Biotecnología Biotecnología

Biotecnología Es la aplicación de la ciencia y la ingeniería en el uso directo o indirecto de organismos vivos o partes de ellos, en sus formas naturales o modificadas para la producción de bienes y servicios o para la mejora de procesos industriales.

TÉCNICAS USADAS EN BIOTECNOLOGÍA Las técnicas biotecnológicas utilizadas se agrupar en tres grandes áreas: Fementaciones: involucra el uso de microorganismos para la obtención de productos mas estables y con mejores cualidades nutritivas u organolepticas. Cultivo de tejidos: Trabaja a un nivel superior a la célula e incluye células, tejidos y órganos que se desarrollan en condiciones controladas. Tecnología del ADN: Involucra la manipulación de genes a nivel del ADN, aislamiento de genes, su recombinación y expresión en nuevas formas, etc. ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA AMBIENTAL

La lista de usos y aplicaciones de la biotecnología aumenta día con día (medicina, ganadería, agricultura, etc). Su impacto en la sociedad es tan grande, que incluso se prevé que ésta será la revolución tecnológica de mayor envergadura para la humanidad en el sigo XXI.

Biotecnología El desarrollo de la ciencia básica y el entendimiento de los procesos que gobiernan la biología y a los seres vivos es fundamental.

Biotecnología Con el desciframiento de la estructura del ADN, los avances en biología y bioquímica y, por ende, en la biotecnología, han dado un salto cualitativo sin precedentes.

HOMBRE DEFINICIÓN Biotecnología SERVICIOS BIENES Microbiología Biología Molecular Ingeniería Genética Medicina Bioquímica Bioingeniería BIENES ORGANISMOS PARTES HOMBRE

Biotecnología Microbiología Ingeniería genética Biología molecular La biotecnología moderna utiliza diversas técnicas para acercarse a su objeto de estudio: Microbiología Ingeniería genética Biología molecular Bioquímica Genómica Bioinformática Proteómica

Biotecnología Se utiliza en: Industria Alimenticia: Arroz dorado Industria Farmacológica: Antibióticos Agroindustria: Nuevas variedades Minería: Biolixiviación bacteriana Medicina: Marcadores moleculares

Biotecnología Genómica: En estos momentos es una promesa con grandes proyecciones científicas y comerciales.

Biotecnología Sin un conocimiento y desarrollo en ciencias básicas no es posible realizar desarrollos en biotecnología. Invertir en educación científica es el pilar de la generación de nuevos desarrollos biotecnológicos.

HISTORIA

L. Pasteur 1864 derrocó la teoría de la generación espontánea y produjo varias vacunas  R. Koch 1868 escribió los postulados de Koch para la clasificación y cultivo de bacterias.   Ferdinand Cohn 1872 escribió un tratado que dio origen a la Microbiología como ciencia. 1928 Griffith encontró que bacterias no patógenas podían ser transformadas a patógenas usando restos celulares de otras bacterias 1940’s Avery encontró que el factor transformante era el ADN, lo cual dio inicio a la era de la Microbiología Molecular. 1953 James Watson and Francis Crick dilucidaron la estructura del ADN

1970’s Fred Sanger hizo posible la secuenciación y Kary Mullis la amplificación de DNA (PCR).   1980’s Tecnología del DNA recombinante y la Biotecnología moderna y sus productos (Insulina, Francisco Bolívar). 1980 Moseley realizó el primer diagnostico molecular identificando una cepa patógena de E. coli. (E. coli 0157:H7) En la actualidad ni todo el avance en la biotecnología ni en la microscopía, han hecho posible el poder crecer al 98% de los microorganismos y las células en un medio de cultivo. Sin embargo, estos avances sí han hecho posible cambiar una caja Petri y un medio de cultivo, por un tubo Eppendorf y una reacción de PCR, evitando la necesidad de cultivar al microorganismo en cuestión.

PROTEÍNA FUNCIÓN INSULINA GLUCOSA

APLICACIONES AGRICULTURA a).-Producción de plantas resistentes a plagas, enfermedades, sequías y sal b).-Propagación en masa de clones vegetales c).-Desarrollo de insecticidas biológicos d).-Mejoramiento de características nutricionales GANADERÍA a).-Control de la fertilidad b).-Producción de ganado genéticamente mejorado c).-Diagnóstico de enfermedades bacterianas

APLICACIONES MEDICINA a).-Producción de vacunas y hormonas en microorganismos recombinantes b).-Diagnóstico molecular de enfermedades c).-Terapia génica de enfermedades hereditarias AMBIENTE a).-Biorremediación de agua y suelos contaminados con: -petróleo -solventes -desechos orgánicos -metales

Tratamiento para la Diabetes mellitus Tratamiento para el Cáncer LA BIOTECNOLOGÍA COMO UN MEDIO ADECUADO Y SEGURO PARA ALIVIAR ENFERMEDADES Y MITIGAR EL HAMBRE Tratamiento para la Diabetes mellitus Tratamiento para el Cáncer Terapia Génica Maíz transgénico resistente a plagas Arroz con sobreproducción de Vitamina A Plantas resistentes a sequías  

Periodo de vida reducido por la falta de: vacunas medicamentos LA HUMANIDAD SIN BIOTECNOLOGÍA Periodo de vida reducido por la falta de: vacunas medicamentos alimentos suficientes contaminación excesiva diagnóstico oportuno de enfermedades infecciosas

REALIDADES Y MITOS REALIDADES -Producción de Insulina, Hormona de Crecimiento, Interferón -Biorremediación de agua y suelos contaminados -Producción de plantas resistentes a enfermedades y a sequía -Diagnóstico oportuno de enfermedades infecciosas MITOS -Carne, frutas y verduras tóxicos -Leche y agua contaminada -Vacunas y hormonas inseguras - ? ? ? ?

NORMATIVAS Y ÉTICA EN BIOTECNOLOGÍA -Cada país tiene sus normas de lo que se puede y no se puede hacer. -Colombia tiene su normativa con respecto al maíz transgénico -La utilización de células embrionarias para la clonación de humanos -La ley para el uso y producción de organismos transgénicos -La ley para el aprovechamiento y protección de la biodiversidad -La ética depende de cada quien: principios morales y religiosos

Ingeniería Genética y Biotecnología Presentarme, conmigo van a ver el tema de ingeniería genética y biotecnología. Como bibliografía para este tema pueden usar Brock o Prescott los capítulos correspondientes a ingeniería genética. Las transparencias las voy a adjuntar a la carpeta de la cátedra en la fotocopiadora de la AEQ.

Ingeniería genética: Aplicaciones: modificación deliberada de la información genética de un organismo que resulta en un cambio heredable de su genoma - medicina (diagnóstico y caracterización de enfermedades) - agricultura (plantas transgénicas) - industria farmaceútica (producción de proteínas con fines terapeúticos) - industria alimentaria (mejoramiento de cepas, aditivos alimenticios (ej. vainillina)) - industria química (productos naturales, biopolímeros, etanol) Ingeniería genética: Aplicaciones: Vamos a empezar por definir algunos conceptos y acotar lo que vamos a ver en esta clase. La ingeniería genética puede definirse como la modificación de la información genética de un organismo que resulta en un cambio perpetuable o heredable de su genoma. Estas modificaciones se logran mediante un conjunto de técnicas que son conocidas globalmente como tecnología del ADN recombinante. La ingeniería genética ha permitido avances revolucionarios en muchos campos básicos (como la genética y la biología molecular) así como aplicados (técnicas de diagnóstico, agricultura) entre estas últimas la biotecnología fue revolucionada por la aparición de este tipo de técnicas y estrategias. Las aplicaciones de la ingeniería genética han afectado muchos campos, como probablemente uds conocen ha afectado fuertemente el área de la medicina ya sea con técnicas de diagnóstico y caracterización de enfermedades, como el área de tratamiento (y aquí se vincula con la industria farmaceútica) donde se ha abierto la posibilidad de producir proteínas humanas con fines terapeúticos, también se han producido vacunas recombinantes. La industria alimenticia y la industria química también se han visto fuertemente afectadas por la aparición de este tipo de tecnologías y sobre el final de la clase vamos a tratar de volver sobre estas aplicaciones.

Biotecnología Molecular Microbiana La producción industrial de bienes o servicios por procesos que utilizan organismos, sistemas o procesos biológicos Ingeniería Biotecnología Genética Molecular + Biotecnología =  En lo que nos vamos a centrar es en conocer las bases de la ingeniería genética y ver sus aplicaciones en el campo de la biotecnología microbiana. La biotecnología puede definirse genericamente como la producción industrial de bienes o servicios por sistemas biológicos. Como dijimos anteriormente la biotecnología ha sido revolucionada por la ingeniería genética, y a la conjunción de ambas disciplinas se la conoce con el término de biotecnología molecular. Dentro de este campo en este curso nos vamos a limitar a las aplicaciones en biotecnología microbiana. ¿Conocen algún ejemplo de aplicación de la ingeniería genética a la biotecnología microbiana? Biotecnología Molecular Microbiana

Esto fue posible por el desarrollo de técnicas que permitieron Biotecnología Molecular La producción de insulina humana en E. coli (1980) y su aprobación para uso clínico (1982) revolucionaron la biotecnología Método tradicional Esto fue posible por el desarrollo de técnicas que permitieron Ejemplo clásico: la producción de insulina en E. coli. Figura comparativa de la producción a partir de páncreas de cerdos y a partir de E. coli. (Comentarles el alsa de valores de Genentech). Uno de los efectos más dramáticos de la ingeniería genética fue la producción de insulina humana en E. coli. Esta aplicación que fue reportada en los 80 y aprobada para su uso clínico en 1982 fue posible debido al desarrollo de muchas técnicas previas. Estas técnicas permitieron, globalmente, transferir información genética de un organismo a otro y expresar dicha información en el organismo huésped. transferir información gené- tica de un organismo a otro expresar esa información en el organismo huésped

Tendencias actuales: a) producción heteróloga de proteínas ( industria farmaceútica: proteínas con aplicación terapeúticas, vacunas) b) ingeniería metabólica (industria alimenticia: producción de vino, aditivos, conservadores) (industria química: producción de etanol, biopolímeros) c) evolución dirigida de proteínas (industria química: desarrollo de lipasas o estearasas termoestables, desarrollo de enzimas con tolerancia a solventes)

Algunas de las Aplicaciones en Medicina

Antígeno de superficie - Hepatitis B Malaria Aplicaciones: producción comercial de vacunas, fármacos y agentes de diagnóstico Vacunas: Antígeno de superficie - Hepatitis B Malaria proteína de la envuelta de HIV-1 Fármacos: Factor de crecimiento epidérmico Insulina Factor de crecimiento de plaquetas Factor de coagulación VIIIa Aunque hay aplicaciones comerciales, la expresión en S.cerevisiae es generalmente baja. Se pierden plásmidos en el escalado. A menudo las proteínas son hiperglicosiladas. Muchas veces proteínas diseñadas para la exportación quedaron retenidas en el espacio periplasmático. Agentes de diagnóstico: Antígeno HIV-1 Hepatitis C

Diverge materia prima a productos secundarios Ingeniería Metabólica: Alteración de rutas metabólicas existentes para: a) favorecer la producción del compuesto de interés b) introducción de nuevas rutas metabólicas Ej: Producción de vainillina a partir de glucosa en E. coli materia prima Diverge materia prima a productos secundarios Deleción de genes Producto deseado

Plantas transgénicas Se han desarrollado muchas con distintos fines: - resistencia a insectos - resistencia a herbicidas - resistencia a salinidad - Resistencia a sequía - mejor calidad alimenticia Uso de Agrobacterium tumefaciens - clonado en plásmido Ti - la secuencia de interés pasa a la célula vegetal a través de un proceso similar a la conjugación bacteriana. Pasa el T-ADN lineal con capacidad de integración (simil transposón)

La ingeniería genética también se aplica a plantas y animales Los principios básicos son similares Ej: producción de a-1AT en la leche de cabra u oveja Esto podría mencionarlo pero la verdad es que se va mucho de la biotecnología microbiana. Seria bueno igual que se llevaran la idea de que la producción de proteínas humanas en E. coli puede tener desventajas y que puede ser necesario trabajar con células eucariotas (desde preferencia de codones, modificaciones postranslacionales, etc)

RAMAS DE LA BIOTECNOLOGÍA La biotecnología puede ser clasificada en cinco amplias áreas. Biotecnología en Salud Humana.( donde se incluye la B. Alimentaría) Biotecnología Animal. Biotecnología Industrial Biotecnología Vegetal Biotecnología Ambiental ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA AMBIENTAL

BIOTECNOLOGÍA EN SALUD HUMANA Desarrollo en tecnologías para el diagonóstico de enfermedades infecciosas o de desordenes genéticos. LINEAS DE INVESTIGACIÓN: Clonación de células madre: “James Thonson, Unv. Wisconsin (1998). Reprogramación de celúlas adultas sin necesidad de clonar. Esclarecimiento y manipulación del mecanismo genético que dispara la formación de órganos y extremidades en el embrión. ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA AMBIENTAL

BIOTECNOLOGÍA ANIMAL Su aplicación es dirigida a sistemas diagnósticos, nuevas vacunas y drogas, fertilización de embriones in vitro, uso de hormonas de crecimiento, etc.   Áreas en las cuales esta influyendo la biotecnologia para producción animal    El uso de tecnologías reproductivas Nuevas vacunas y Nuevas bacterias y cultivos celulares que producen hormonas. ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA AMBIENTAL

BIOTECNOLOGÍA INDUSTRIAL Biotecnología Industrial es la disciplina que hace uso de los conocimientos científicos campos de biología molecular, microbiología, bioquímica e ingeniería bioquímica, para contribuir al desarrollo de la agricultura, la medicina y las ciencias ambientales (Hernández M 2000 www. Uprm.edu.es) ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA AMBIENTAL

BIOTECNOLOGIA VEGETAL BENEFICIOS ENCONTRA Alimentos con más vitaminas, minerales y proteínas, y menor contenido en grasas Aparición de alergias insospechadas Cultivos más resistentes al ataque de virus, hongos insectos sin la necesidad de emplear productos químicos, lo que supone un mayor ahorro económico y menor daño al medio ambiente Desaparición de avifauna que no se adapte a las nuevas condiciones de plantas mejoradas. Mayor tiempo de conservación de frutas y verduras Cultivos tolerantes al sequía y estrés ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA AMBIENTAL

BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL La biotecnología ambiental se refiere a la aplicación de los procesos biológicos modernos para la protección y restauración de la calidad del ambiente. El uso de microorganismos en procesos ambientales se encuentra desde el siglo XIX. Hacia finales de 1950 y principios de 1960, cuando se descubrió la estructura y función de los ácidos nucleicos La biorremediación (uso de sistemas biológicos para la reducción de la polución del aire o de los sistemas acuáticos y terrestres) ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA AMBIENTAL

MARCO JURÍDICO INTERNACIONAL LEGISLACIÓN COMUNITARIA Directiva del Consejo 90/219/CEE, de 23 de Abril de 1990, relativa a la utilización confinada de microorganismos modificados genéticamente. Directiva del Consejo 90/220/CEE, de 23 de Abril de 1990, sobre la liberación intencional en el medio ambiente de organismos modificados genéticamente. Directiva 98/81/CE del Consejo, de 26 de Octubre de 1997 por la que se modifica la Directiva 90/219/CEE relativa a la utilización confinada de microorganismos modificados genéticamente. Directiva 1999/10/CE de la Comisión de 8 de Marzo de 1999, por la que se establecen excepciones a las disposiciones del artículo 7 de la Directiva 79/112/CEE del Consejo en lo relativo al etiquetado de los productos alimenticios. ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA AMBIENTAL

PAUTAS ÉTICAS INTERNACIONALES Código de Nuremberg (Tribunal Internacional de Nuremberg) Publicado en 1946 como respuesta a las atrocidades cometidas por los médicos investigadores nazis.Declaración de Helsinki de la Asociación Médica Mundial. Recomendaciones para orientar a los médicos en la investigación con seres humanos. Adoptado en 1964 y varias veces revisado. Ultima revisión, año 2000. Principios de Ética Médica. Detallados en el texto de la Resolución 37/194 adoptada por la Asamblea General de la Naciones Unidas en 1982.

LA INVESTIGACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA EN COLOMBIA ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA AMBIENTAL

CENTROS DE INVESTIGACION Agroindustria: AREA DE INVESTIGACIÓN CENTROS DE INVESTIGACION Agroindustria: Cultivo de tejidos Micropropagación Semillas certificadas Criopreservación Cultivos ornamentales, frutas, maderas, papa, especies nativas Floramérica Biotec Cenicaña Corpoica Coltabaco 12 universidades Ibun Cefa Marcadores moleculares: Caracterización y preservación de recursos genéticos: Café banano Azúcar pasiflora Cenicafé Cenicaña Ciat Corpogen Corpoica Instit Humbolt Ibun Sinchi Univ Javeriana U del Valle Manejo integrado de enf de plantas: Control biológico    Parásitos y depredadores Hongos Plantas transgénicas: arroz Cenicafé UJTL Cenicaña PUJ Ciat Uniandes ICA- Corpoica CIB Unal-Ibun Unal (Medellín) Rev Dinero: jun 8-2001. Fuente: Colciencias

CENTROS DE INVESTIGACION Salud humana: Kits de diagnóstico AREA DE INVESTIGACIÓN CENTROS DE INVESTIGACION Salud humana: Kits de diagnóstico Anticuerpos monoclonales Vacunas Marcadores de tumores Clonación de genes Control biológico: insectos vectores Corpogen UDEA Inst Inmunología INS Histolab Ltd. Inst Cancerología CIB Salud animal: Marcadores moleculares Genética del ganado Química: Bioprocesos y bioingeniería Biotratamiento de aguas y suelos Manejo de desechos PUJ U del valle ICP Sucromiles UDA Ibun UIS Levapán Rev Dinero: jun 8-2001. Fuente: Colciencias

Fin de la Clase Y Fin del Curso Gracias