lactobacillus (75 cepas)
ESCRUTINIO MASIVO
C. elegans
BA17 fem-1
Placas NG
4 días
Huevos
(1mL Buffer M9)
1 día
L1 Larvae
M9 + Colesterol Probiótico
Inhibición E. coli
3 días
Estrés oxidativo
20°C
25°C
Viabilidad
5 horas
Sincronización Alimentación
25°C 25°C
Adultos
Ensayo
G. Grompone, M.C. Degivry, D. Ramón, P. Martorell, N. González, S. Genovés, S. Legrain-Raspaud, I. Chabaud, R, Bourdet-Siscard. (2011). Method for selecting bacteria
with antioxidant activity. WO2011/083353A1
1
2
C. elegans
wild –type (N2)
Estrés
oxidativo
(3mM H2O2)
5 horas 5 días
NG-OP50
NG-probiótico
Transcriptseq (II)
• En general, las bacterias lácticas incrementan ligeramente la resistencia al estrés
oxidativo; no se observó efecto en las bifidobacterias ensayadas
• Se detectó un fuerte efecto en once cepas pertenecientes a los géneros Lactobacillus y
Streptococcus; una de ellas, denominada Lactobacillus rhamnosus CNCM I-3690,
funcionó de forma muy eficaz
Transcriptseq (III)
1. Introducción
2. Antecedentes históricos
3. Situación actual
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
5. El consumidor
6. Resumen
7. Conclusiones
El consumidor
• El problema del hambre en el mundo no se resuelve sólo con genética, precisa sobre todo de medidas políticas y sociales
• No hay datos científicos que avalen las posiciones contrarias
Seguridad alimentaria
• Los transgénicos autorizados son los alimentos más evaluados de toda la historia de la alimentación
• Siguiendo los criterios de OMS, en todos lo alimentos transgénicos autorizados se ha analizado la composición nutricional, la alergenicidad y la toxicidad
• No hay datos científicos que permitan concluir que cualquiera de todos estos alimentos transgénicos sean mejores o peores para la salud del consumidor que los convencionales correspondientes
¿Qué es para el consumidor?
El genoma humano
• Desde el año 2001 disponemos de la secuencia completa del genoma humano que está compuesta por unos 23000 genes; sólo conocemos la funcionalidad de la mitad
• Costó 3000 millones de dólares y casi diez años de trabajo de más de 3000 científicos
• En muchos casos ya conocemos que genes de nuestro genoma se relacionan con metabolopatías con posible prevención nutricional o con las sensaciones organolépticas
• Con estas herramientas hemos descubierto los metagenomas
Genómica comparativa
• Los ratones mutantes ob/ob que no producen leptina son obesos; lo mismo pasa con los ratones mutantes db/db o las ratas mutantes fa/fa que son defectivas en el receptor de leptina
• En humanos hay genes equivalentes
• En humanos se han descrito defectos congénitos en la vía de leptina que se asocian a una obesidad mórbida temprana
• En el genoma humano ya se han identificado más de 300 genes relacionados con obesidad
Sistemas de escrutinio
Efecto antioxidante
Longevidad
Inflamación
Enfermedad de Alzheimer
Replicación de virus
Colonización de bacterias
Obesidad
Extractos vegetales
Probióticos
Moléculas aisladas
Refrescos carbonatados
Yogurt
Fracciones de purificación
Zumos de frutas
Cerveza
Café
Harinas demaíz
Probiótico antioxidante
Biopolis SL
La metagenómica intestinal
• Un kilo de peso de un individuo de 70 kg de peso son sus microorganismos
• Hay cambios de microbiota intestinal en obesos, en celíacos o en diabéticos
• La microbiota intestinal cambia a lo largo del embarazo
Las cifras
• A fecha de hoy tenemos datos genómicos de 75000 organismos distintos
• De ellos, casi mil son arqueas, más de 39000 son bacterias y el resto microorganismos eucariotas
• También se han secuenciado los microbiomas de muchas muestras biológicas y ambientales
• Nunca habíamos dispuesto de una información biológica de esta envergadura
http://www.genomesonline.org/cgi-bin/GOLD/index.cgi
Comparativa cantidad de genes
1. Introducción
2. Antecedentes históricos
3. Situación actual
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
5. El consumidor
6. Resumen
7. Conclusiones
Resumen
1 Oportunidad para la nutrición
2 Oportunidad para la industria
3 Oportunidad para la sociedad
1. Introducción
2. Antecedentes históricos
3. Situación actual
4. Aplicaciones en la industria alimentaria
5. El consumidor
6. Resumen
7. Conclusiones
La reflexión final
A lo desconocido no hay que tenerle miedo, simplemente hay que entenderlo
(Marie Curie, 1867-1934)
( +34 963 160 299
- +34 963 160 367
* Parc Científic Universitat de València, Edificio 2,
C/ Catedrático Agustín Escardino Benlloch, 9,
