Sistemas Biológicos en La Obtención de Productos Biofarmacéuticos y Enzimas

7/24/2019 Sistemas Biológicos en La Obtención de Productos Biofarmacéuticos y Enzimas

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SISTEMAS BIOLÓGICOS EN LAOBTENCIÓN DE PRODUCTOS

BIOFARMACÉUTICOS Y ENZIMASIng. Cinthia Córdova Barrios

[email protected]

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA

FACULTAD DE CIENCIAS FARMACÉUTICAS, BIOQUÍMICAS YBIOTECNOLÓGICAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA BIOTECNOLÓGICA

ASIGNATURA: OPERACIONES UNITARIAS II



SISTEMAS BIOLÓGICOS

Explicar y comprender la importancia de los sistemas biológicos en el diseño delDownstream Processing (DSP) para la obtención de productos biofarmacéuticos.

OBJETIVO



SISTEMAS BIOLÓGICOS

1. Introducción

2. Definición y características.

3. Tipos

4. Importancia

5. Ventajas y desventajas: Bacterias, levaduras, hongos, célulasanimales, animales transgénicos y plantas transgénicas.

6. Bibliografía



INTRODUCCIÓN:

Un bioproceso es una parte esencial de la industria biotecnológica, es unproceso en el que utilizan células vivas o alguno de sus componentes

para obtener un producto.

UPSTREAM DOWNSTREAM BIOPROCESO



INTRODUCCIÓN:

Sistema biológico UPSTREAM

La biotecnología se refiere a toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos

(organismos vivos o sus derivados) para la creación o modificación de productos o

procesos para usos específicos.

SISTEMAS BIOLOGICOS



DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS:

Es un organismo

vivo o los productosde su metabolismo..

Ser genéticamente

estable.

Eficiente nivelde expresióndel productodeseado.

Sencillez yeconomía desu cultivo.

Ser seguro.

SISTEMAS BIOLOGICOS



TIPOS:

Bacterias: Escherichia coli

Levaduras: Saccharomyces cerevisiae

Hongos: Aspergillus sp.

Cultivo de células animales: BHK y CHO

Cultivo de células vegetales

Animales transgénicos: Cabras, ovejas, cerdos, conejos,vacas.

Plantas: Nicotiana tabacum

SISTEMAS BIOLOGICOS



IMPORTANCIA:



IMPORTANCIA:

Biopharmaceutical Source Biopharmaceutical Source

tPA E. coli, CHO FSH CHO

Insulin E. coli IFN-β CHO

EPO CHO

IFN-α E. coli Glucocerebrosidase CHO

IFN-γ E. coli Factor VIIa BHK

IL-2 E. coli

G-CSF E. coli

hGH E. coli



BACTERIAS: Escherichia coli

Ventajas

Facilidad de manipulación genética.

Crecimiento rápido en mediosrelativamente simples y de bajo costo.

Su tecnología de fermentación está bienestablecida.

Altos niveles de expresión de la proteínaheterologa.

Desventajas

Las proteínas heterólogas se acumulanintracelularmente (implicancias en el DSP)

Incapacidad para realizar modificacionespost-traduccionales.

La presencia de lipopolisacárido (LPS) ensu superficie con capacidad inmunogénica.




Most interleukins (IL-1 being an important exception)

IFN-β and -γ (most IFN-αs are unglycosylated)

CSFs TNFs

Gonadotrophins (FSH, luteinizing hormone and hCG)

Blood factors (e.g. Factor VII, VIII and IX)

EPO

ThrombopoietintPA

α1-Antitrypsin

Intact monoclonal antibodies

PROTEÍNAS CON POTENCIAL TERAPÉUTICO, GLICOSILADAS AL SERPRODUCIDAS NATURALEMTE




DESVENTAJA

Cuerpos deinclusión

Proteína heteróloga Parcialmenteplegada.

Agregadosinsolubles

DSP CentrifugaciónLisis química de los

cuerpos deinclusión

Diálisis

Evitar suformación

Disminuir latemperatura del

crecimientobacteriano

Expresión de unaproteína de fusión

(proteína de interés+ tioredoxina)

Lisis por osmosis yadición de

enteroquinasa a laproteína de fusión



BACTERIAS:

Ralstonia eutropha

Ácidopolihidroxibutírico(PHB)



CÉLULAS ANIMALES: CHO y BHK

Ventajas


Altos niveles de expresión de proteínasheterólogas.

Poseen la capacidad de realizarmodificaciones post-traduccionales

Desventajas

Crecimiento lento

Requiere de medios complejos.

Requiere condiciones exigentes deincubación.

Mayores costos de producción.

Susceptibles al daño físico.



CÉLULAS ANIMALES:

CHO (Chinese HamsterOvary)

Factor VIII (Hemofilia),EPO, TPO.



SISTEMAS BIOLÓGICOS: E.coli yCHO/BHK

Biorreactor de células microbianas Biorreactor de líneas celulares animales



LEVADURAS: Saccharomyces cerevisiae

Ventajas


Crecimiento relativamente rápido en mediossencillos, de bajo costo y resistencia al daño físico.

Su tecnología de fermentación se encuentraestablecida y definida.

Son organismos GRAS (generally regarded assafe).

Poseen la capacidad de realizar modificacionespost-traduccionales.

Desventajas

Menores niveles de expresión de proteínas

heterólogas.

En ocasiones los patrones de glicosilación difieren.



LEVADURAS: Saccharomyces cerevisiae

Trade name Description Use

Novolog Engineered short-acting Diabetes mellitus

insulin

Leukine Granulocyte Bone marrow

macrophage CSF transplantation (GM-CSF)

Recombivax, Comvax, All vaccine preparations Vaccination

Engerix B, Tritanrix- containing rHBsAg as

HB, Infanrmix, one component

Twinrix, Primavax,

Hexavax Revasc, Refludan Hirudin Anticoagulant

Fasturtec Urate oxidase Hyperuricaemia

Regranex PDGF Diabetic ulcers

PROTEÍNAS RECOMBINANTES PRODUCIDAS EN S. CEREVISIAE



LEVADURAS:

Saccharomyces cerevisiae

Bioetanol



HONGOS: Aspergillus sp.

Ventajas

Su tecnología de fermentación seencuentra establecida y definida.

Genera proteínas extracelulares

Poseen la capacidad de realizarmodificaciones post-traduccionales

Desventajas

Menores niveles de expresión deproteínas heterólogas.

En ocasiones los patrones de glicosilacióndifieren.

Generación de proteasas extracelulares.



HONGOS:

Ashbya Gossypii

Vitamina B2 (Riboflavina)



ANIMALES TRANSGÉNICOS: Cabras

Ventajas

Altos niveles de expresión de proteínas

heterólogas.

La capacidad de producción es alta.Suministro continuo.

Facilidad de manejo y cría.

Facilidad de recolección.

Baja inversión de capital.

Desventajas

Resultado negativo de la transgénesis.

La variabilidad de los niveles deexpresión

En ocasiones los patrones deglicosilación difieren.

El animal transgénico debe alcanzar lamadurez sexual.



ANIMALES TRANSGÉNICOS:

Animales como biorreactorespara la producción de

proteínas terapéuticas.

El gen que produce la proteína

terapéutica deseada esintroducido mediante

transgénesis en la célula diana.

Por clonación se hace crecer lacélula hasta convertirla en un

animal adulto

Gene - pharming

El animal adulto puedeproducir la proteína terapéuticao el producto biofarmacéutico

en huevos y leche.



ANIMALES TRANSGENICOS:

• Introducción de untransgen (material genético transferido) enel estadio mastemprano posible deldesarrollo del cigoto.

Microinyecciónpronuclear

• Infección de embrionescon vectores virales(retrovirus como vectordel nuevo DNA) antesde su implantación.

Retrovirus

• Fusión de células madreembrionarias con elDNA transferido,reabsorción,transformación einyección en el huésped.

Células madre

TECNICAS TRANSGENICAS



ANIMALES TRANSGENICOS:

Biosteel

Los métodos transgénicos son rápidos, de confianza y mas baratos.Se utiliza principalmente cabras porque se reproducen mas rápidamente y son mas

baratas que el ganado vacuno, además de ser grandes productoras de leche.Las aves de corral tienen un sistema de reproducción muy eficiente, y es fácil generar

cientos de huevos en un tiempo relativamente corto.

Antitrombina

recombinante




Protein Animal species Expression level in milk (mg l 1)

tPA Goat 6000

IL-2 Rabbit 0.5

Factor VIII Pig 3

Factor IX Sheep 1000

α1-Antitrypsin Goat 20 000

Fibrinogen Sheep 5000

EPO Rabbit 50

Antithrombin III Goat 14 000 Human α-lactalbumin Cow 2500

IGF-I Rabbit 1000

Protein C Pig 1000

GH Rabbit 50

PROTEÍNAS RECOMBINANTES PRODUCIDAS EN LA LECHE DEANIMALES TRANSGENICOS




Species Annual milk yield (l) Time to first production batch (months)

Cow 6000 – 9000 33 – 36

Goat 700 – 800 18 – 20 Sheep 400 – 500 18 – 20

Pig 250 – 300 16 – 17

Rabbit 4 – 5 7

RENDIMIENTO DE LECHE Y EL TIEMPO ENTRE GENERACION DE UNEMBRION TRANSGENICO Y LA OBTENCION DEL PRODUCTO




Cabra transgénica

tPA (Activador delplasminógeno tisular)



PLANTAS TRANSGÉNICAS: Tabaco

Ventajas

Costo bajo del cultivo.

Metodología de cosecha establecida.

Facilidad de ampliación económicamentefactible.

Proteínas expresadas en las semillas songeneralmente estables.

Los sistemas basados en plantas sonlibres de patógenos humanos.

Desventajas

Los niveles de expresión son variables.

En ocasiones los patrones deglicosilación difieren.

La presencia de metabolitos secundariosinterferentes.

Riesgo de escape accidental al medioambiente del material genético.



PLANTAS TRANSGÉNICAS:

Tabaco

EPO



PLANTAS TRANSGÉNICAS:

Protein Expressed in Production levels achieved

EPO Tobacco 0.003% of total soluble plant

HSA Potato 0.02% of soluble leaf protein

Glucocerebrosidase Tobacco 0.1% of leaf weight

IFN-α Rice Not listed

IFN-β

GM-CSF

Tobacco

Tobacco

0.000 02% of fresh weight

250 ng ml 1 extract

Hirudin Canola 1.0% of seed weight Hepatitis B surface antigen Tobacco 0.007% of soluble leaf protein

Antibodies/antibody fragment Tobacco Various

PROTEÍNAS RECOMBINANTES PRODUCIDAS EN PLANTASTRANSGÉNICAS



Referencias Bibliográficas:

WALSH, G. “Pharmaceutical Biotechnology Concepts and

Applications”. John Wiley & Sons Ltd. England. 2007.



Referencias Bibliográficas:

THIEMAN, W. y PALLADINO, M.” Introduction toBiotechnology”. Third Edition. Pearson Education. USA. 2013.



Referencias Bibliográficas: ARGENBIO.”Por qué Biotecnología”. Consejo Argentino

para la formación y desarrollo de la Biotecnología. Argentina.2000.

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