PERSPECTIVAS EN EL SALVADOR 92- APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA: PERSPECTIVAS EN EL SALVADOR José Roberto Alegría Coto Jefe Depto. de Desarrollo C&T ralegría@conacyt.gob.sv Aula 16, Edificio D UCA 27 de marzo de 2008 2:00 p.m.

CONTENIDO Introducción Aplicaciones de la Biotecnología El futuro de la Biotecnología Biotecnología para países en vías de desarrollo Indicadores de Recursos Humanos Política en marcha

OBJETIVOS: Presentar información sobre biotecnología en forma clara y comprensible. Promover la reflexión sobre la aplicación de la biotecnología y la necesidad de contar con recurso humano calificado.

INTRODUCCIÓN La industria de la biotecnología se originó con Genentech en 1976, basada en técnicas del AND recombinante. La Biotecnología ha creado más de 200 nuevas terapias y vacunas, incluyendo productos para tratar cáncer, diabetes, HIV/AIDS y desórdenes auto inmunes. Hay más de 400 productos médicos biotecnológicos y vacunas en ensayos clínicos dirigidos a más de 200 enfermedades, incluyendo cánceres, enfermedad de Alzheimers, enfermedad del corazón, diabetes, esclerosis múltiple, AIDS y artritis.

INTRODUCCIÓN Los productos de biotecnología medioambiental han hecho posible limpiar desechos peligrosos más eficientemente con microbios que se comen la contaminación sin el uso de químicos cáusticos. Las aplicaciones de biotecnología industrial han llevado a procesos limpios que producen menos desperdicios y usan menos energía y agua en sectores industriales tales como químicos, papel y pulpa, textiles, alimentos, energía, metales y minerales. La huella genética (DNA fingerprinting), es un proceso biotecnológico, que a mejorado la investigación criminal y la medicina forense, ha aportado significativos avances en antropología y manejo de la vida silvestre.

INTRODUCCIÓN En Estados Unidos, la industria biotecnológica es regulada por la Administración de Medicamentos y Alimentos (FDA), la Agencia de Protección Ambiental (EPA) y el Departmento de Agricultura (USDA). siglas en inglés. La Biotecnología es una de las industrias más intensiva en investigación en el mundo. En el 2005, sólo en USA la industria invirtió en investigación y desarrollo $ 19,800 millones. La mayoría de las compañías biotecnológicas están desarrollando sus primeros productos y dependen de capital inversor para sobrevivir. En el 2005, la Biotecnología atrajo más de $ 20,000 millones en financiamiento y ha recibido más de $ 100,000 millones desde el 2000.

Otros financiamientos INTRODUCCIÓN Financiamiento de la Industria Biotecnológica, 2005 (Total: $ 20,114.900 Millones) (todas las figuras en millones) Capital ventura $ 4,808.900 23.9 % Otros financiamientos de compañías públicas $ 9,726.400 48.4% Ofrecimiento Público $ 5,579.600 27.7 % Fuente: http://www.bio.org

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA Biotecnología de procesamiento: usa células vivas (más usadas son levaduras y bacterias) o los componentes moleculares (más usados son las enzimas) para hacer productos. Con ADN recombinante y fermentación microbiana, se produce: insulina humana, vacuna de la hepatitis B, plásticos biodegradables, enzimas para hacer quesos y de lavanderias. También ingeniería de tejidos, así como formulación y liberación de fármacos. Anticuerpos Monoclonales-MABs usa células del sistema inmune para hacer anticuerpos. Se usan en diagnóstico: i) localizar contaminantes ambientales, ii) detectar microorganismos peligrosos en alimentos, iii) distinguir células cancerosas de normales, iv) diagnosticar enfermedades infecciosas, en humanos, animales y plantas, v) inhibidor de angiogenesis.

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA Cultivo celular: crecimiento de células fuera del organismo vivo. Cultivo de células vegetales. Paso esencial para crear plantas transgénicas, proveer de productos naturales con valor terapeútico (taxol), fuente de compuestos usados como sabores, colores y aromas, en la industria de procesamiento de alimentos. En el país hay cultivo de células y tejidos vegetales para la clonación de varios tipos de plantas. Cultivo de células de insectos. Puede ampliar el uso de agentes de control Biológico que matan insectos. Están siendo investigadas para la producción de particulas virales similares a virus (VLP) vacunas contra enfermedades Infecciosas como SARS e influenzas. Cultivo de células de mamifero: Producción de anticuerpos monoclonales , puede reemplazar prueba de medicamentos en animales, se investiga su uso en producción de vacunas.

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA ADN recombinante: unión o recombinación de piezas de ADN de diferentes especies. Se recombinan genes cuya función se conoce, haciendo la hibridación más predicible y precisa, se usa en conjunción con clonación molecular para: producir nuevos medicamentos y vacunas seguras controlar enfermedades virales inhibir la inflamación tratar algunas enfermedades genéticas realzar agentes de biocontrol en agricultura incrementar producción agrícola y bajar costos disminuir características alergénicas de algunos alimentos mejorar el valor nutricional de los alimentos bajar la pérdida de alimentos desarrollar plásticos biodegradables disminuir la contaminación del agua y del aire

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA Clonación: genera población de moléculas, células, plantas o animales genéticamente idénticos. Clonación molecular o génica: proceso de crear moléculas de ADN idénticas genéticamente, incluye identificación, localización, caracterización de genes; creación de mapas genéticos, secuenciación entera de genómas (en el 2000 se secuenció el GENOMA HUMANO), asociación de genes con características y determinación molecular de las características. Clonación animal: con ADN recombinante proporciona modelos animales estudio de enfermedades genéticas, envejecimiento y cáncer. Es herramienta en zoológicos para ayudar a especies en peligro de extinción. Hay dos herramientas de clonación: i) gemelos embrionarios artificiales (AET) y transferencia nuclear de células somáticas (SCNT).

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA OMICAS: son campos de estudio en Biología finalizando en omicas, del griego “totalidad”, que indica el estudio e interacción de las moléculas a nivel de sistema o redes. Ha dado origen a muchas omicas: GENÓMICA: estudio del genóma y función de genes individual y colectiva, determinar la estructura, dirección del crecimiento y desarrollo, y control de funciones biológicas. Hay Genómica Estructural y Funcional. PROTEÓMICA: estudio de la estructura, función, localización e interacción de proteínas dentro y entre células. METABOLÓMICA estudio de totalidad de matabolitos en el organismo. TRANSCRIPTÓMICA complementos de ARNm de un organismo, tipo de téjido o célula.

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA 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 se espera sea 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).

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA Microarreglos son laboratorios de investigación, ya que permiten analizar arriba de 10,000 muestras simultáneamente. Microarreglos de ADN son usados para: i) detectar Mutaciones en genes relacionados con enfermedades, ii) monitorear la actividad génica, iii) diagnosticar enfermedades infecciosas e identificar los mejores tratamientos de antibióticos, iv) identificar genes de importancia agrícola, v) mejorar tamizaje de microbios usados en bioremediación. Microarreglos de Proteínas puede ser usado para: i) descubrir proteínas que indican estados de enfermedad, ii) asegurar potencial de eficacia y toxicidad de medicamentos antes de ensayos clínicos, iii) estudiar relación entre estructura y función de las proteínas. Otros Microarreglos de: A- Tejidos (detecta perfiles de tejidos sanos y enfermos), B- Células completas (análisis de interacción de proteínas), C- Moléculas pequeñas (tamizaje de miles de candidatos a medicamentos).

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA Ingeniería de Proteínas. En unión con ADN recombinante mejora proteínas existentes: enzimas, anticuerpos, receptores celulares y crea proteínas no existentes en naturaleza. Busca: Incrementar estabilidad enzimática en condiciones severas de manufactura. Producir nuevas proteinas que se unan y desactiven virus y genes que causan tumor. crear vacunas efectivas . Mejorar la funcionalidad de proteínas de almacenamiento de las plantas.

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA En BIOREMEDIACIÓN DE SUELOS se usa la habilidad de microbios, plantas o sus enzimas para degradar y descontaminar distintos compuestos en suelos y tierras de naturaleza urbana e industrial. En los países en desarrollo, hay dos tipos principales 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.

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA Bioinformática usa herramientas computacionales tales como: software estadísticos, simulación de gráficos, manejo de algoritmos y bases de datos, para la organización, acceso, procesamiento e integración de datos de diferentes fuentes. Hay dos ramas: 1- Concierne a la agrupación, almacenamiento, acceso y visualización de datos; 2- a la integración, análisis y modelamiento, referida como BIOLOGÍA COMPUTACIONAL. Un problema actual es la masiva cantidad de datos provistos por la Biotecnología. Los problemas primarios son: como colectar, almacenar y recuperar información; el manejo de datos por su dificultad de acceso por localización o compatibilidad; proveer una forma de ánalisis de datos; el desarrollo de métodos para representar visualmente datos moleculares y celulares; escacez a nivel mundial de recurso humano en bioinformática.

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA Desarrollo de la COMBICHEM o 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. Por ejemplo, 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 1023 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). Logger et al, Nature 9 mayo 2003,

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA 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. 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. http://www.bioitworld.com/archive/021105/itin_explosion.html

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA Nanobiotecnología manipula átomos y moléculas para crear biomateriales, dispositivos y sistemas en la escala de una mil millonésima de metro (10-9 m). Por ejemplo, usa ADN en andamiaje de nanoestructuras, para unir átomos en patrones predicibles; es componente esencial de nanomaquinas. 1000 mol. de ADN pueden resolver en cuatro meses problemas que una computadora convencional haría en un siglo. Se usan moléculas que absorben luz para incrementar en 1000 veces la capacidad de almacenamiento de CDs. Moléculas biológicas de auto ensamblamiento, crean lipidos que forman cristales líquidos. La nanobiotecnología incluye: i) incrementar velocidad y poder diagnóstico de enfermedades, ii) crear bio-nanoestructuras para ver reportar funcionamiento de moléculas dentro de la célula, iii) mejorar especificidad y tiempo de liberación de medicamentos, iv) miniaturizar biosensores, v) fomentar el desarrollo de prácticas de manufactura verde.

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA Biosensores: une conocimientos biológicos y avances de microeléctrónica. Son dispositivos de detección de células o moléculas específicas que identifican y miden sustancias en condiciones extremas Cuando la sustancia de interés se une al componente biológico producen una señal eléctrica u óptica, proporcional a la concentración de la sustancia. Biosensor de detección de Salmonellas basado en hetero nanovarillas de Oro y Sílice, donde se inmovilizan las moléculas de reconocimiento (anticuerpos conjugados con el oro) y las miles de moléculas fluorescentes de señalización en las varillas de sílice, que pueden detectar a una sola bacteria. En principio el protócolo usado puede detectar bacterias patógenas que afectan alimentos, como E. coli, Staphylococcus , Campylobacter y tóxinas de alimentos como: Ricina, Abrin o C. botulinum, si se usa el anticuerpo apropiado. Tiene ventajas sobre técnicas tradicionales, Método ISO 6579, anticuerpos fluorescen-tes (FA), Ensayo Inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) o Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR), que consumen tiempo, son dificultosos y poco sensibles. http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=4963.php

EL FUTURO DE LA BIOTECNOLOGÍA BIO y NANO TECNOLOGÍAS al 2055 Biomateriales activos para medicina regenerativa Avances en Tecnología de Microarreglos de ADN Aplicación de modelos matemáticos a bases de datos de genómica Computación sobre plataformas humanas Extensiones artificiales a las capacidades humanas Medicamentos personalizados a través de la Biotecnología Polímeros inteligentes para biomedicina y otros usos (polímeros electro activos y polímeros que tienen memoria) Identificación genética de plantas en soporte de la salud humana Investigación en células madres y esperanzas para medicina basada en células Usos de ARN de Interferencia (ARNi) para investigación y terapeútica Advenimiento de la revolución de nanocapsulas en nanotecnología Sensores de nanohilos para identificación de adn Mejor liberación de medicamentos por nanotecnologías El sueño de Nanocomputación bioquímica Manufactura con Nanomateriales programables http://humanitieslab.stanford.edu/2/223

EL FUTURO DE LA BIOTECNOLOGÍA BIOTECNOLOGÍAS PARA PAÍSES EN VÍAS DE DESARROLLO Entre las Biotecnologías promisorias para el desarrollo productivo de El Salvador están: Tecnologías Moleculares para diagnóstico de enfermedades infecciosas, Bioinformática, Genómica, iv) Modificación Genética de Cultivos, Tecnologías recombinantes para hacer productos terapeúticos, vi) Bioremediación, vii) Química combinatoria (COMBICHEM), viii) Bio-nanotecnología. (Top 10 Biotechnologies for Improving Health in Developing Countries: www.utoronto.ca/jcb)

EL FUTURO DE LA BIOTECNOLOGÍA Hay que promover por diferentes mecanismos la formación de un mayor número de recursos humanos calificados en los diferentes campos de la biotecnología para incidir en el cambio de percepción de los tomadores de decisión política, quienes generalmente consideran que: “LOS PAÍSES DESARROLLADOS TIENEN DINERO PARA HACER INVESTIGACIÓN, POR LO QUE PAÍSES COMO EL NUESTRO, LO QUE DEBEN HACER ES USAR EL CONOCIMIENTO DISPONIBLE A NIVEL MUNDIAL, SIN INVERTIR EN INVESTIGAR”.

EL FUTURO DE LA BIOTECNOLOGÍA Son los recursos humanos calificados conocedores del potencial de la biotecnología los que podrán aplicarla e insertados en una infraestructura de investigación interdisciplinaria, sacarle un mayor provecho a la investigación. LOS QUE INVESTIGAN GENERAN NUEVOS CONOCIMIENTOS QUE SE ENCUENTRAN DISPONIBLES COMO DATOS, QUE LOS RECURSOS HUMANOS CALIFICADOS ORDENAN COMO INFORMACIÓN, QUE PUEDE LLEGAR A SER CONOCIMIENTO ÚTIL APROPIADO O ADAPTADO PARA RESOLVER PROBLEMAS INHERENTES AL DESARROLLO DEL PAÍS.

INDICADORES DE RECURSOS HUMANOS EN C&T RECURSO HUMANO SALVADOREÑO graduado en los años de 2001 al 2005 Carreras de Ciencias Naturales y Matemática: 626 graduados en Licenciaturas en: i) Estadística (6), ii) Matemática (6), iii) Física (16), iv) Química (524), v) Biología (109). 15 graduados en Maestría: i) Física (3), ii) Química (12). En áreas Tecnológicas: 4178 graduados de Ingenierías : i) Biomédica (34), ii) Civil (761), iii) Eléctrica (437), iv) Electrónica (70), v) Computación (1162), vi) Industrial (1476), vii) Mecánica (141), viii) Alimentos (48), ix) Químicos (149). Fuente: Resultados de la Calificación de Instituciones en Educación Superior", de 2001 a 2005, MINED, República de El Salvador. Disponible en Web: www.mined.gob.sv/sistemas/descargas/v_archivos.asp?cat=66

INDICADORES DE RECURSOS HUMANOS EN C&T El CONACYT tiene registrados en su base de datos en seis áreas científicas y tecnológicas a 262 investigadores salvadoreños (www.redisal.org.sv): Ciencias Naturales 77 (29.6%), Ingeniería y Tecnología 55 (21.1%), Ciencias Médicas 28, Ciencias Agrícolas 34, Ciencias Sociales 55, y Humanidades 11. 216 (82.4%) investigan en las Universidades del país 144 (66.7%) en la Universidad de El Salvador. Registro voluntario

El Programa de Jóvenes Talentos INDICADORES DE RECURSOS HUMANOS EN C&T El Programa de Jóvenes Talentos Que se ejecuta por el Ministerio de Educación en coordinación con la Universidad 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.

POLÍTICA EN MARCHA El CONACYT impulsa la Política Nacional de C&T e Innovación en marcha, con la finalidad de que sea utilizada por todos los salvadoreños como marco de referencia para construir el futuro, fundamentado en el uso del conocimiento de la ciencia y la tecnología.

¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION¡ POLÍTICA EN MARCHA ¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION¡ El CONACYT impulsa la Política Nacional de C&T e Innovación en marcha, con la finalidad de que sea utilizada por todos los salvadoreños como marco de referencia para construir el futuro fundamentado en el uso del conocimiento de la ciencia y la tecnología. BIENVENIDOS SUS COMENTARIOS Y APORTES Atentamente: José Roberto Alegría Coto ralegria@conacyt.gob.sv Visite la página web: www.conacyt.gob.sv/cit.htm vea otras Ponencias de Divulgación Científica y Tecnológica Nacionales