Aplicación de la Biotecnolog ía en Malas hierbas: Proteómica

Dra: Esther Giraldo Ramos. INTAEX

Aplicación de la Biotecnología

¿ Principal Motor para el progreso de la humanidad ?

La Ciencia y la Tecnología

Aplicación de la Biotecnología

son los principales motores para el progreso de la sociedad y la econom ía.

Los estudios Biotecnológicos al servicio de la innovación industrial y

del desarrollo empresarial

La Ciencia y la Tecnología

• Aplicación Tecnológica que hace uso de los sistemas Biológicos.

• Carácter multidisciplinario: Biológia, Bioquímica, Vi rología, Ingeniería, Medicina, Veterinario...

Aplicación de la Biotecnología

BIOTECNOLOGÍA

• La biotecnología moderna utiliza diversas técnicas pa ra acercarse a su objeto de estudio:

– Microbiología

– Ingeniería genética

– Biología molecular

– Bioquímica

– Genómica

– Bioinform ática

– Proteómica

Técnicas moleculares han supuesto un gran impulso t ecnológico

BIOTECNOLOGÍA

Aplicación de la Biotecnología

• Ocupa a 2 millones en Europa

• 80% de todas las patentes

• 1283 empresas/327 en bolsa (EEUU)

• Facturan 18.600M$ e invierten 10.000 M$

Aplicación de la Biotecnología

EL NEGOCIO DE LA BIOTECNOLOG ÍA

BIOTECNOLOGÍA

Aplicación de la Biotecnología

• Tiene gran repercusión en Farmacia, M edicina,

Veterinaria, Alimentación, Industria y Agricultura entre o tros

•Actualmente se utiliza en cuatro sectores :

Dentro de la denominada biotecnología morada o viol eta se engloban las medidas de seguridad, la legislación y los valores y principios ético-

morales establecidos por la sociedad en materias y aplicaciones biotecnológicas.

La Biotecnología Dorada incluye los desarrollos y p rocesos Bioinformáticos. La bioinformática puededefinirse c omo la aplicación de

métodos informáticos y computación en el análisis d e datos experimentales y simulación de los sistemas biológi cos.

BIOTECNOLOGÍA

Aplicación de la Biotecnología

La Ciencia y la Tecnología

Aplicación de la Biotecnología

son los principales motores para el progreso de la sociedad y la econom ía.

Los estudios Biotecnológicos al servicio de la innovación industrial y del desarrollo

empresarial

Importantes Científicos

• Han protagonizado el Progreso

Sociedad

Aplicación de la Biotecnología

PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA

Han protagonizado el Desarrollo

La Biotecnología Verde

Importantes Científicos AGRÍCOLA.

PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA

CHALRES DARWIN

PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA

Aplicación de la Biotecnología

• Observó que la vida es cambiante

• Propuso la teoría de la Evolución

Mendel

PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA

Aplicación de la Biotecnología

Determinó la base genética de la vida

Describió científicamenteel proceso de Pasteurizacióny comprobó la imposibilidad de la generación espontánea

Pasteur

PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA

Aplicación de la Biotecnología

PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA

Aplicación de la Biotecnología

Watson y Crick (Wilkins)

Determinaron la naturaleza molecular de la información Genética

Estructura del ADN

En los últimos años

Ha experimentado una revolución

Técnicas molecularesestán abriendo un enorme abanico de

Nuevas Líneas de Investigación ,

Aplicaciones prometedoras

Nuevos retos a encarar

Ofrece Oportunidades

Permitir al sector productivo mantener una posición de liderazgo ante el reto de una agricultura cada vez m ás basada en el conocimiento.

La Biotecnología Verde

Biotecnología Agrícola

� Herramienta que puede mejorar la calidad, seguridad y sanidad de los productos agrícolas. Aumentar los rendimientos, permitir una agricultura con un uso más racional de agroquímicos. Asi como ayudar a paliar la creciente demanda de alimentos

La Biotecnología Verde

Técnicas moleculares Biología molecular

Estudiar los procesos que se desarrollan

en los seres vivos desde un punto de vista molecular

Estudio de las “ómicas”neologismo

Genomica, Metabolomica, Proteomica y Tra nscriptomica

(ADN, Metabolitos, Proteinas, ARN) para conseguir un correcto funcionamiento de la célula .

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

¿Que es la célula?

La unidad esencial morfológica y funcional de los s eres vivosTodos los seres vivos están constituidos por celula s que contiene el ADN

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

¿Que es el ADN?

El DNA constituidos por genes. El ADN almacena la i nformación genética Genes se heredan. Genes constituyen el genoma. Cienc ia estudia Geonómica

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

¿Qué beneficios puede traer el estudio del genoma?

� Diagnóstico y prevención de enfermedades

� Diagnostico prenatal

� Susceptibilidad en las enfermedades

� Técnicas para tratar enfermedades hereditarias

� Terapia génica y farmocogenómica

� Nuevas vías en el estudio de la evolución

� Aplicaciones en biotecnología

GENÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

Consorcio del secuenciación del Genoma Humano. 2.20 0 millones $

Inicio 1990, participación: Alemania, Australia, Brasil, Canadá, Corea,

Dinamarca, Francia, Holanda, Israel, Italia, Japón, México, Rusia y Suecia

Enorme Desafío Científico…Descifrar Genoma Humano

(2001): Se publica La secuencia del genoma humano. Un logro en la historia de la humanidad. El libro d e la vida

GENÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

Impacto político

Se requiere Centros de genómica

GENÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

¿Qué está pasando ?

GENÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

SECUENCIACIÓN GENOMA HUMANO

GENÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

Evolución conjunta del genoma Animal y Vegetal

30.000 Genes

27.000 Genes + pequeño

Las primeras leyes de la genética se descubrieron e n plantas (Mendel con el guisante )

GENÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

Secuenciación de Genomas

1Mb = 106bp

Genoma Humano 10 veces + pequeños

Genoma de la Salamandra

200 veces + pequeñoGenoma Ameba

Diferencia entre ADN de 2 personas 0.2%

Genoma Trigo 5 veces > Genoma

ser humano

GENÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

Herramienta para almacenar de secuencias de nucleótidos,

búsquedas de genes disponibles en las bases de datos

comparación de distintas secuencias genómicas,

similitud entre el DNA de dos organismos...

Analizar y Procesar ingente cantidad de datos generados en los proyectos genomicos

Esenciar para poder navegar por el mar de información

Integrar y las diferentes base de datos

que contienen información biológica

BIOINFORMATICA

BIOTECNOLOGÍA DORADA

Utilización de la información

Antes Ahora

+

Aplicación de tecnología de computadores para la ge stión y análisis de datos biológicos generados

Datos Genómicos Bioinformática

BIOTECNOLOGÍA DORADA

BIOINFORMATICA

2009

1965

1980

1995

ADN doble hélice

1953

Primera secuencia de proteína

1955

1964

Primera secuencia nucleotídica

Primera Molécula de ADN recombinante

1972

1975Electroforesis 2D

1977

Secuenciamiento de ADN

Estructura 2a del ARN

Primer genoma viral secuenciado (Φλ)

PCRMapa físico de E.coli

Inicio del proyecto Genoma Humano

Genebank

19811982

1985

1987

1990Blast/Clustal 1991

Primera vez que se usa Bioinformática en la literatura científica

Primer genoma de bacteria

Primer genoma eucariota

Primer genoma vegetal

1996

2000

2001

Primer borrador del genoma Humano

2004

Término del genoma Humano

2008

Primer genoma de la mujer y primer genoma bacteriano artificial/

proteoma humano

BIOTECNOLOGÍA DORADA

Nace una nueva era. La era Post-genómica.

Nace una nueva era, la Proteómica

Enorme cantidad de Información generadaProyecto de Geonómica

Desarrollo Bioinformática

Nueva etapa de la investigación biológica que emana de la Geonómica

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PROTEÓMICA

.

Dogma de la Biología

Gen

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

Obreros de las células Cruciales para la vida

FUNCIONES

• Defensiva, Ej. Anticuerpos como la inmunoglobulinas

• Reguladoras Ej. hormonas, enzimas y vitaminas

• Enzimática Actúan como biocatalizadores acelerando l as reacciones químicas del

metabolismo.

• Homeostática como amortiguadores

• Contráctil Ej. actina, miosina

• Estructural Ej. colágeno, queratina

• Reserva Ej. lactoalbúmina reserva de aminoácidos

• Transportadorasn Ej. hemoglobina y la mioglobina, t ransportadoras del oxígeno

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PROTEÍNAS

Proteoma: conjunto de todas las proteínas que componen una célula en una condiciones determinadas

Constelación de proteínas que otorgan a las células su estructura y función.

La proteomica: herramienta fundamental para el progreso de la Ciencia

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PROTEÓMICA

Proteómica: Ciencia que estudia los proteomas

GenomasContiene la información para crear los

organismos La tipología del organismo

Proteínas Como funciona el organismo

Al entender las proteínas se podrá resolver mecanism os metabólicos básicosfundamentales de las enfermedades y salud seres viv os

Traducen

GENOMICA Y PROTEÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

Human proteome project: 10 years, $1 billion?

Proyecto Proteoma del Cancer

un consorcio internacional, (Human Proteome Organiza tion),

PROTEÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

Hay tantas estrellas en el cielo como proteínas en la Tierra

El genoma de la levadura

6225 proteínas diferentes

Recurrir técnicas muy sofisticadas

PROBLEMATICA DE LA PROTEÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

Los proteomas son dinámicos

Cambian

• Con el tiempo

• Estadio de desarrollo

• Condiciones intra y extracelulares

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PROBLEMATICA DE LA PROTEÓMICA

• Proteómica Descriptiva . Identificar a gran escala del mayor número de proteínas expresadas por un organismo en una condic ión biológica particular

• Proteómica de expresión diferencial (Comparativa): consiste en evaluar los cambios en la expresión de proteínas de un organism o sometido a dos o varias condiciones biológicas diferentes. (resisten cia o sensibilidad)

• Estudio de modificaciones postraducionales

• Interactomica: Interacción entre Proteínas, y entre proteínas y ot ras moléculas.

PROTEÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

La proteómica incluye diversos campos de investigació n:

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PROTEÓMICA

Etapas para el desarrollo del proteoma de un organismo

1. Preparación de la muestra

2. Separación de la muestra (2DE)

2.1 Separación por punto isoelectrico

2.2 Separación por tamaño

2.3 Detección

2.4 Análisis de im ágenes de geles

2.5. Selección de proteínas de interés

2.6. Digestión de la proteína de interés

3. Análisis mediante espectrometría de masas

4. identificación proteica. Mediante búsquedas en ba se de datos

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PROTEÓMICA

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PROTEÓMICA EN PLANTAS

A) Proteómica Descriptiva.

+ Atención se le ha dedicado. Caracterizar el proteoma de los órganos (hoja, raíz) orgánulos (mitocondrias)

• Utilizada para validad la variabilidad génica, dentro y entre especies

• Información sobre aspectos de la biología de las plan tas: germinación, desarrollo, organogénesis, respuesta a es trese tanto abióticos (sequía, salinidad, Tª, metales, xenobiot icos, herbicidas) como bióticos (patógenos y plantas parasitas)

• Productos alimentarios. Ej: Comparación 2 líneas de tomates, uno modificadas mediante ingeniería genética y otro no. Ambos difieren en su re sistencia a virus. No presentaron diferencias significativas en el resto de las proteínas

PROTEÓMICA EN PLANTAS

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

B) Proteómica de expresión diferencial (Comparativa):

PROTEÓMICA EN PLANTAS

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

C) Estudio de modificaciones postraducionales

Determinan:

* Función de la proteína

* Localización

* Estabilidad

* Interacciones con otras proteínas o biomoleculasSe han descrito has 300 MPTs

Proyecto en el que estamos trabajando en el INTAEX

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PROTEÓMICA EN PLANTAS

• Influencia de la Tª en el almacenamiento postcosecha de la Nectarina

• Momento optimo de recolección del Albaricoque

• Influencia del riego en la calidad postcosecha de la Cereza

Fruta de hueso

Uva

• Influencia del riego en el desarrollo de la baya

Malas hierbas

• Conocimiento de los mecanismos implicados en la resi stencia de las malas hierbas del arroz

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS

OBJETIVO:

Identificar las proteinas de la mala hierba del arro z “Echinochloa phyllopogon”implicadas en el proceso de resistencia por metabol ismo del fenoxaprop

METODOLOGÍA:

Detección las proteínas diferenciales entre Echinoc hloa Resistente y Sensible antes y después de ser tratadas.

Para la obtención de proteomas:A) Extracción ProteicaB) Separación Proteica (Electroforesi bidimensional)C) Identificación proteínas diferenciales (Espectrom etria de masas)

PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

2 DE

Separación de Proteínas

IDENTIFICACIÓN PROTEINAS ESPECTROFOTOMETRÍA DE MASAS

MUESTRA EXTRACCIÓN PROTEINAS

Tienen menor contenido de proteínas, contienen m ás proteasas y otros compuestos que interfieren en la estabilidad de las proteínas: polisacáridos, lípidos , compuestos fenólicos y metabolitos secundarios que pueden inter ferir en el proceso de extracción, fraccionamiento y análisis

La extracción de proteínas en tejidos vegetales es m ás complicada que otras fuentes biológicas.

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS

1) Se planteo la optimización del protocolos de extr acción en Echinochloa

PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

1) Se optimizaron 3 protocolos de extracción en Echin ochloa

Basados en Phenol, TCA y KCL

D)

C)

B)

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA LA EXTRACCIÓN PROTEI CAA)

RECEPCIÓN DE MACETAS

PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

PHENOL TCA KCL

Los protocolos de extracción presentaron diferente capacidad de extracciónTanto en el numero de proteínas como en el tipo de proteínas extraídas

El resto del estudio fue realizado mediante el prot ocolo basado en

Identificación de las proteínas implicadas en los m ecanismos de resistencia a herbicidas en Echinochloa

PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

EchinochloaResistente

EchinochloaSensible

EchinochloaSensible

EchinochloaResistente

Antes de ser tratada con herbicida Después de ser tratada con herbicida

Concluimos

PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS

BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares

La identificación de los spot diferenciales podrían indicarnos

que proteínas podrían estar relacionadas con los me canismos de

resistencia a herbicidas preemitiéndonos el desarro llo herbicidas eficaces

• Amelia Díaz M éndez

• Joaquín Frutos Blancos

• Esther Giraldo Ramos

LABORATORIO DE PROTEÓMICA DEL INTAEX

Se creó en el año 2009

Ha participado en números congresos nacionales, int ernacionales, ha participado como réferi y ha publicado trabajos en revistas esp ecializadas con un alto IP.

¿¿Esta Extremadura preparada para utilizar estas nuevas tecnologías???

Dra. Esther Giraldo Ramos. INTAEX