Venancio Arahana, PhD.

BIOTECNOLOGA

MODERNA: HISTORIA Y

PERSPECTIVAS

Uso de la tecnologa del ADN recombinante y

otras tcnicas para aislar, manipular e insertar

genes y genomas, en clulas con fines

predeterminados.

BIOTECNOLOGA MODERNA

ADN y Flujo de informacin gentica

Organismos genticamente modificados

Clonacin

micas Genmica

Transcriptmica

Protemica

Algunas Aplicaciones

Biologa Sinttita

Consideraciones ticas

EN ESTA PRESENTACIN

Fundamento: ADN

C0MPRENSIN DE LA MOLCULA

Rosalind Franklin

Maurice Wilkins

Watson y Crick

Chagraff

ADN

DESARROLLO DE LA

BIOLOGA MOLECULAR

UN GEN = UNA PROTENA

Transcripcin Traduccin

FLUJO DE INFORMACIN

Jacob y Monod 1961

CDIGO GENTICO

Marshall Niremberg

Severo Ochoa

1963

Ejemplo: Enzima

CMO FUNCIONA UNA PROTENA

TRANSFORMACIN

GENTICA

MANIPULACIN DEL

ADN

ENZIMAS DE RESTRICCIN 1961

PLSMIDOS, 1973

Stanley Cohen Herbert Boyer

Gellert, Lehman, Richardson, Hurwitz

DNA LIGASA, 1967

TECNOLOGA DE ADN RECOMBINANTE

1970S

ORGANISMOS GENTICAMENTE

MODIFICADOS

Bacterias

Hongos

Plantas

Animales

MICROORGANISMOS

GENTICAMENTE

MODIFICADOS

BACTERIA GENTICAMENTE

MODIFICADA: EL CASO DE LA INSULINA

Produccin de

insulina en

reactores a gran

escala

Insulina comercial

ALGUNOS EJEMPLOS DE MICROORGANISMOS

GENTICAMENTE MODIFICADOS

Produccin de vacunas

Vacuna para hepatitis B

Producida en levaduras

Primera vacuna recombinante

comercializada en 1986

Vacuna para papiloma virus humano

Protege contra cepas del virus 6, 11, 16, 18

Sali al mercado en 2009

PRODUCCIN DE COMPUESTOS A

GRAN ESCALA

Hormona de crecimiento humano

Se produce en E. coli desde 1997

Factor VIII de coagulacin

Produccin en cultivo de clulas de mamfero: ratn

Propiedades idnticas al FVIIII humano

ANIMALES

GENTICAMENTE

MODIFICADOS

ANIMALES GENTICAMENTE

MODIFICADOS

Tracey

Primera oveja transgnica

Creada en 1992 en Reino Unido

Propiedad: Produccin alfa -1-tripsina

Salmn, tilapia y carpa transgnicas

Tamao incrementado mediante hormona de crecimiento

Glofish

Pez zebra modificado genticamente

Sali al mercado en el 2003

Propiedad: fluorescencia mediante protena GFP

Enviropig

Modificados para lograr una mejor asimilacin de fsforo en el animal.

El excremento tiene cantidades menores de P: manejo de ganado ms amigable con el ambiente

MOSQUITOS GENTICAMENTE

MODIFICADOS

Malaria: 225 millones de casos/ ao

Dengue: 50-100 millones de casos/ ao

Mosquitos genticamente modificados con tecnologa

RIDL: liberacin de insectos

portadores de un letal

dominante

PRODUCCIN DE HORMONA DE

CRECIMIENTO HUMANO EN LECHE BOVINA

2002: Naci en Argentina la primera ternera clonada y

genticamente modificada

para producir HCH

Cada vaca podra generar 5kg/ao de HCH

Empresa BioSidus inici proyecto Tambo

Farmacetico para la

produccin de leche

portadora de HCH y otras

hormonas y protenas

humanas en el futuro.

PLANTAS

GENTICAMENTE

MODIFICADAS

Agrobacterium tumefaciens

PRINCIPALES TCNICAS

BIOBALSTICA

EJEMPLOS DE PLANTAS GENTICAMENTE

MODIFICADAS

Cultivos Bt

Maz, algodn, arroz, berenjena, etc.

Cultivos RR

Soya, maz, arroz, canola, alfalfa, rbano, remolacha, algodn, etc .

SOYA 305423

Cambiar la composicin de cidos grasos en los granos de soya, para

producir un aceite con bajo

porcentaje de cidos grasos

saturados.

Producto desarrollado por Pioneer

Producto aprobado para importacin y uso en Mxico, Corea, Canad y

Japn

PAPA CON ALTO CONTENIDO PROTEICO

Papa modificada con el gen AmA1 del amaranto

Las papas obtenidas tienen un incremento del 60% en el contenido proteico

La protena AmA1 es recomendada por la WHO por presentar un contenido proteico balanceado y contener 7 aminocidos esenciales

Investigacin financiada por el Instituto Nacional de Investigacin Molecular de Plantas en India, en el 2010

La investigacin est en una fase inicial de desarrollo

Tolerancia a la sequa La agricultura es una de las

principales responsables de la

desertificacin.

Concepto Producir plantas que puedan

crecer en estas zonas.

Beneficios Aumentar la produccin.

Mejorar la utilizacin del agua:

reducir el comsumo de agua.

Sostenibilidad ambiental.

PLANTAS MODIFICADAS

GENTICAMENTE CON

TOLERANCIA A LA SEQUA

Ejemplo:

Papa 100294

Evento desarrollado en 1994 Proyecto financiado por Max Planck

Institute of Molecular Plant Physiology

Uso confinado aprobado en Alemania

PRODUCTOS CON GENES APILADOS

Maz Bt11xMIR162xMIR604xGA2: SmartStax

8 genes apilados

Caractersticas adquiridas: Resistencia a lepidpteros

Resistencia a glufonisato

Resistencia a glifosato

Uso de manosa como fuente de carbono

ORGANISMOS GENTICAMENTE

MODIFICADOS

Generan nuevos productos:

Ejemplo: en el campo mdico

productos como la insulina

En el campo agrcola:

Variedades mejoradas: produccin, calidad

Las organismos genticamente modificadas podran presentar riesgos potenciales para el ambiente y la salud, por lo cual estos productos tienen que

ser analizados adecuadamente y aprobados antes de su uso.

PRODUCTOS REGULADOS

PERCEPCIN PBLICA

Durante los ltimos aos ha existido una gran campaa de desinformacin sobre organismos genticamente

modificados, sin fundamentos y extremista.

El consumidor requiere de informacin veraz y equilibrada para poder tomar una decisin de si

consumir o no transgnicos.

Una debilidad del consumidor en trminos generales es su nivel de educacin.

Se requiere de programas de difusin adecuados.

No existe riesgo cero, pero con un anlisis adecuado se pueden desarrollar medidas de

control y manejo: Bioseguridad

CLONACIN

Ian Wilmut y Keith Campbell

1996

OVEJA DOLLY: PRIMER MAMFERO CLONADO

Desde 1992 se han clonado 19 mamferos:

Ratn Oveja Macaco Cerdo Gaur Vaca Hurn Bfalo Mufln

ESPECIES ANIMALES CLONADAS

Gato Conejo Mula Venado Caballo Rata Camello Toro de lidia Perro Bucardo

CLONACIN TERAPETICA

MICAS

micas

Gen-mica

Metabo-lmica

Prote-mica

Transcrip-tmica

GENMICA

Conocer la secuencia completa de ADN de un organismo.

1958 y 1975

PROYECTO GENOMA HUMANO

Historia:

El proyecto inici formalmente en 1990 con una prediccin de

15 aos de duracin

Pases participantes: Estados Unidos, Reino Unido,

Francia, Alemania, Japn, China e India.

Objetivo:

Obtener la secuencia y el mapa gentico del genoma

humano "universal"

Tecnologa utilizada:

Shotgun Sequencing

Datos obtenidos:

- El genoma humano se compone aproximadamente por 25 000 genes

- Entre el 1.1 y 1.4% del genoma codifica para protenas

Primer borrador se obtuvo en el 2000

Inicio del proyecto: 2008

En el 2010 culmin la fase piloto e inici la fase de produccin que implica la secuenciacin de 2 000 genomas

En octubre 2012 se anunci la secuenciacin de 1092 genomas

Objetivo 1: catalogar las variaciones genticas humanas y relacionarlas con la respuesta frente a enfermedades

Objetivo 2: Conseguir una plataforma amplia de referencia sobre el genoma humano

SECUENCIACIN DEL GENOMA DEL

ARROZ

Segundo cultivo de mayor extensin en el mundo (despus del maz)

Alimento principal del 50% de la poblacin mundial

Ecuador: produccin aproximada de 800 000TM/ao

Secuenciacin culmin

en el 2005

32 000 genes

Tamao genoma: 390 MB

Primer cultivo

seleccionado para

secuenciar genoma

completo

Mapa genmico del arroz, se observan los 12 cromosomas. Las regiones

cuadradas representan introgresiones de genes de otras especies a lo largo

del tiempo

Objetivo: Secuenciar el genoma de 1000 especies vegetales

Las especies seleccionadas presentan alguna utilidad potencial: medicina, agricultura, produccin de metabolitos

secundarios, etc.

El proyecto inicin el 2008

Contina en ejecucin, se puede acceder a los resultados en la pgina web del proyecto: http://www.onekp.com

PROYECTO 1000 GENOMAS VEGETALES

Objetivo: secuenciad 1001 lneas de Arabidopsis thaliana

Proyecto inici en el 2008

Hasta noviembre 2011 se han secuenciado 503 genomas

La informacin del proyecto est disponible en:

http://1001genomes.org/

PROYECTO 1001 GENOMAS ARABIDOPSIS

SECUENCIACIN DEL GENOMA DE LA

VACA

Ganado bovino es el ms importante a nivel

mundial

Existen alrededor de 1.3 billones de vacas en el

mundo

La secuenciacin del genoma tendr un gran

impacto en cra selectiva

Secuenciacin culmin en el 2009

Tamao del genoma: 3GB

22 000 genes

80% de genes compartidos con el ser

humano

Objetivo: Establecer un zoolgico gentico (genoma de 10 000 especies de animales vertebrados)

El proyecto inici en el 2009, desde entonces ya se han secuenciado 120 genomas

Pgina oficial del proyecto: https://genome10k.soe.ucsc.edu/collaborators

PROYECTO GENOME 10K

Una vez dilucidada la secuencia, lo importante es conocer el mensaje que transmite y la forma en que

es regulada

ES LA SECUENCIA SUFICIENTE?

Anlisis de el perfil total de expresin de genes bajo una

condicin especfica

Ejemplo: respuesta a un tipo de estrs o tratamiento

TRANSCRIPTMICA

Conjunto total de protenas que se encuentran en una clula en un momento determinado

PROTEMICA

Interaccin entre genes+ Mecanismos

de regulacin del flujo de informacin

Determina el funcionamiento celular y de los

organismos

Clave para comprender

procesos biolgicos

Algunas aplicaciones

Metagenmica

Farmaco-genmica

Vida=ADN

BIOLOGA SINTTICA

Unidad de informacin= GEN

LA IDEA

Vida= cdigo de 4 letras= ADN

2005: Inicia el proyecto Creacin Vida Sinttica

PROYECTO INSTITUTO CRAIG VENTER

2 grupos trabajo

Sntesis ADN Trasplante ADN en organismos

husped

IDEA GENERAL DE TRASPLANTE DEL ADN

Bacteria husped:

Mycoplasma

capricolum

Insercin de ADN

sinttico forneo

Sustitucin del

cromosoma natural por

el cromosoma sinttico

Bacteria husped:

Mycoplasma

capricolum

Inicio de la sntesis de

protenas a partir del

genoma sinttico

Multiplicacin de clulas

sintticas

Primera Revolucin:

Agricultura

10 000 aos atrs

Segunda Revolucin:

R. Industrial

Principios del siglo XIX

Tercera Revolucin??

Creacin vida sinttica

2010

FUTURAS APLICACIONES

Microorganismos

sintticos para

elaboracin de vacunas

Microorganismos sintticos

para produccin de

biocombustibles Microorganismos

sintticos para

biorremediacin

Y PRINCIPALMENTE

Producida en

microorganismos

sintticos

CONSIDERACIONES

TICAS

Toda tecnologa en desarrollo requiere tener parmetros de bioseguridad que aseguren que la persona a cargo del

proyecto, el ambiente inmediato y la comunidad en general no

se vean en peligro por el trabajo que se est realizando.

ADN es informacin y el uso de esa informacin requiere el seguimiento de parmetros ticos.

A nivel de seres humanos el uso de la informacin requiere del consentimiento informado de cada persona y a nivel de

informacin de recursos genticos se requiere seguir con la

legislacin pertinente en cada pas .

Al momento actual el desarrollo tecnolgico en este campo debe tener dos grades objetivos: el bienestar humano y el

bienestar de los otros seres vivos y del ambiente .

CONSIDERACIONES

TICAS

GRACIAS