11 de enero 2007 9:00 a.m. JOSE ROBERTO ALEGRIA COTO Jefe Depto. de Desarrollo Científico y Tecnológico 81- 81- BIOTECNOLOGÍAS.

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1 11 de enero 2007 9:00 a.m. JOSE ROBERTO ALEGRIA COTO Jefe Depto. de Desarrollo Científico y Tecnológico ralegria@conacyt.gob.sv 81- 81- BIOTECNOLOGÍAS Facultad de Ciencias Naturales y Matemática, Universidad de El Salvador PROGRAMA DE JÓVENES TALENTO www.conacyt.gob.sv

2 Objetivos Introducción Biotecnologías promisorias para países en desarrollo Consulta a los participantes Propuesta para el Programa de Jovenes Talento Objetivos Introducción Biotecnologías promisorias para países en desarrollo Consulta a los participantes Propuesta para el Programa de Jovenes Talento CONTENIDO

3 OBJETIVOS: Presentar información con validez científica y técnica en forma clara y comprensible. Contribuir a promover la reflexión sobre el impacto e importancia de las tecnologías emergentes en este siglo XXI. Presentar información con validez científica y técnica en forma clara y comprensible. Contribuir a promover la reflexión sobre el impacto e importancia de las tecnologías emergentes en este siglo XXI.

4 INTRODUCCIÓN La fuente para transformar las estructuras sociales existentes, es el conocimiento que posea su recurso humano y su articulación con los sistemas productivos (económicos y sociales), se realiza mediante la interacción del proceso de enseñanza aprendizaje y la investigación como proceso de generación y adaptación de conocimientos científicos y tecnológicos, que son la base para el diseño de avanzadas y modernas “Sociedades basadas en el Conocimiento”.

5 INTRODUCCIÓN El conocimiento es poder, su carencia es debilidad. Por lo que se vuelve de importancia vital para una sociedad, el capacitar a los individuos para pensar, para analizar, y para entender la situación existente y las interconexiones y externalidades de cada acción. El conocimiento empodera al individuo para formar su propia opinión, para actuar y transformar las condiciones que llevan a una mejor calidad de vida. Siendo la capacidad para adquirir y generar conocimientos en todas sus formas, un factor importante para mejorar la condición humana y enfrentarse a una nueva realidad que cambia día a día impulsada por la revolución tecnológica.

6 Se predice que la Nanotecnología rivalizará con el impacto en el desarrollo producido por el automóvil y la introducción de la computadora personal. REVOLUCIÓN TECNOLÓGICA Revolución Industrial2a. Revolución (Informática) Crecimiento de las Innovaciones Textiles Ferrocarril Automovil Computadora Nanotecnología Fuente: Norman Poire Merrill Lynch 3a. Revolución

7 Se espera que en la primera década del siglo XXI, se unifique la ciencia, basándose en la unidad de la naturaleza (materia) y se dé la integración de la tecnología en el nivel de la nanoescala (escala de 10 -9 m o sea una mil millonésima de un metro) en una convergencia sinérgica de la Tecnologías de la Información, Biotecnología, Ciencias del Conocimiento, Nanotecnología. CONVERGENCIA NANO CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA itri.loyola.edu/ConvergingTechnologies/

8 BIOLOGÍA/BIOTECNOLOGÍAS 1.Biomateriales activos para medicina regenerativa 2.Avances en Tecnología de Microarreglos de ADN 3.Aplicación de modelos matemáticos a bases de datos de genómica 4.Computación sobre plataformas humanas 5.Extensiones artificiales a las capacidades humanas 6.Medicamentos personalizados a través de la Biotecnología 7.Polímeros inteligentes para biomedicina y otros usos (polímeros electro activos y polímeros que tienen memoria) 8.Identificación genética de plantas en soporte de la salud humana 9.Investigación en células madres y esperanzas para medicina basada en células 10.Usos de ARN de Interferencia (ARNi) para investigación y terapeútica 11.Advenimiento de la revolución de nanocapsulas en nanotecnología 12.Sensores de nanohilos para identificación de adn 13.Mejor liberación de medicamentos por nanotecnologías 14.El sueño de Nanocomputación bioquímica 15.Manufactura con Nanomateriales programables DELTA SCAN: El Futuro de C&T 2005-2055 http://humanitieslab.stanford.edu/2/223

9 En términos generales la Biotecnología es el uso de seres vivos, sus procesos o sus partes para la obtención de bienes y/o servicios de beneficio para la humanidad. La Biotecnología cuenta con un conjunto de técnicas entre ellas: Cultivos Celulares, Anticuerpos Monoclonales y Biología Molecular de la cual se derivan Tecnologías del ADN, Marcadores Moleculares, ARN de interferencia (ARNi), Ingeniería Genética (plantas, animales, microorganismos). ¿QUE ES LA BIOTECNOLOGÍA?

10 BIOTECNOLOGÍAS PROMISORIAS Diez Biotecnologías promisorias para la Universidad de Toronto (2002), en Los siguientes diez años son: 1- Diagnóstico molecular de las enfermedades Infecciosas; 2- Tecnologías recombinantes para el desarrollo de vacunas; 3- Tecnologías para la mejor aplicación de medicamentos y vacunas; 4- Tecnologías de Biorremediación del ambiente; 5- Secuenciación de genomas de patógenos; 6- Protección de la mujer contra enfermedades de transmisión sexual; 7- Uso de la Bioinformática; 8- Modificación genética de los cultivos para mejorar la nutrición. 9- Tecnología recombinante para la producción de proteínas para el tratamiento de enfermedades; 10- Desarrollo de la Química Combinatoria para el descubrimiento de nuevas medicinas. (Top 10 Biotechnologies for Improving Health in Developing Countries: www.utoronto.ca/jcb)

11 PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) secuencias genéticas únicas pueden ser amplificadas y detectadas con rápidez. El PCR puede ser usado para detectar organismos infecciosos dificiles de crecer en el laboratorio (tuberculosis, malaria) o peligrosos para su manejo (VIH/SIDA); detecta organismos resistentes a multi medicamentos, cepas de M. tuberculosis y VIH/SIDA. Tecnologías Moleculares para Diagnóstico de Enfermedades Infecciosas Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) Calor ٤ Calor ٤ ADN etc. Primers + Nucleótidos 1

12 PCR en Tiempo Real: Objetivos de Investigación 4% 11% 13% 10% 14% 10% 13% 14% 5% 9% 11% 10% 13% 17% 24% 0%5%10%15%20%25%30% SNP genotípico Otros Discriminación Alélica Duplicación Génica u Otra cuantificación de ADN Detección/Identificación Bacteriana Detección de carga Viral Confirmación de Expresión Genica en datos de microarreglos Validación primaria de Expresión Génica ADN, ADNc y ARNA como molde Sólo ADN como molde El Software, la sensibilidad e interfase de usuarios son las características mas importantes del PCR en Tiempo Real. www.scienceboard.net

13 BIOLOGÍA/BIOTECNOLOGÍA Tecnología de Microarreglos de ADN Patrick Brown, et al (1995), de la Universidad de Stanford, inventaron la tecnología del microarreglo de ADN (BIOCHIP de ADN). Esta tecnología, puede colocar 20,000 secuencias de ADN en un chip (lámina de vidrio de 22 x 40 mm) fue adaptada de la manufactura de chips de computadora modificando la impresión “ink-jet” y otros métodos. El microarreglo puede ser usado para analizar simultáneamente información genética representada en miles de genes. www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/sabl/2007/Jan/breast-cancer-genome.html En 145 tumores de seno se han mostrado tres principales patrones de cluster genómicos 1q/1p, Complejo, y Amplificado. El análisis del número de copias del genoma de tumores de pacientes y su expresión génica, pueden ayudar a predecir como responderá a tratamientos agresivos corrientes.

14 Microarreglo de Tejidos: Objetivos de Investigación ENFERMEDADES INFECCIOSAS 8% Otros 4% Diabetes 3% Desórdenes Musculoesqueléticos 1% Desórdenes Neurológicos 7% Desórdenes Immunologicos 8% Desórdenes Cardíacos, vasculares o circulatorios 10% Investigación básica, que no está diretamente enfocada al diagnóstico o tratamiento de una Enfermedad humana específica 18% Cáncer 41% www.scienceboard.net

15 Areas de Investigación 2% 5% 6% 10% 11% 12% 13% 35% 0%5%10%15%20%25%30%35% Salud humana Biodetección Otros Monitoreo/remediación ambiental Fisiología microbiana o taxonomía Salud animal Ciencia de los alimentos Ciencia de los vegetales Forense Tecnologías Moleculares para Diagnóstico: Otras Áreas de Investigación www.scienceboard.net

16 Nanobiotecnología manipula átomos y moléculas para crear biomateriales, dispositivos y sistemas en la escala de una mil millonésima de metro. En la India han desarrollado un kit de diagnóstico de Tuberculosis (TB) basado en nanotecnología, portátil, no requiere entreno, y el costo es menor a un dólar ( US $) por prueba. En USA investigan sobre biosensores ópticos para rápida detección de TB. AzoNano, On line Journal of Nanotechnology, september 2005, vol. 1, a0103. NANOBIOTECNOLOGÍA para Diagnóstico Enfer. Infecc.

17 La vacunación ha erradicado la viruela, es eminente la erradicación de poliomelitis. Enfermedades como el dengue, HIV/AIDS, malaria, tuberculosis, no cuentan con vacunas. Las vacunas recombinantes, diseñadas por ingeniería genética son más efectivas, seguras y menos caras que las tradicionales. Pueden ser hechas de Sub- unidades de vacunas, o como vacunas comestibles. Las vacunas de ADN desnudo (1990) usan plasmidios para insertar directamente ADN de secuencias antigénicas de patógenos y el cuerpo produce proteínas antigénicas que estimulan la inmunidad. Tecnologías Recombinantes para el desarrollo de vacunas 2

18 Tecnologías para la mejor aplicación medicamentos y vacunas. 3 Jeringas autodescartables. Medicamentos inhalables. Tratamientos de liberación controlada. Nanopartículas (un nm = 1 mil millonésima de metro) hechas de fosfato de calcio pueden introducir insulina en el cuerpo oralmente o por inhalación. Vacunas y medicamentos en polvo pueden ser guardados a temperatura ambiente, debido a la azúcar Trehalosa que los estabiliza cuando están deshidratados.

19 La bioremediación usa la habilidad de microbios y plantas para degradar y detectar contaminantes. En los países en desarrollo, hay dos principales tipos de contaminación que amenazan la salud humana: desechos orgánicos y metales pesados (plomo, mercurio, cadmio). Las bacterias tienen la habilidad para descontaminar ambos. Las plantas pueden descomponer muchas formas de desechos orgánicos, pero con muy pocas excepciones, son incapaces de metabolizar metales pesados. Sin embargo, las plantas pueden acumular en sus tejidos metales peligrosos, haciendo más fácil que ellos puedan colectarse, cosechar y aún reciclar. Tecnologías de Biorremediación del ambiente 4

20 Secuenciar los genomas de los organismos patógenos genera datos para entender los mecanismos de las enfermedades y los métodos para tratamientos efectivos y preventivos. La secuenciación genética de organismos causantes de enfermedades puede ser analizada utilizando las herramientas de Bioinformática para identificar proteínas que pueden jugar un papel importante en el descubrimiento de medicamentos y vacunas. Secuenciación de Genomas de Patógenos 5

21 GENÓMICA 2007 El Proyecto Genóma Humano (PGR), de $ 3,000 millones de dólares, se inició en 1990, para secuenciar 3,000 millones (M) de pares de bases (pb) en 15 años. Se finalizó en 2003, a un costo estimado de $ 2,700 millones. El costo en 2007 para secuenciar 3,000 M de pb será del orden de $ 1,000 dólares. US Genomics Inc., perfecciona un aparato que En 40 minutos se pueden leer 3 mil M de bases. (Uehling, M. D, Bio-It World Nov. 12 2002).

22 La incidencia global de infecciones sexualmente transmitidas (STIs por sus siglas en inglés) es alta y está aumentando rápidamente. La carga global de los STIs recae más sobre las mujeres. Investigación nanotecnológica: Sudáfrica, Brazil e India investigan conjuntamente en nanotecnología para asistir en HIV/Sida. En Australia desarrollan un gel preventivo, HIV microbicida basado en nanotecnología de dendrimeros, que puede permanecer efectivo cuando es aplicado en la mujer para el transcurso de 4 horas de avanzadas relaciones sexuales. AzoNano, On line Journal of Nanotechnology, september 2005, vol. 1, a0103. Protección de la Mujer contra Enfermedades de Transmisión Sexual 6

23 Uso de la Bioinformática 7 Información para trabajar en Biotecnología está libremente disponible en Internet para su utilización. Las bases de datos del 2005[1] de Biología Molecular compiladas y publicadas por la Nucleic Acids Research muestra un dramático incremento desde 171 bases de datos en el 2004 a 719 en el 2005.[1] Normalmente se crean o usan programas informáticos, modelos matemáticos o ambos, típicamente asociados con bases de datos masivas de secuencias de genes y de proteínas e información sobre su estructura y función. Las bases de datos pueden ser buscadas y accesadas de manera remota por Internet para comparar y contrastar las secuencias conocidas. [1] Kevin Davies. The 2005 Database Explosion. Bio It World. Feb. 11 2005. [1] http://www.bioitworld.com/archive/021105/itin_explosion.html

24 En abril (2003) científicos del Jude Children’s Research Hospital, Memphis, Tenn., anunciaron que en cuatro semanas, habían creado una vacuna contra una cepa mortal del virus de la influenza aviar que apareció en Hong Kong dos veces en años recien pasados. La Organización Mundial de la Salud (OMS) anunció que podría llegar a tener un kit disponible para otra nueva forma de influenza aviar, que brotó en febrero en Holanda. M Branca, Bio-It World. June 15 2003. www.bio-itworld.com/archive/061503/view.html Uso de la BIOINFORMÁTICA

25 La malnutrición, afecta a una de cada cinco personas que viven en países en vías de desarrollo. La causa subyacente de la deficiencia nutritiva, es una dieta basada principalmente en alimentos de consumo general, pobres en nutrientes tales como arroz, papa, maíz y yuca. La modificación genética de alimentos de consumo general para realzar su valor nutricional es una promesa para mejorar la nutrición global. Modificación genética de los cultivos para mejorar la nutrición 8

26 A los problemas de enfermedades infecciosas en países en desarrollo se añade el impacto de enfermedades no comunicables (del corazón y diabetes), típicamente asociadas con el mundo desarrollado. Con la tecnología del ADN recombinante (inserción de un gen o genes) se pueden hacer proteínas terapéuticas en organismos, como bacterias o virus. Se explora usar cabras, vacas y otros mamíferos como biofábricas, y el uso de plantas transgénicas para la farmacéutica molecular. Tecnología recombinante para la producción de proteínas para el tratamiento de enfermedades 9

27 La Química Combinatoria, ha sido impulsada por los avances en la genómica y la biología molecular para producir nuevos medicamentos identificados por la secuenciación del genoma. Un enfoque computacional diseñó receptores y sensores de proteínas con especificidad y afinidad para pequeñas moleculas. Proteínas Periplásmicas Bacterianas (PBPs) con receptores que se cierran al unirse con su ligando y se transmite una señal que produce cambios en la expresión genética bacteriana. Se uso un algoritmo en un modelo de computadora para modificar por mutación secuencial de 10 23 combinaciones los sitios de unión de PBPs, se identificaron 17 receptores diseñados virtualmente para que pudieran unirse a moléculas pequeñas: trinitrotolueno (TNT), azúcar L-Lactato y la hormona serotonina (5-HT). Desarrollo de la COMBICHEM para el descubrimiento de nuevas medicinas 10 Logger et al, Nature 9 mayo 2003,

28 DE ACUERDO CON LA PERCEPCION DE LA REALIDAD QUE USTEDES TIENEN ¿QUÉ SE DEBERÍA HACER EN EL PAÍS, PARA PROPORCIONARLES UNA PREPARACIÓN QUE LES PERMITA CONOCER EL ESTADO DEL ARTE DE LAS TECNOLOGÍAS EMERGENTES (Biotecnología, Nanotecnología, TIC)?

29 El Programa de Jóvenes Talentos de El Salvador debe dotarse de infraestructura de investigación y buscar la inserción de sus estudiantes en Centros de Investigación Científica (a nivel nacional o internacional), para conformar recurso humano calificado que conozca del estado del arte de las diferentes disciplinas científicas y tecnológicas, con la creatividad necesaria para el uso generalizado de los conocimientos, en la resolución de la problemática del desarrollo sostenible del país. PROPUESTA

30 ¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION¡ BIENVENIDOS SUS COMENTARIOS Y APORTES Atentamente: ROBERTO ALEGRIA ralegria@conacyt.gob.sv Visite la página web: www.conacyt.gob.sv/cit.htm vea otras Ponencias de Divulgación Científica y Tecnológica Nacionales