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Universidad Mayor y Pontificia San Francisco Xavier de Chuquisaca, Sucre, Agosto de 2016
Dra. María Antonia [email protected]
Biotecnología: enseñanza y divulgación http://[email protected]
¿QUE ES LA BIOTECNOLOGÍA?
LA LÍNEA DEL TIEMPO
BIOTECNOLOGÍA
Actividad basada
en conocimientos multidisciplinarios,
que utiliza agentes biológicos
para hacer productos útiles o resolver problemas
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
o Es una actividad multidisciplinar que incide en varios sectores productivos:
industria, energía, medio ambiente, agricultura, pecuaria, alimentos y salud.
o Permite la coexistencia de tendencias generales (globalización) y locales en
función de los recursos naturales y la estructura político-económica de cada
país.
o Nace en Universidades e Centros de Investigación, y se desarrolla en
empresas de diferente porte, públicas e privadas, dentro de un sistema
económico que busca la obtención de ventajas y lucro.
o Avanza rápidamente, levantando cuestionamientos relativos a la ética y a la
bioseguridad.
IMPORTANCIA DE LA PERCEPCIÓN PÚBLICA
o Impulsa, regula y/o limita el desarrollo de la biotecnología.
o Ejerce su influencia de manera diferente en cada uno de los sectores productivos.
o Depende de lobbies y grupos de opinión que actúan a través de campañas de marketing.
ANTIGUAS CIVILIZACIONES
SIGLO XIX – REVOLUCIÓN INDUSTRIAL
C&T herramientas para tratar algunos de los problemas de lasociedad.
SIGLO XIX: CIENCIA & TECNOLOGÍA
Microbiología Teoría de la biogénesis (Pasteur)
Teoría microbiana de la fermentación (Pasteur)
Teoría de los gérmenes (Pasteur, Koch) e Postulados (Koch)
Métodos microbiológicos (Coloración y cultivos puros)
Principios de antisepsia (Lister)
Biología celular
Teoría celular (Schleiden y Schwann)
Cultivos de tejidos animales (Roux), más tarde Carrel (1912)
Evolución Teoría de la selección natural (Darwin,1859)
Genética Teoría de la herencia (Mendel, 1865)
Bioquímica Refutación del principio de la vida (Wohler), enzimas (Kuhne, Buchner)
Inmunología Fagocitosis y teoría de la inmunidad celular (Metchnikoff), inmunización (Pasteur), quimioterapia (Ehrlich)
SIGLO XX: CONFLICTOS BÉLICOS
SIGLO XX: 1a GUERRA MUNDIAL
Chaim Weizmann y la producción de acetona por Clostridium acetobutilycum
PRIMERA DEFINICIÓN DE BIOTECNOLOGÍA
La ciencia de los métodos que permiten laobtención de productos, a partir de materia-prima, mediante la intervención de organismosvivos (Ereky, 1919).
2a GUERRA MUNDIAL
Fleming descubre la penicilina
Florey y Chain la obtienen en cantidad
PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE PENICILINA
Penicillium chrysogenum
Scale up
BIOLOGIA MOLECULAR
1940 - 1953
o DNA e información genética
o Los bacteriófagos como “ genes desnudos”
o El concepto “un gene, una enzima”
o La estructura de la dupla-hélice y su duplicaciónhttp://www.yourgenome.org/sites/default/files/downloads/video/dna-replication/dna-replication-720p.mp4
o Descubrimiento de la ADN-polimerasa
o Las enfermedades moleculares
o La síntesis de proteínas y el código genético
https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA
o El óperon bacteriano
Primera Base
Segunda Base
Tercera Base Uracilo (u) Citosina (c) Adenina (a) Guanina (g)
Uracilo
(u)
F (Phe)
F (Phe)
L (Leu)
L (Leu)
S (Ser)
S (Ser)
S (Ser)
S (Ser)
Y (Tyr)
Y (Tyr)
---
---
C (Cys)
C (Cys)
---
W (Trp)
(u)
(c)
(a)
(g)
Citosina
(c)
L (Leu)
L (Leu)
L (Leu)
L (Leu)
P (Pro)
P (Pro)
P (Pro)
P (Pro)
H (His)
H (His)
Q (Gln)
Q (Gln)
R (Arg)
R (Arg)
R (Arg)
R (Arg)
(u)
(c)
(a)
(g)
Adenina
(a)
I (Ile)
I (Ile)
I (Ile)
M (Met)
T (Thr)
T (Thr)
T (Thr)
T (Thr
N (Asn)
N (Asn)
K (Lys)
K (Lys)
S (Ser)
S (Ser)
R (Arg)
R (Arg)
(u)
(c)
(a)
(g)
Guanina
(g)
V (Val)
V (Val)
V (Val)
V (Val)
A (Ala)
A (Ala)
A (Ala)
A (Ala)
D (Asp)
D (Asp)
E (Glu)
E (Glu)
G (Gly)
G (Gly)
G (Gly)
G (Gly)
(u)
(c)
(a)
(g)
BIOTECNOLOGÍA E INDUSTRIA
Detrás de los bastidores
Producir substancias que atiendan a las necesidades
de otras industrias
Ajustarse rápidamente a cualquier cambio en el
costo de la materia-prima o de la energía.
Mantener las vías química y biológica como alternativas
posibles
INDUSTRIA QUÍMICA
PRINCIPALES OBJETIVOS DE LA VÍA BIOLÓGICA
o Multiplicación de microorganismos para la obtención de biomasa (levaduras, rizobios, proteína unicelular, etc.)
o Obtención de productos microbianos (antibióticos, aditivos, alcohol, enzimas etc.)
o Conversión de una substancia en otra (transformación de esteroides, isomerización de glucosa a fructosa, etc.)
o Limpieza de un solvente (tratamiento de efluentes etc.)
LA VÍA BIOLÓGICA ES INTERESANTE CUANDO ...
o La ruta metabólica que conduce de la materia-prima al producto final consta de varias etapas.
o La materia-prima es barata (biomasa) y el costo es competitivo.
o Menor impacto ambiental.
o Proceso productivo que puede mejorarse siendo posible diseñar nuevos productos (OGMs)
Preparación del medio y esterilización
Entrada del inóculo Controles (Temp, pH)
Entrada de aire esterilizado
Tratamiento final
Subproductos Productos Residuos
EL PROCESO FERMENTATIVO (BIOPROCESO) GENÉRICO
FASE DE LABORATORIO
Preparación del inóculo
FASE INDUSTRIAL
o Fuente de energía y de carbono: glucosa, almidón etc.
o Fuente de nitrógeno
• Inorgánica (sulfato de amonio, nitrato de potasio etc.)
• Orgánica (asparraguina, succinato de amonio, glutamato, urea etc.)
• Compleja (harina de soja, peptona etc.
o Sales minerales (fosfato de potasio, cloruro de magnesio, cloruro de
calcio etc.)
o Micronutrientes: hierro zinc, manganeso, cobre, cobalto, molibdeno)
LOS MEDIOS DE CULTIVO
Explotación comercialSuero de leche, melaza de caña o de remolacha, almidón de maíz etc.
Procesos enzimáticos demandan los precursores y cofactores necesarios para que la enzima pueda ejercer su actividad catalítica.
METABOLITOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS
En bancos y colecciones de cultura.
Difieren de las originales por tener alteraciones metabólicas y genéticas que las tornan más eficientes.
Sobreviven poco tempo en el medioambiente.
LAS CEPAS INDUSTRIALES
Metodología HTS para selección y evolución de líneas bacterianas
EL CAMBIO DE ESCALA
Metabolitos primarios
Alcoholes y solventes (Etanol, butanol, acetona etc.)
Ácidos orgánicos ( Ácido láctico, ácido cítrico, ácido acético etc.)
Aminoácidos (Monoglutamato de sodio, aspartame etc.)
Polisacáridos (Xantana, dextranos, agar, alginatos)
Nucleótidos y nucleósidos
Vitaminas (B2, C y B12)
Colorantes (β-caroteno etc.)
Metabolitos secundarios
Moléculas para la salud humana y animal (Anti-bacterianos, anti-virales, sueros, vacunas, etc.)
Moléculas para la agricultura (Insecticidas y pesticidas, factores de crecimiento)
Moléculas para la industria de alimentos (Condimentos y aromatizantes)
Enzimas
Bioplásticos
Biocombustibles
LOS PRODUCTOS DE LA VÍA BIOLÓGICA
ENZIMAS
APLICACIONES
Industria de alimentos e bebidas (clarificación de vinos y jugos de frutas, tratamiento del
almidón en reemplazo del malteado en la elaboración de cervezas, fabricación del pan,
masitas y galletas, producción de edulcorantes, fabricación de lácteos, suplemento de
raciones animales).
Productos de limpieza (detergentes y jabones para la ropa para la remoción de manchas
difíciles, productos para limpiar dentaduras y lentes de contacto).
Industria textil (desengomado de telas, terminación de jeans).
Curtiembres (ablandamiento de cueros).
Industrias de papel y celulosa (blanqueamiento de pulpa de celulosa).
Cosmética (productos de higiene bucal, depilatorios, tratamiento de acné y de caspa,
cosmocéuticos en general).
Industria farmacéutica (reactivos para análisis clínicos, nucleasas para manipulación de
ADN).
Tratamientos médicos (tratamiento de inflamaciones, edemas y lesiones, disolventes de
coágulos sanguíneos, agentes terapéuticos para trastornos digestivos).
ORIGEN MICROBIANA, FUNDAMENTALMENTE https://www.novozymes.com/es
BIOPOLÍMEROS Y BIOPLÁSTICOS
o Síntesis biológica
• Celulosa, almidón y aceites vegetales.
o Polimerización de una molécula básica, proveniente de una fuente renovable (Polilactato o PLA).
o Polímeros de origen bacteriana
• Polihidroxialcanoatos PHA's y polihidroxibutiratos PHB's.
BIOCOMBUSTIBLES
Inicio del siglo XX – Motores de ignición
Por centella / etanol de maíz (Henry Ford)
Por compresión / aceite de maní (Rudolf Diesel)
Década de 1920
Gasolina y aceite diesel
Crisis del petróleo (1970)
Etanol y biodiesel como fuentes alternativas
Substitución de la gasolina dependerá del precio del petróleo, de la tecnología disponible y del proceso productivo.
ETANOL
PAÍSES PRODUCTORESBrasil, Estados Unidos, Canadá, China,
Unión Europea (Francia, Alemania, India).
MATERIA-PRIMA
Evaluación
Justificativa
(-) Desmatamiento y pérdida biodiversidad causada por la expansión de un producto agroindustrial.
(+/-) Substitución de las quemadas y mecanización (2014).
(+) Integración del proceso productivo (aglomerado, ración animal, adobo, celulosa, bagazo y generación de energía).
(+) Mejoramiento genético de la caña de azúcar y de la levadura (genómica).
BRASIL
29,2 bilhões de litros / año; 400 industrias
+ de 3.000.000 de coches utilizando alcohol hidratado; gasolina con 20 a 24% de alcohol anhidro.
Tecnología Flex Fuel.
MATERIAL SÓLIDO FIBROSOEFLUENTE LÍQUIDO
ESTIÉRCOL
BIOGÁS
Moléculas complejas (polímeros)
Moléculas simples (monómeros)
Ácidos y alcoholes
Acetato
Microorganismos fermentativos
Bacterias acidogénicas
Bacterias acetogénicas
Bacterias metanogénicas
BIOGÁS
BIOGÁS ( H2O, CH4 e CO2 )
PAÍSES PRODUCTORES
Dinamarca, Estados Unidos, Alemania, Francia, Japón, Suecia, India, China, Cuba.
MATERIA-PRIMA: RESIDUOS
Rurales (estiércol)
Agroindustriales (vinazas y efluentes de industrias lácteas o mataderos)
Domésticos o comunitarios (fango de cloaca)
TECNOLOGÍA
Simple o compleja, en rellenos sanitarios o biodigestores.
BIODIESEL
o PAÍSES PRODUCTORES
• Unión Europea (60%), Estados Unidos, China,
Indonesia, Malasia.
• Brasil, diésel aditivado de 5% de biodiesel (até 20 %
en 2020).
o MATERIA-PRIMA
• Soja, palma (dendê), canola, girasol, ricino.
o CONCEPTO DE BIORREFINERÍA
BIOTECNOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE
CON PRECAUCIÓN
DESARROLLO SOSTENIBLE
Capacidad de atender las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras en atender sus propias necesidades.
Informe Brütland, 1987.
Prevenir
Monitorizar
Tratar
SUBSTITUIR PRODUTOS Y PROCESOS...
Tratamientos químicos x tratamientos enzimáticos
• Blanqueamiento de la pulpa de papel (xilanasas)
Combustibles fósiles x biocombustibles
Plásticos x bioplásticos
Fertilizantes químicos x fertilizantes biológicos
• Azotobacter, Azospirillum; Rhizobium, Bradirhizobium
• Micorrizas
Insecticidas químicos x bioinsecticidas
• Bacillus thuringiensis, Wolbacchia pipientes, “Aedes do bem”
…POR OTROS MENOS AGRESIVOS AL AMBIENTE
REDUCIR LOS RESIDUOS BIOLÓGICOS (1)
Degradación de la basura
• Compostaje o biodegradación aerobia.
• Producción de biogás por biodegradación anaerobia en biorreactores
• Recuperación del metano formado en los rellenos sanitarios.
REDUCIR LOS RESIDUOS BIOLÓGICOS
Tratamiento de aguas residuales
• Utilización de filtros sépticos y biodegradación anaerobia.
o Petróleo
• EOR (Enhanced oil recovery), con polímeros de origen microbiana (xantano)
• MEOR (Microbially enhanced oil recovery).
o Cobre, uranio, oro, zinc, plomo, níquel y cobalto (Biominería)
• Biolixívia (Producción bacteriana de una solución ácida que contiene el metal a recuperar).
• Biooxidación (degradación bacteriana de un sulfuro, que contiene oro y plata, permitiendo que los metales preciosos puedan ser recuperados por lixiviantes convencionales, como cianuro, tiosulfato o tiourea.
o Cobre y oro de material electrónico descartado
• Oxidación por Thiobacillus ferroxidans seguida de un tratamiento químico
RECUPERAR RECURSOS NO RENOVABLES
Problemas: aguas ácidas, efluentes con cianuro, uso de mercurio
Por que BiotecnologíaCuaderno 84
SEGUIMIENTO DEL MEDIOAMBIENTE
o INDICADORES BIOLÓGICOS
o TÉCNICAS INMUNOLÓGICAS
o Testes de campo (coliformes en el agua)
o TÉCNICAS GENÉTICAS
Identificación de poblaciones bacterianas
(ARNr de 16S)
o BIOSENSORES
o Eventualmente, con OGMs
MonitorarMonitorizar
SUBSTANCIAS INORGÁNICAS
Metales (cadmio, mercurio, plata, cobalto, plomo, cobre, cromo, hierro), isótopos radioactivos, nitratos, nitritos, fosfatos, cianuros, asbestos. Productos gaseosos como: SO2, CO2 y Nox
SUBSTANCIAS ORGÁNICAS
Efluentes y residuos sólidos de origen doméstica, agrícola e industrial.Residuos petroquímicos: petróleo, gasoil compuestos aromáticos (benceno, tolueno, etilbenceno, xileno).Productos sintéticos: Tricloroetileno (TCE) y pesticidas orgánicos halogenados, como los bifenilos poli clorados (PCBs) o los hidrocarbonatos poli aromáticos (PHAs).Productos gaseosos: metano, clorofluorocarbonatos (CFCs), compuestos orgánicosvolátiles (VOCs).
Tratar
BIORREMEDIAR
Evaluación Justificativa
(+) Problemas puntuales, tratamiento particular
(+) Prestación de un servicio, no hay producto para patentar.
(+) Tecnología en manos de organizaciones gubernamentales o de pequeñas firmas que actúan localmente.
Existir algún organismo capaz de metabolizar el
contaminante, liberando productos metabólicos
seguros.
Condiciones ambientales favorables
Relación costo-beneficio interesante
PETRÓLEO
• Navíos (Prestige, Exxon Valdez, Torrey Canyon, Amoco Cádiz, Braer and Sea Empress etc.)
• Plataformas (British Petroleum)
• Guerra del Golfo
OGM de Chakrabarty (1971) Investigaciones actuales: Alcanivorax borkumensis que metaboliza 70% de los compuestos del petróleo, y especialmente los de bajo PM .
DESASTRES AMBIENTALES (1)
RADIACIÓN Deinococcus radiodurans
http://sciencetechnonews.com/2010/12/
ARMAS Y CONFLICTOS BÉLICOS
Tricloroetileno - Agente naranja - Minas antipersonales
DESASTRES AMBIENTALES (2)
Desastre de Mariana (MG) ¿Qué se hubiera podido hacer? ¿Qué se puede hacer?
DESASTRES AMBIENTALES (3)
ESTRATÉGIAS
BIOPROSPECCIÓN
Métodos Tradicionales
Metagenómica
Extracción del DNA de una comunidad biológica, a partir de una muestra del ambiente
Construcción de una biblioteca génica
Determinación de la secuencia y la función de los genes
Sabemos cultivar menos del 1% de las especies microbianas del planeta
BIOTECNOLOGÍA Y BIODIVERSIDAD
TECNOLOGÍA PARA CONSERVAR
Distribución de la producción agrícola en el área habitable del planeta
DESAPARECEN LOS ECOSISTEMAS NATURALES
Granos y cereales (10%)Cultivos diversos 1%
Otras utilizaciones (34%)
Praderas y pastajes (24%)
Bosques (31%)
LOS VEGETALES EN LA ALIMENTACIÓN HUMANA
LAS PLANTAS ALIMENTICIAS
VEGETALES EJEMPLOS
Cereales Trigo, arroz, maíz, centeno, avena, cebada, sorgo, etc.
Plantas ricas en
proteínas
Diversos tipos de poroto, lenteja, garbanzo, maní, arveja, etc.
Raíces y tubérculos Papa, batata, mandioca, zanahoria, remolacha, etc.
Plantas oleaginosas Soja, algodón, girasol, colza, canola, maní, etc.
Plantas productoras de
azúcar
Caña de azúcar, remolacha azucarera.
Frutas y hortalizas Banana, dátil, coco, aceituna, palta, mango, uva, fruta-pan, col,
coliflor, tomate, pimienta, ocra, berenjena, pepino, zapallo etc.
LAS PLANTAS INDUSTRIALES
PRODUCTO PLANTAS INDUSTRIALES
Biocombustibles Soja, algodón, colza, canola, maní, girasol, dendé, babasú, ricino,
sésamo, olivo, lino.
Fibras textiles Algodón, sisal, lino, cáñamo, yute, coco, ramio, piasaba.
Aceites y grasas Caña de azúcar, remolacha azucarera, cereales, soja, ricino, etc.
Esencias y
fragancias
Azafrán, menta, citronela, geraniol, eugenol, lemon-grass.
Látex Caucho, zapote
Ceras Carnaúba, jojoba.
Resinas Bálsamos y gomas
Condimentos Pimienta, nuez moscada, canela, jengibre, clavo de olor.
Taninos Acacia, quebracho, eucalipto.
Tinturas Pau-brasil, pau-campeche, achiote.
OTRAS UTILIZACIONES...
EXPLOTACIÓN DE BOSQUES Y FLORESTAS
Caso del eucalipto transgénico (Suzano)
COSMÉTICA “Onda verde”
FLORICULTURACaso de las rosas azules
PLANTAS MEDICINALES
AMENAZAS A LA BIODIVERSIDAD
Expansión del Agronegocio Transgénesis
Erosión genética
LOS CENTROS DE DIVERSIFICACIÓN (VAVILOV)
Plantas transportadas de un continente a otro
1: Trigo, avena, vid, garbanzo.2: Zapallo, poroto, maíz, pimienta, tabaco, papa, tomate.3: Café, ñame.4: Ananá, maní, caucho, mandioca, tabaco, tomate, palta, maíz, poroto.5: Cítricos, banana, soja, caña de azúcar, arroz.6: Ananá, maní, cacao, caucho, mandioca, maíz, pimienta, tabaco, cinchona, tomate.
CONSERVACIÓN EX SITU (Svalbard)
CONSERVACIÓN IN SITU (Oostvaarderplassen)
BIOTECNOLOGÍA Y AGRICULTURA
LA TECNOLOGÍA EN LA SEMILLA
EL MAÍZ HÍBRIDO (1920)
CRISIS DEL PETRÓLEO (1970)
Variedad de trigo de alto rendimiento, resistente a hongos (N. Borlaug, 1970)
LA REVOLUCIÓN VERDE (1960-1970)
Prácticas agrícolas complejas
Duplicación de la productividad de los cereales
A partir de 1980, entrada de grandes empresas
transnacionales (Gene giants)en el sector de semillas.
PRIMERAS PLANTAS TRANSGÉNICAS (1983)
Marc Van Montagu (Delft University), Mary-Dell Chilton (University of Washington) Robert Fraley (Monsanto), que recibieron el World Food Prize 2013 (# Nobel prize for food and agriculture) “for their individual, independent breakthroughs as founders of modern, green Biotechnology and their contribution to its development and application”
Tabaco (Nicotiana tabacum)
¿ALIMENTO O INSUMO INDUSTRIAL?
El caso de la soja
Derivado Utilizaciones
Aceite Detergentes, jabones, revestimientos,
pinturas, desinfectantes, margarinas,
salsas etc.
Fibra Pan, cereales y galletitas integrales
Leche Bebidas lácteas
Proteínas Alimentación humana y raciones
Lecitina Medicamentos, aditivo en alimentos
Isoflavonas Fitoestrógeno
¿CÓMO SE CONSTRUYE UNA PLANTA TRANSGÉNICA?
Transgen M P ST
Agrobacterium tumefaciens Plásmido TiPlásmido desarmado
DNA
Plásmido recombinante Gene gun
TRANSFORMACIÓN
PGM
MEJORAMIENTO VS. TRANSGÉNESIS
MEJORAMIENTO vs TRANSGÉNESISVarias gerações Una generación
100 páginas 1/2 página
Mutación y selección
Alteración del número de cromosomas
Ingeniería genética
Cultivo de tejidos
DEL LABORATORIO AL CAMPO
10-15 años – US $ 136 M
o Obtención de una variedad comercial
o Testes de campo
o Laboratorio (transformación y regeneración)
o Autorización legal
o Liberación del cultivo
Comercialización (Multiplicadores, productores, comerciantes y agricultores)
FINALMENTE, ¿QUIENES PARTICIPAN?.
Diversos tipos de estructura empresarial
Diversos tipos de estructura empresarial
Estado (Universidades e Institutos de investigación)
Empresas nacionales(Sociedades, cooperativas y empresas familiares)
Empresas internacionales (¿Gigantes génicos?)
Inventores / Obtentores
Multiplicadores
Productores y comerciantes
Agricultores
LOS GIGANTES GÊNICOS
Denominadas Gigantes Génicos (Gene Giants), las principales empresas productoras de semillas son:
Monsanto, Syngenta, Dow AgroSciences, DuPont e Groupe Limagrain.
Se estima que en 2020, de los US$ 73 billones del mercado global de semillas comerciales, las semillas biotecnológicas representen US$ 42 billones.
PRINCIPALES CULTIVOS Y TRAZOS MÁS FRECUENTES
o Tolerancia a herbicida
o Resistencia a insectos
o Resistencia a virus
o Resistencia a la sequía
o Combinaciones de varios trazos
o Otros
LAS PGMs ACTUALES
Plantas comerciales
Plantas de interés nutricional
Plantas productoras de medicamentos
¿Existen riesgos?
DE LA AGRICULTURA AL AGRONEGOCIO
Las plantas transgénicas tienen un rendimiento mayor y precisan menos pesticidas, pero
o Exigen prácticas agrícolas adecuadas
• Manejo integrado de pragas
• Rotación de culturas
• Adobo verde
• Plantio direto
o Deben ser cultivadas dentro del marco legal
• Patentes
o En 2014, 18 millones de agricultores en 28 países plantaron más de 181 millones de hectáreas.
o Los cultivos GM representaron
Pesticidas -37%, Producción +22% , Ganancias +68%
o Sin embargo, o Demandan buenas prácticas agrícolas (rotación de cultivos,
manejo de la resistencia), del mismo modo que los cultivos convencionales.
o La percepción pública es frecuentemente desfavorable
VEINTE AÑOS DESPUÉS
BIOTECNOLOGÍA Y CRÍA DE ANIMALES
LA TECNOLOGÍA EN LA REPRODUCCIÓN
MEJORAMIENTO GENÉTICO DEL GANADO
o Objetivos
Aumentar la eficiencia de la conversión alimentaria de modo a incrementar el crecimiento corporal
Aumentar la productividad (leche, huevos)
Modificar la composición de la carcasa (+ proteína, - grasa)
o Dificultades
Herencia cuantitativa
Ciclos de vida largos en relación a las plantas
o Realizado por ganaderos y pequeños emprendimientos privados
TECNOLOGÍAS REPRODUCTIVAS
NUEVAS TECNOLOGÍAS: CLONES
ENVIROPIG (GM)
Sintetiza fitasa y excreta 65% menos de ácido fosfórico
EL SALMÓN GM AquaAdvantage (AquaBounty)
PLATAFORMAS TECNOLÓGICAS
Cabras transgénicas producen Atryn, un antitrombolítico comercializado desde 2009 (GTC Biotherapeutics)
Pampa mansa, produce hormona de crecimiento (Biosidus, Argentina)
Ceará, Brasil
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS
EN EL CAMPO DE BATALLA
ALIMENTOS TRADICIONALES
ADITIVOS
PROTEÍNA UNICELULAR
ALIMENTOS BIOFORTIFICADOS
Arroz-santiago (Fe, Zn)
Milho-olímpio (Vit.A)
Mandioca-jarí (Vit.A) Feijão-caupi branco (Fe)
HarvestPlus, Bill and Melinda Gates Foundation, EMBRAPA
¿POR QUÉ HACER ALIMENTOS TRANSGÉNICOS?
o Mejorar las características nutricionales (arroz dorado)
o Aumentar la conservación del producto (tomate FlavSavr)
o Modificar las propiedades industriales (papa con más almidón)
EL CASO DEL ARROZ DORADO
o Un total de 109 premios Nobel firmaron recientemente una carta pidiendo a la organización que revise su posición sobre los transgénicos, argumentando que la ciencia dice que los cultivos y sus productos modificados son seguros.
o Durante su campaña, “Greenpeace y sus aliados han declarado falsamente que los transgénicos son peligrosos, no probados y mal regulados”, señalan los galardonados en su carta de apoyo a la producción agrícola de los llamados Organismos Genéticamente Modificados (OGM).
La falta de vitamina A mata a 6.000 niños por día y ciega a 500.000 personas por año.
¿QUÉ ES UM ALIMENTO GM?
1. Plantas y/o animales
transgénicos, consumidos como
alimento
2. Animales alimentados con
raciones preparadas com cultivos
transgénicos
3. Aditivos (conservantes, endulzantes,
modificadores de consistencia,
complementos, enzimas etc.)
producidos por microorganismos
transgénicos.
5. Productos industrializados,
derivados de un cultivo
transgénico
6. Productos industrializados, con
ingredientes provenientes de cultivos
transgénicos
4. Cultivos biofortificados
(transgénicos)
(No transgénicos)
LA POLÉMICA ¿SON SEGUROS O NO?
PRECAUCIÓN
Hay que evitar el consumo de alimentos transgénicos, hasta que se demuestre que no traen ningún riesgo para la salud.
(Greenpeace, otros grupos “verdes” y consumidores afectos a los productos orgánicos)
EQUIVALENCIA SUBSTANCIAL
El consumo de un alimento obtenido por biotecnología moderna es tan seguro como el consumo de cualquier otro alimento que tenga la misma composición, las mismas características nutritivas y un histórico de uso seguro.
(FAO, OMS, OECD, ILSI, Academias de Ciencias, PN)
SEGURIDAD ALIMENTARIA
o Microorganismos starters y el concepto GRAS (generally
recognized as safe))
o Utilización de OGMs
• Industria vitivinícola (Estados Unidos y Canadá)
• Levadura ML01 (fermentación alcohólica y maloláctica)
• Levadura ECMo01 (degradación de urea)
• Producción de enzimas y aditivos.
• Rótulo sólo sería necesario si el producto final tuviera DNA o proteína
de origen recombinante.
o Codex Alimentarius (FAO, WHO)
...LOS ALIMENTOS TRANSGÉNICOS, ¿SON SEGUROS?
LO QUE EL CONSUMIDOR DEBE SABER
Los alimentos de origen transgénico son evaluados caso a caso, de modo a poderafirmar que “determinado alimento transgénico es tan seguro como su equivalenteconvencional”.
La evaluación de riesgos comprende la construcción del transgen, la composicióncentesimal y el valor nutritivo del alimento, la producción de substancias alergénicaso tóxicas y los efectos debidos a la presencia del transgen.
La noción de seguridad alimentar es un concepto bastante flexible (batata, kiwi,maní). Sin embargo, todos los alimentos de origen transgénica comercializadosactualmente fueron debidamente analizados y aprobados pelas autoridadescorrespondientes, siendo consumidos desde hace varios años.
LO QUE EL CONSUMIDOR DEBE SABER
Ingesta de DNA O DNA é un componente dos alimentos.
Marcadores de resistencia a antibióticos
Generalmente sin uso clínico y/o para los cuales ya se encontróresistencia en las bacterias del intestino. Existe la posibilidad deeliminar esos marcadores.
Composición química
Equivalente, entre los nuevos alimentos y los convencionales.
Producción de toxinas y/o alérgenos
O risco de los alimentos transgénicos ser alergénicos no es mayorque el de los convencionales. La resistencia a insectos disminuye elataque de hongos y la producción de micotoxinas (aflatoxina)
Promotor viral El promotor del virus del mosaico de la coliflor (CaMV) ha sidodetectado en cultivos de canola, coliflor y repollo, siendo ingeridopor el hombre desde hace décadas, sin efecto reconocido.
Otros efectos Hasta ahora no fueron detectados efectos debidos a la inserción deltransgen en diferentes lugares.
PASADAS DOS DÉCADAS...
El miedo al transgénico continúa siendo transmitido como “todavía no se sabe si...”
Si, se sabe.
Organizaciones internacionales como FAO, OMS, OECD, ILSI, EFSA, Academias deCiencias y una centena de Premios Nobel consideran que los alimentostransgénicos disponibles son tan seguros como los alimentos convencionales.
Entre 1996 e 2016 no hubo ningún caso documentado y confirmado deenfermedad o daño a la salud debidos a la ingestión de alimentos transgénicos.
Tenemos deficiencias culturales serias en el área científico-tecnológica (PISA / ENEM)
Estrategias inescrupulosas de marketing anuncian aceite vegetal sin colesterol, aguasin gluten y yogurt sin lactosa.
LOS DESAFÍOS DE LA PRÓXIMA DÉCADA
UN MUNDO PLURALAprendizaje de la coexistencia
Acceso de todos a los alimentos
Mas y mejores alimentos
Convencionales
Transgénicos
Orgánicos
Biofortificados
EDUCACIÓN
BIOTECNOLOGÍA Y SALUD
TODO PARECE POSIBLE...
¿QUÉ ES POSIBLE?
Prevenir Monitorear Remediar
Vacunas
Pruebas de diagnóstico de base genética e inmunológica
Medicamentos y tratamientos nuevos
VACUNAS
Indispensables en la prevención
de las enfermedades conocidas
o emergentes
LAS RESPUESTAS PRIMARIA Y SECUNDARIA
Intensidad de la respuesta inmune
Primer contacto con el patógeno (antígeno)
Segundo contacto con el patógeno (antígeno)
1 2 3 4 5 6 7 8Semanas
VACUNAS
Virus patogénico V. relacionado V. atenuado V. muerto Subunidades Recombinante
INMUNIDAD ARTIFICIAL ADQUIRIDA
Linfocitos B y T
INMUNIDAD NATURAL ADQUIRIDA
Enfermedad y recuperación
VACUNAS RECOMBINANTES
Virus HBV Levadura transformada Síntesis del antígeno
Gen codificador del antígeno de superficie HBsAg
VACUNA
TERCERA GENERACIÓN DE VACUNAS
DNA
Células dendríticas
Síntesis del antígeno
Respuesta inmune
Inyección en el músculo
Migración a los órganos linfoides
ÁREA VETERINARIA
Virus IHNV (truchas y salmones)V. del oeste del Nilo (equinos)
PREPARACIÓN DE VACUNAS
Fase Objetivo Tiempo Participantes
Fase exploratoria
Identificar antígenos naturales o sintéticos que puedan prevenir o tratar una enfermedad
2 a 4 años Bancada de laboratorio
Pre- clínica Selección de un antígeno “candidato” a vacuna. Estimativa sobre la dosis y forma de aplicar la vacuna.
1 a 2 años Cultivos de célulasAnimales de laboratorio (ratones, cobayas y/o monos)
Fase 1 Seguridad (toxicidad y farmacocinética)6 a 8 años
20 a 80 personas adultos
Fase 2a
Fase 2b
Inmunogenicidad y protección* 80 a 300 personas, incluyendo algunas del grupo de riesgo y placebo
Relación dosis-respuesta **, calendario de aplicaciones,
Fase 3 Eficiencia y ausencia de efectos colaterales
Miles de personas. Testes randomizados en doble ciego
Fase 4 Vigilancia farmacológica
(*) Exposición con inóculos estandardizados del agente infeccioso(**) por exposición natural a la infección en áreas de transmisión
ASPECTOS ÉTICOSCódigo de Nüremberg (1949)Participación voluntaria en testes clínicosConsentimiento informado
FABRICACIÓN DE VACUNAS
Aspectos tecnológicos Buenas Prácticas de Laboratorio (BPL)
Buenas Prácticas de Fabricación (BPF)
Tendencias• Reducir el número de dosis
• Vacunas orales (veterinarias)
• Producción de antígenos en plantas transgénicas (Lemna, tabaco)
¿ERRADICAR LA ENFERMEDAD?
o Enfermedades conocidas
• Viruela, Poliomielitis, Gripe,
o Enfermedades desatendidas
• Malaria, Tuberculosis, Chagas, Leishmaniosis etc.
o Enfermedades emergentes
• Gripe española, Hepatitis B, fiebres hemorrágicas (Junín, Lassa, Marburg, Matuto, Ebola etc.), enfermedad de Lyme, enfermedad de los legionarios, BSE (encefalopatía espongiforme bovina), HIV/AIDS, Escherichia coli 0157:H7, enfermedad del virus del Nilo occidental, SARS ( severe acute respiratory), MERS (middle east respiratory sindrome), Dengue, Chikungunya, Zika etc.
o Enfermedades reemergentes
• Coqueluche
BIOTERRORISMO
PRUEBAS DE DIAGNÓSTICO
o Parámetros fisiológicos
o Enfermedades infecciosas
o Práctica forense
o Diagnóstico genético
Imágenes comerciales de algunos dispositivos miniaturizados, utilizados en pruebas de diagnóstico. A: Lab-on-a-chip de Agilent (lab-on-a-chip-loc-243049.jpgen http://www.directindustry.com) B: Chip de DNA para diagnóstico de Toshiba (http://www.toshiba.co.jp/rdc/rd/fields/06_t29_e.htm)C: Gene chip de Affymetrix(http://www.pgbeautygroomingscience.com)
PRUEBAS MICROBIOLÓGICAS
TÉCNICAS MICROBIOLÓGICAS (Sistemas API de Biomérieux)
o Identifican casi todas la bacterias (Gram+ y Gram-) y levaduras de interés clínico.
o Reducen la cantidad de reactivos, el trabajo laboratorial y los costos.
Imagem comercial de um sistema API de Biomérieux (http://www.biomerieux-usa.com)
PRUEBAS INMUNOLÓGICAS
Microplaca de poliestireno http://88proof.com/synthetic_biology/blog/archives/439
EL PROYECTO DEL GENOMA HUMANO
o Genoma: conjunto completo de cromosomas haploides que contiene toda la información genética de un individuo. En la especie humana,
• Genoma nuclear: 24 moléculas de DNA que forman los cromosomas (22 autosómicos + X + Y).
• Genoma mitocondrial: 37 genes
o Proyecto Genoma Humano (1990). Investigadores de 18 países inician la secuenciación del DNA humano y de otros organismos (microorganismos, plantas y animales).
• Costo faraónico; resistencia por parte de la sociedad
• ELSI (The Ethical, Legal and Social Implications), programa paralelo de investigación básica y aplicada sobre las implicaciones éticas, legales y sociales para los individuos, las familias y las comunidades
o Anuncio del primer rascuño del genoma humano (2000) por el International Human Genome Sequencing Consortium y Celera, publicado en 2001 en Nature y Science. El Consorcio completa 99% del mapeo en abril 2003.
Los resultados están almacenados en bancos de datos públicos que pueden ser consultados vía Internet.
HALLAZGOS DEL ESTUDIO DEL GENOMA HUMANO
o 3,2 billones de bases; aproximadamente 20.000 genes; solo 1,5 del genoma codificaría proteínas.
o Compartimos genes con otros organismos como Drosophila melanogastero Caenorrabditis elegans.
o Densidad de los genes no es regular, hay DNA basura (?) entre ellos y secuencias repetidas, no codificadoras.
o Tamaño de los genes variable (media 3000 bases).
o Compartimos con otros seres humanos 99,9% de la secuencia génica. Las diferencias se deben a variaciones de una base en 3.000.000 de puntos dentro y fuera de los genes (SNPs, single nucleotide polymorphisms).
o SNPs y algunas secuencias pueden estar asociadas a enfermedades.
Name that gene https://www.biologycorner.com/worksheets/name_that_gene.html
PRUEBAS GENÉTICAS (1)
o Sondas acopladas a moléculas fluorescentes
o (SKY, FISH, ASO, Southern y Northern Blot, Fingerprint)
o PCR (en tiempo real)
o Biochips (lab-on-a-chip)
o Microarrays
Imágenes comerciales de termocicladores
PCR(Reacción en cadena de la polimerasa)
http://learn.genetics.utah.edu/content/labs/pcr/
PRUEBAS GENÉTICAS - ARRAYS
Tejido
Extracción de mRNA
Preparación de cDNA (transcriptasa reversa)
Amplificación del cDNA, que es marcado con una substancia
fluorescente
Arrays en el diagnóstico de mutaciones. Puntos verdes y rojos corresponden a cada una de las muestras, amarillos a ambas y negros a ninguna.
Paciente Control
PERSPECTIVAS DEL ESTUDIO DEL GENOMA HUMANO
o Genómica: donde están los genes? Qué hacen? Como difieren los organismos en relación a sus genes? Cada una de esas preguntas generó especialidades como la Genómica estructural, la Genómica funcional o la Genómica comparativa.
o La transcriptómica, relativa al RNA transcrito o transcriptoma, es decir los patrones de expresión génica.
o La proteómica, relativa al conjunto de proteínas de la célula o proteoma, que varia al diferenciarse las células, respondiendo a estímulos ambientales.
o La metabolómica, relativa al conjunto de substratos e subproductos de reacciones enzimáticas que inciden en el fenotipo celular.
POSIBILIDADES
AGENTES
BIOLÓGICOS
APLICACIONES
DNA, RNA Y
genómica
Identificación de microrganismos patogénicos.
Control de la cualidad dos alimentos.
Medicina molecular (diagnósticos, tratamientos personalizados,
terapias génicas).
Testes genéticos (diagnósticos, evaluación de riesgos de salud).
Agronomía y pecuaria (métodos selectivos mas eficientes).
Industria farmacológica (proteínas terapéuticas, vacunas
recombinantes e de DNA).
Estudios antropológicos e evolutivos.
Práctica forense (identificación de personas).
http://www.hhmi.org/biointeractive/bacterial-identification-virtual-lab
ENFERMEDADES GENÉTICAS
o Diagnóstico
Observaciones clínicas
Pruebas de laboratorio (metabolismo, cromosomas, DNA)
o Limitaciones
Algunas mutaciones son inocuas para la salud del portador.
Mutaciones en genes diferentes pueden causar la misma enfermedad
Mutaciones diferentes dentro de un gene pueden causar la misma enfermedad.
Mutaciones diferentes dentro de un gene pueden causar enfermedades parecidas pero con un pronóstico diferente.
o ¿Cuando hacer el diagnóstico?
DIAGNÓSTICO PREVENTIVO Y PREDICTIVO
o Caso del gene BRAC1
o Dudas y cuestionamientos
¿Quién controlará la aplicación de las pruebas genéticas?
¿Cómo asegurar que la decisión de hacer una prueba sea exclusivamente personal?
¿Quién tendría acceso a la información resultante?
INDUSTRIA DE MEDICAMENTOS
FITOTERÁPICOS Y MEDICINA TRADICIONAL
o Normas (WHO, 1978, 1998, 2000)
VENTAJASBaratos, venta libre, pocas oportunidades de patentes
DESVENTAJASEficacia, efectos colaterales, ensayos clínicos confiables, control de calidad ?
Ácido salicílico Ácido acetilsalicílico
¿CÓMO ENCONTRAR PRINCIPIOS ACTIVOS?
o Investigar la biodiversidad
Microorganismos
Fauna y flora marina
o Diseñar nuevos productos, correlacionando estructura y actividad
Química combinatoria
Métodos computacionales
Ensayos robotizados
ANTIBIÓTICOS
o Nuevas estrategias para encontrar moléculas con actividad inhibitoria
Sistemas robotizados de alto desempeño
Genómica comparativa
ANTIBIÓTICOS E ANTIBACTERIANOS FECHA
Sulfonamidas (Sulfas) 1936
β-lactámicos 1940
Cloranfenicol, tetraciclinas 1949
Aminoglicosídios 1950
Macrolídios 1952
Quinolonas, estreptograminas 1962
Oxazolidinonas 2000
Lipopeptídeos 2003
Glicilciclinas 2005
Mutilinas 2007
Penicilina
PROTEÍNAS RECOMBINANTES
BacteriasLevaduras
CélulasPlantas
Animales
Hematología, oncología, endocrinología, artritis, enfermedades inmunes y genéticas (lisosómicas)
Substituyen o complementan moléculas
naturales
Cumplen una función medicamentosa
Hormonas, interferones, interleucinas, factores de crecimiento celular o de
coagulación sanguínea, enzimas
tPA, estreptoquinasa, anticuerpos monoclonales y antígenos bacterianos para vacunas
Métodos de producción
Función Aplicaciones
FARMACOGENÓMICA FARMACOGENÉTICA
Identifica cuales son los genes que están asociados a algunas enfermedadesLocaliza SNPs dentro de esos genes
DeCode (Rejkjavik) – 1999 -Acuerdo con Hoffmann-La Roche
Bancarrota - 2009 -
Investiga las diferencias genéticas que permiten prever diferentes respuestas a un medicamento.
Ejemplos:
- Degradación más o menos rápida de los medicamentos (Citocromo P450)
- Hipersensibilidad al abacavir en pacientes HIV positivos, portadores del alelo HLA-B*5701
TERAPIAS BIOLÓGICAS
TRATAMIENTO NOMBRE COMERCIAL (Nombre genérico)
EMPRESAS / VENTAS (MILLONES DE DÓLARES)
Artritis reumatoide y enfermedades relacionadas
HUMIRA (Adalimumab) Abbott / 12.543
REMICADE (Infliximab) Johnson & Johnson / 9.240
RITUXAN (Rituximab) Biogen Idec / 8.678
ENBREL (Etarnecept) Amgen / 8.538
Diabetes LANTUS (Insulina Humana) Sanofi / 7.279
Diversos tipos de cáncer AVASTIN (Bevazizumab) Roche / 6.957
HERCEPTIN (Trastuzumab) Roche / 6.793
NEULASTA (Pegfilgastrin) Amgen / 5.857
REVLIMID (lenalidomide) Celgene / 4.980
GLEEVEC (Imatinib) Novartis / 4.695
VELCADE (Bortezomibe) Takeda/J&J / 1766
Neumonía meningocócica PREVNAR (Vacina) Pfizer/ 4.464
Esclerosis múltiple AVONEX (α e β Interferon) Biogen Idec / 3.013
REBIF (β interferon) Merck / 2.414
Enfermedades hematológicas SOLIRIS (Eculizumab) Alexion Pharmaceuticals / 2.225ADVATE (Factor VIII) Baxter / 2.083
Los medicamentos biológicos más lucrativos en 2014 (Statista, Phrma)
ASPECTOS ECONÓMICOS
12%
49%
28%
11%
Consumo de medicamentos
Resto del mundo América del Norte Europa Japón
Investigación y desarrollo de un medicamento nuevo
US$ 800 millones, 10 a 15 años
Patentes
Blockbusters : ventas por US $ 1 bi
Orphan Drug Act asegura incentivos financieros a las empresas que desarrollen medicamentos para las enfermedades que
afectan a menos de 200.000 personas
MEDICINA REGENERATIVA
Trasplantes de órganos
Ingeniería de tejidos Cultivo de piel in vitro
Bio-mimética para reparar fracturas
y lesiones.
Ejemplo: reconstrucción de tráquea.
Terapias celulares
