Biotecnología Uso industrial de los procesos biológicos: vegetales, animales o microorganismos con fines industriales. Biotecnología tradicional Nueva biotecnología: beneficios y controversias

Biotecnología: alcances Ingeniería genética en plantas y animales Desarrollo de vacunas Uso de la técnica de DNA recombinante para diagnosis de enfermedades Producción de anticuerpos monoclonales. Farmacoterapia: cáncer, SIDA, diabetes, antibióticos, trastornos hormonales, interferones Transferencia de embriones; cultivo de tejidos vivos.

Biotecnología: definición Biotecnología es el conjunto de técnicas que utilizan organismos vivos o sustancias provenientes de estos organismos para elaborar o modificar un producto, mejorar plantas o animales, o para desarrollar microorganismos para usos específicos. "Ingeniería Genética", o Tecnología del ADN recombinante : cambio paradigmático: Posibilidad de re-ingeniería biológica Farmacoterapia personalizada

Proyecto Genoma Humano Primer gran esfuerzo coordinado internacionalmente Permite descifrar la secuencia entera del DNA celular y asignar las posiciones exactas dentro del genoma a genes y regiones que no codifican Permite disponer de sondas y marcadores de enfermedades genéticas e infecciosas Proteómica: estudio sistemático de la expresión completa de las proteínas de una célula (no estática, influenciada por cambios en las condiciones celulares que disparan los cambios en los perfiles de la expresión proteica).

Obtención de antibióticos Cepa aislada por Fleming 2 u.i./ml; procesos actuales: 85.000 u.i./ml. Este aumento ilustra bien el valor y el poder de un programa de selección de cepas. La producción industrial de antibióticos por Streptomyces sp. está limitada por la cantidad de oxígeno disponible Mediante manipulación genética se obtienen cepas de Streptomyces capacitadas para usar el oxígeno disponible. Rendimiento: desarrollo de cepas + optimización condiciones fermentación + eficiencia en recuperación producto Nuevos antibióticos mediante la manipulación genética de los genes involucrados en la biosíntesis de antibióticos ya conocidos

Producción de vitamina C

Ventajas de las biotransformaciones Especificidad de sustrato: normalmente un enzima cataliza una única etapa específica de reacción. Regioespecificidad: si existen en la molécula varios grupos funcionales de un tipo determinado se afecta solamente una posición específica. Estereoespecificidad: si se utiliza una mezcla racémica como material de partida, solamente es convertido un enantiómero. Condiciones de reacción: las reacciones enzimáticas no causan la destrucción de los sustratos sensibles debido a las suaves condiciones de conversión. También causan menos daños medioambientales ya que tienen lugar principalmente en agua.

Transformación de esteroides

Vacunas: Limitaciones actuales No todos los agentes infecciosos pueden crecerse en cultivo. La producción de virus animales y humanos requiere de cultivos celulares, que son caros y de bajo rendimiento Se necesita de grandes medidas de seguridad para el personal Los lotes de vacunas pueden no estar completamente muertos o atenuados Las cepas atenuadas pueden revertir No todas las enfermedades se pueden prevenir a través de vacunas tradicionales Vida media limitada Necesidad de refrigeración

Nuevas estrategias en el desarrollo de vacunas Vacunas atenuadas: se eliminan los genes de virulencia de un agente infeccioso Vacunas vectores: se crean sistemas vivos no patógenos que transporten determinantes antigénicos de un agente patógeno con el que no estén relacionados Vacunas de subunidades: los genes que codifican para las proteínas que tienen determinantes antigénicos se pueden aislar, clonar y expresar en un huésped alternativo Vacunas de DNA: consiste en introducir un gen que codifica para una proteína antigénica en las células de un animal donde se sintetizará el antígeno que provoca la respuesta inmune

Proteínas recombinantes

Obtención de Proteínas Inconvenientes Poca disponibilidad - Alto costo - Modo de acción no caracterizado

Productos biotecnológicos comercializados Insulina – 1980 Diabetes mellitus – E. Coli Hormona humana del crecimiento- Enanismo – E. Coli DNAasa humana (inhalable)- Fibrosis quística- Células de ovario de Hamster chino (CHO) Activador del plasminógeno tisular – Trombolítico – CHO Productos biotecnológicos aprobados por la EMEA (2003) 1 ) Factores sanguíneos recombinantes Factor IX rh- Hemofilia B Células CHO Factor VIII rh- Hemofilia A – Células BHK (baby hamster kidney) Hirudina recombinante -Terapia anticoagulante para trombocitopenia asociada a heparina producida en S. cerevisiae 2) Productos basados en anticuerpos monoclonales 3) Enzimas terapéuticas y productos adicionales R beta- glucocerebrosidasa - Enfermedad de Gaucher - E coli Rasburicasa- Hiperuricemia – S. cerevisiae

Productos biotecnológicos aprobados en Europa (2003) Hormonas recombinantes Insulinas ( 9 productos con distintos tipos de acción: corta, intermedia y larga duración obtenidas a partir de E. Coli y S. Cerevisiae) Glucagon rh - Hipoglicemia - S. Cerevisiae Hormona estimulante tiroidea rh Detección y tratamiento de cáncer de tiroide- CHO Hormona folículo estimulante rh - Trastornos ovulación - CHO Hormona luteinizante rh – Infertilidad –CHO Citoquinas Eritropoyetina rh – Anemia - CHO Interferones (7 productos obtenidos de distintas células,  o  para hepatitis crónicas B, C esclerosis múltiple, y varios cánceres) Factor de necrosis tumoral  rh Adyuvante de cirugía para remoción subsecuente de tumor – E. Coli

Productos biotecnológicos comercializados Europa (2003) Vacunas Hepatitis B, difteria, tétano y pertusis Hepatitis A y B Difteria, tetano, pertusis, hepatitis B, polio y Haemophilus influenzae tipo b (2000) Veterinarios: cerdos, felinos EMEA (European Medicines Evaluation Agency) aprobó 265 productos farmacéuticos desde 1995 - 95 biotecnológicos Ingeniería de proteínas: hacer a medida atributos funcionales de proteínas comerciales – Objetivos: Alterar la inmunogenicidad Alterar el tiempo de vida media biológica Generar productos de acción más rápida o retardada Generar proteínas terapéuticas híbridas/sintéticas con mayor capacidad antiviral, antiproliferativa o sobre células NK

Actividad terapéutica característica de proteínas La pequeña vida media de proteínas y el requerimiento de liberación SC o infusión continua para máxima actividad La aparente curva dosis-respuesta en forma de campana La necesidad de administración crónica que está asociada con el mecanismo percibido de acción de estos agentes Las drogas peptídicas son generalmente conjugadas con un carrier (polímero o proteína) (PEG) Baja biodisponibilidad por vía oral: Acidez estomacal Efecto primer paso Alteración intestinal Vía nasal: la velocidad de ingreso depende del PM (> 10 kDa coadministrar con enhancer)

Actividad terapéutica característica de proteínas Vía pulmonar Alternativa más promisoria Biodisponibilidad potencial hasta 50% Insulina es la candidata líder Liberación transdermal Métodos físicos adyuvantes: iontoforesis y ultrasonido Métodos de microencapsulación Micropartículas poliméricas Liposomas Encapsulación de células Secreción continua de moléculas terapéuticas según necesidades Deben ser cubiertas para aislamiento inmunológico del tejido transplantado y protección del huésped Páncreas, hígado bioartificial, cánceres y enfermedades del SNC.

Perspectivas En 2003 existían en USA 371 productos biotecnológicos en desarrollo - 300 son proteínas Indicación más común: cáncer 12 nuevas proteínas terapéuticas se aprueban por año Actualmente se expresan en: E. coli Saccaromycese cerevisiae, Líneas celulares de ovario de Hamster chino Riñón de hamster bebé Animales transgénicos Producción de proteínas farmacéuticas en leche Expresión de vacunas orales en plantas o frutas comestibles

Manipulación genética