“Biotecnología, hoy”

29 de junio de 2007La Pampa

Primera parte

Contenido de la primera parte:

¿Qué es la biotecnología?Las primeras aplicaciones

La importancia de los microbiosBiotecnología y ambiente

Ingeniería genéticaAplicaciones de la biotecnología moderna

Animales transgénicos

La biotecnología es el empleo de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre

Microbios o microorganismos:

Antony van Leeuwenhoek(1632-1723)

Luis Pasteur (1822-1895) "La ciencia y las aplicaciones de la ciencia están unidas como el fruto al árbol".

Los microorganismos provienen de otros pre-existentes Origen microbiano de la fermentación Producción de vacunas Pasteurización

Levaduras del vino, según Pasteur

Saccharomyces cerevisiaepan, vino, cerveza

Hongos útiles

Las levaduras

levaduras

Penicillium camemberti

queso Camembert

Hongos útiles

Penicillium roqueforti

queso Roquefort

Hongos útiles

Penicillium notatumpenicilina

Bacterias útiles

Las bacterias ácido-lácticas

Lactobacillus d. bulgaricus Streptococcus s. thermophilus

yogur

Bifidobacterium breve

probióticos

Bacterias útiles

Bacterias útiles Streptomyces sp.

antibióticos

Enzimas en detergentes

Bacillus sp

En 2009 el mercado global de enzimas será de U$ 2.400. 000

El mayor productor es Novozymes (Dinamarca), con la mitad del mercado.

Contabiliza más de 4.000 patentes.

Invierte la mayor parte de su presupuesto en investigación y desarrollo.

Enzimas de microbios

Insumos para muchas industrias (alimentos, bebidas, fármacos, raciones animales, detergentes, etc.)

Ventajas: Reemplazan a procesos físicos o químicos (más contaminantes, corrosivos, requieren más energía) y son

biodegradables

Aspergillus niger

Ácido cítrico en alimentos

Bacillus thuringiensis (insecticida)

Rhizobium spp (inoculante)

Bacterias en la agricultura

fermentación

caña de azúcar

“crushing”

bagazo jugo de caña

110oC, decantación

concentraciónfermentación

molasas ETANOL

AZÚCAR

Obtención de etanol a partir de caña de azúcar (o remolacha)

PAPEL

grano de maíz

molienda

almidón

licuefaccióncaloralfa-amilasa

dextrinas

sacarificación

Textil, alimentos, pinturas, farmacéuticos, adhesivos, papel, cosméticos, etc

Pinturas, cosméticos, tinturas, etc.

gluco-amilasa

glucosa, maltosa, iso-maltosa

Jarabe de alta fructosa

fermentaciónlevaduras

etanoldestilación, deshidratación, desnaturalizaciónetanol (combustible)

Obtención de etanol a partir de maíz (o papa, mandioca, etc.)

Bacterias

(¿quizás en el futuro en plantas?)

polihidroxialcanoatos PHA

(bioplástico)

Almidón

(maíz, aunque también papa, mandioca, etc.)

Ácido láctico

Poliláctido

PLA (bioplástico)

bacterias

Biorremediación (biorremediación microbiana y fitorremediación)

Degradación, absorción, acumulación y/o transformación de... PesticidasHerbicidasPetróleo y derivadosMetales pesados

En 1989 se derramaron 40 millones de litros de petróleo en Alaska, afectando a 1600 Km de playa. La Biorremediación involucró la acción de microorganismos autóctonos y la bioestimulación con fósforo (P), nitrógeno (N) y potasio (K). Como resultado, se incrementó unas 4 veces la velocidad de degradación.

Caso Exxon Valdez

Efluente (sin pre-tratamiento) de una industria cárnica

Contaminación del Riachuelo

o Procesos químicos vs. Procesos enzimáticos

o Plásticos derivados de petróleo vs. Bioplásticos

o Combustibles de fuentes no renovables vs. Biocombustibles

o Agroquímicos vs. Manejo integrado de plagas

o Incineración/basurales vs. Degradación microbiana de la basura

o Tratamiento químico de efluentes y derrames vs. Biorremediación

o Extracción química de metales vs. Biolixiviación

Biotecnología y ambiente

Biotecnología tradicional:Empleo de (micro)organismos para la obtención

de un producto útil para la industria

ProbióticosEnzimasAlcoholesÁcidos orgánicos Aminoácidos Polímeros AntibióticosBacteriasBacterias

yogurdetergentesbebidas alcohólicasgaseosasedulcorantesplásticosmedicamentosbiorremediacióninoculantes, insecticidas

Biotecnología tradicional(Empleo de organismos para la obtención de un

producto útil para la industria)

Desde 7.000 a.c.

Biotecnología, hoy

Ingeniería genética o metodología del ADN recombinante

Desde 1970s

Biotecnología moderna(Emplea la ingeniería

genética) - Desde 1980s Investigación

científica

El ADN y los genes

DNA

codones

proteína

El código genético es universal

Ingeniería genética = Metodología del ADN recombinante

Conjunto de técnicas que permiten transferir genes de un organismo a otro

organismo de origen

Organismo transgénico o genéticamente modificado (OGM) o recombinante-produce una proteína recombinante

gen de interés

transgén

organismo receptor

bacterias plantas

levaduras

células en cultivo animale

s

¿Frutipez?

Biotecnología moderna

Es la que emplea las técnicas de ingeniería genética (permite

transferir genes de un organismo a otro)

Mejoramiento animal y vegetal

Producción o sobre-producción de enzimas,

fármacos y otras moléculas

¿Para qué?

Porcentaje de las enzimas recombinantes que se emplean en diferentes industrias

Industria Porcentaje de todas las enzimas

1985 1994 2000Detergentes Proteasas, amilasas, celulasas, lipasas 0 80 95

Almidón y derivados Amilasas, maltasas, isomerasas 0 95 95

Panadería Amilasas, glucanasa, xilanasa, proteasas

0 20 50

Aceites y grasas Lipasas, esterasas 0 10 100

Alimentos para animales Fitasas, amilasas, glucanasa, xilanasa 0 30 90

Aminoácidos de interés industrial producidos en organismos genéticamente modificados

(bacterias y hongos)

Aspartamo (Fen+Asp), Glicina

Edulcorantes

Aspartato, Alanina, Glutamato

Resaltadores del sabor

Histidina Antioxidante y preservativo

Lisina y metionina Suplementos dietarios

Bacterias

Hongos

Enzimas recombinantes que se emplean en la industria alimenticia

Alfa-amilasa Pan, bebidas, almidón

Aminopeptidasa Queso, lácteos, sabores

Fosfolipasa Pan, grasas

Glucosa isomerasa Almidón

Hemicelulasa Pan, almidón

Lactasa Lácteos

Lipasa Grasas, quesos, sabores, pan

Pectinasa Bebidas, derivados de frutas

Proteasa Queso, pan, bebidas, derivados de carne y pescadoQuimosina Queso

Xilanasa Bebidas, almidón, pan

Enzima Aplicación

Escherichia coli

Primer fermentador para la producción de fármacos a partir de microorganismos genéticamente modificados. Liverpool, 1982. (Eli Lilly).

Producción de proteínas recombinantes con valor terapéutico:

El ejemplo de la insulina

Purificación bioquímica

páncreas

insulina de cerdo

Antes…

ADN

(gen de la insulina humana)

insulina humana (recombinante)

bacterias o levaduras(ingeniería genética)

Concentración e inactivación

Sangre humana

Factor de coagulación humano

Antes…

ADN(gen del factor de coagulación)

Factor de coagulación humano(recombinante)

Cultivo de células de mamífero(ingeniería genética)

Producción de interferón a partir de glóbulos blancos humanos:

•45.000 litros de sangre humana (aprox. 100.000 dadores)

•250.000 millones de unidades de IFN (aprox. 1 gramo)

•Para tratar a 100.000 pacientes con enfermedades virales leves, 2.000 con enfermedades virales crónicas y 500 pacientes con cáncer.

•Costos para producir 1 gramo: 5-20 millones de dólares

Tomado de Bio…¿Qué?, Alberto Díaz 2005

Desde 1986 se produce IFN recombinante para el tratamiento de hepatitis B y C, herpes y ciertos tipos de cáncer.

Escherichia coliLevadurasCélulas de mamífero(Próximamente...también en plantas y animales transgénicos)

Proteínas recombinantes empleadas como fármacos

Factores de coagulación Hemofilia

Insulina Diabetes mellitus

Hormona de crecimiento Deficiencia de la hormona en niños

Eritropoyetina (EPO) Anemia

Interferón alfa (IFN alfa)

Hepatitis B y C, cáncer, herpes

Vacuna anti-hepatitis B

Inmunización contra la hepatitis B

Anticuerpos monoclonales recombinantes

Asma, artritis reumatoide

Proteína C Sepsis severa

Beta-glucocerebrosidasa Enfermedad de Gaucher

DNAsa Fibrosis cística

ProductoIndicación

terapéutica

Biotecnología moderna

(la que emplea a la ingeniería genética)

Edulcorantes y resaltadores de sabor

Enzimas

textil

papel

quesos, jugos, galletitas, pan,

embutidos, gaseosas, etc.

jabones en polvo

Reactivos de diagnóstico

Medicamentos y vacunas (insulina,

interferón, hormona de crecimiento,

vacuna contra al hepatitis B)

Animales transgénicos

(no aún en el mercado)

Ratones transgénicos

(para investigación científica)

Microinyección de ADN

Desarrollo de un embrión temprano (in vitro)

Tranferencia del embrión al útero de otra hembra

    

·        Animales transgénicos y biotecnología (objetivos)

1) Para producir leche con mayor valor nutricional o que contenga proteínas de importancia farmacéutica

2) Para mejoramiento del ganado y otros animales de importancia económica (peces, animales de granja, etc.)

Tracy (1991-1998)Producía 40g/l de alfa-1-antitripsina en la leche

Transgénicos: animales como fábricas de moléculas

Dolly (1997-2003), la primera oveja obtenida por clonación

a partir de células adultas

célula de ubre de la oveja A

óvulo no fecundado de la oveja donante

eliminación del núcleo ( ADN) del óvulofusión entre la célula de la

oveja A y el óvulo no fecundado sin núcleo

desarrollo del embrión (in vitro)

implante del embrión en el útero de una oveja receptora

Dolly (clon de A)

Oveja adulta A Oveja adulta donante

Oveja adulta receptora

Clonación de animales

Mansa (nació en 2002)Primera ternera clonada y transgénica.

Produce la hormona de crecimiento humana en la leche

Clonación reproductiva de bovinos

Pampero y Mansa

Pampero y nodriza

Transgénicos: mejoramiento animal

Tilapias transgénicas para la hormona de crecimiento (en desarrollo)

Annie, una vaca transgénica resistente a la mastitis (en desarrollo)

FINde la

primera parte