Metagenómica: biodiversidad y nuevos productos biotecnológicos

 CHANCHAMAYO - PERU 2013

ALUMNO:

Helmer Arturo Ramirez Vega

INTRODUCCIONLa metagenómica es una ciencia que surge como una rama de las ciencias genómicas, la cual se refiere al estudio del metagenomas de un nicho en particular. Se puede definir como el total de ADN de una muestra ambiental. Hasta el momento, se han investigado metagenomas de diversos ambientes, incluyendo ecosistemas acuáticos, minas, suelos agrícolas y forestales, entre otros. Lo relevante de estos estudios es que cada uno de ellos ha mostrado diferentes aspectos para estudiar y analizar.

JUSTIFICACION E IMPORTANCIA

Hoy en día las industrias poseen distintas motivaciones para probar el enorme recurso que es la diversidad microbiana no cultivable.

Diversas industrias están interesadas en explorar el recurso de los microorganismos no cultivables que han sido identificados a través de ambientes genómicos a grandes escalas.

Existe una política global para promover la biotenologia industrial como el futuro de las sociedades modernas industrializadas.

OBJETIVO GENERAL Conocer la metagenómica, sus aplicaciones, su biodiversidad, sus nuevos productos biotecnológicos y la metogenomica microbiana para darle su debida aplicación en el curso de microbiología de alimentos, además de analizar los aspectos beneficiosos en la industria alimentaria como recurso microbiano no cultivable que se encuentra en ambientes genómicos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:  Conocer la importancia de la metogenomica en la ecología

microbiana, moléculas, enzimas y ambientes nuevos para los diferentes productos biotecnológicos que se pueda aplicar en la industria alimentaria.

Conocer la aplicación tecnológica de la biotecnología para sistemas biológicos, en seres vivos y productos para uso especifico.

Identificar parte de la biodiversidad en las diferentes formas de vida que existe sobre la tierra.

Conocer como se trabaja la metogenomica, y asu amplia variedad de técnicas y estrategias de trabajo, para llegar a conocer los productos que producen microorganismos en comunidad natural.

OBJETIVOS

Como manifestara el investigador estadounidense Stephen Jay Gould (1941-2002): “En la Tierra no vivimos en la Era del Hombre o de los humanos, vivimos hoy, y siempre, en la Era de la Bacterias”.

Las bacterias (Reino procariota) son, y siempre han sido, la forma de vida predominante en la Tierra. Se cree que fueron los primeros habitantes del planeta, hace 3.500 millones de años, lo que significa que son 2.000 millones de años más antiguos que los organismos eucariotas.

Los procariotas son fundamentales para el planeta porque fabrican y mantienen la composición de la atmósfera y del suelo, convierten elementos clave como carbón, nitrógeno, y azufre en formas accesibles para otros seres vivos y, contribuyen a formar la mayor biomasa del planeta. 

MARCO TEORICOHISTORIA:

la metagenómica es un conjunto de técnicas de investigación, con muchos enfoques y métodos relacionados, y un campo de investigación. En griego, meta significa “trascendente”. En su enfoque y métodos, la metagenómica supera el doble problema del cultivo y la diversidad genómica de la mayoría de los microbios,

LOS ESTUDIOS METAGENOMICOS

La extracción del ADN directamente de los microbios viviendo en un ambiente particular. La muestra mixta de ADN se puede analizar directamente, o clonado en una forma sostenible en bacterias de laboratorio,

Es una ciencia muy nueva, pero ya ha producido una riqueza de conocimiento acerca del mundo microbiano debido a sus radicalmente nuevas formas de realizar la microbiología.

LA METAGENOMICA

DEFINICION:

LA METAGENOMICA SE ENCARGA DEL ESTUDIO DE:

Estudio de genes:

Celulosas, proteasas,etc.

Rutas metabólicas

.

Análisis de organismos

y comunidade

s.

• Identificar los diversos microorganismos que habitan en un ambiente dado.

• Reconstruir los caminos metabólicos, para ayudar a predecir la función de microorganismos no cultivados.

• Hallar nuevas enzimas y compuestos bioactivos.

OBJETIVOS DE LOS ESTUDIOS METAGENOMICOS:

1. Ecología microbiana - fisiología, ciclos de nutrientes2. Nuevos moléculas - importancia global (Proteorodopsinas)3. Interacción hospedero – microorganismo (simbiosis / patogenicidad)4. Acceder a ambientes nuevos / difíciles (extremos)5. Nuevas enzimas / productos biotecnológicosIMPORTANCIA DE LA

METOGENOMICA

CÓMO SE TRABAJA EN METAGENÓMICA:

Se obtienen una muestra

de un ambiente particular

(suelo, agua de mar, la boca de un

ser humano, etc.) y se

realiza una extracción de

ADN de todos los microbios

presentes en la muestra.

Una vez que el ADN es

extraído se lo secuencia

para estudios comparativos

o para búsquedas

de genes en particular. Se induce una replicación de ADN del

microorganismo para crear una

“Biblioteca”

Luego, el tratamiento

de la biblioteca de

genomas (metagenoma), depende del objetivo de búsqueda basado en la

secuencia genética

completa -el patrón de

bases nitrogenadas (A, C, G, T)

en las cadenas de ADN – de los microorganis

mos descubiertos

en la muestra.

Los proyectos de metagenómica basados en

la función, exploran los productos

que producen los

microorganismos en una comunidad natural. De

esta forma es posible extraer

directamente ADN a partir

de una comunidad

microbiana e identificar

nuevas proteínas y

meta bolitos.

Es la variación de todas las formas de vida sobre la tierra. Las diferentes plantas, animales y microorganismos que conforman la vida. Los genes de estos organismos La naturaleza y su biodiversidad son una fuente excepcional de actividades beneficiosas para la salud, la industria y el ambiente.

 Los ecosistemas de nuestro planeta albergan una gran diversidad biológica que aún no ha sido evaluada. El número de especies descritas está en torno a 2 millones, pero se estima que quedan por descubrir como mínimo otros 50 millones.

La mayor parte de esta biodiversidad reside en los bosques tropicales.

BIODIVERSIDAD

BIODIVERSIDAD Y BIOTECNOLOGIA

La potencia de los productos biotecnológicos radica en su efecto de acción después de la limpieza, lo cual le permite continuar biodegradando por un largo periodo de tiempo.

El desarrollo de productos biotecnológicos supone fuertes inversiones en material de última tecnología y en formación del personal adecuándolo a estas tecnologías, mientras que la aceptación de los productos desarrollados es muy lenta por el mercado frente a los productos "clásicos". Normalmente cualquier producto en base a química clásica es mucho más barato que uno basado en enzimas y/o microorganismos, aunque el producto químico clásico es mucho más contaminante y nocivo tanto a nivel de personas como de medioambiente.

PRODUCTOS BIOTECNOLOGICOS

APLICACIONES INDUSTRIALES EN LA METOGENOMICA: La metagenómica tiene el potencial para impactar substancialmente la producción industrial ya que actualmente cuenta con las herramientas disponibles para monitorear la biodiversidad de los linajes bacterianos.

Industria de detergentes

Procesamiento de textiles

Cuero Alimentos

Hornear Jugos de

frutas Carnes

Bebidas alcohólicas

Papel Medicina

Pruebas analíticas

Enzimas terapéuticas

Limpieza de heridas

Fabricación de drogas

 

Biocatalítico ideal

Las enzimas necesitan funcionar

eficientemente de acuerdo a

parámetros de rendimiento.

Cualquier aplicación industrial tiene que ser designada con ciertas limitaciones

enzimáticas en mente.

En vez de diseñar un

proceso para adaptarlo a una

enzima mediocre, se

utilizan microorganismos

no cultivables junto a

tecnologías in vitro.

BIOCATALITICO IDEAL:

Novedad

• Industrias que fabrican productos básicos a granel, poseen la necesidad de encontrar nuevas secuencias enzimáticas para evitar infringir los derechos de propiedad intelectual.

Diversidad máxima

• Las industrias farmaceúticas y de productos químicos están enfocadas en buscar conjuntos de múltiples biocatalíticos para construir una caja de herramientas para biotransformaciones.

Reducción de costos

• Aumenta eficiencia de proceso.• Mejora la recuperación de

productos.• Reduce el uso y eliminación de

químicos tóxicos.

FORTALEZA Y DEBILIDADES DE CADA ENZIMA:

Enzimas que hidrolizan proteínas en pequeños péptidos y amino ácidos.Recursos donde se obtienen:

PROTEASAS:

PlantasAnimalesMicroorganismos

Bacillus licheniformis, o B. Amyloliquefaciens

Aspergillus flavus

Las proteasas representan el porciento más alto del mercado de enzimas mundial.1959 : se mercadea la primera proteasa bacteriana.1965: comienzan a utilizarlas las principales fábricas de detergentes.

La metagenómica es un campo nuevo en el que se persigue obtener secuencias del genoma de los diferentes microorganismos, bacterias en este caso, que componen una comunidad, extrayendo y analizando su ADN de forma global. La posibilidad de secuenciar directamente los genomas de microbios, sin necesidad de cultivarlos abre nuevas posibilidades que suponen un cambio de rumbo en la Microbiología. Este hecho es una revolución científica debido a su alto rendimiento y el bajo coste. Permite acceder al genoma sin ver a los microorganismos ni cultivarlos.

Microbiología del futuro:

Lo interesante de este estudio es que el hecho de obtener la secuencia de una gran cantidad de microorganismos de medios no impactados por los humanos. Así se puede lograr estudiar y almacenar el ADN de estos microorganismos en bibliotecas de ADN donde está toda la información genética constituyendo una reserva genética de gran interés.

Microorganismos “puros”:

La metagenómica persigue obtener secuencias del genoma de los diferentes microorganismos, bacterias en este caso, que componen una comunidad, extrayendo y analizando su ADN de forma global. Este ADN del metagenoma representa a todos los genomas de las bacterias que conforman la población.

Banco de ADN:

Una vez que el ADN de dichas células se encuentra libre, se debe separar del resto de la muestra.Una vez aislado, hay que manipular este ADN genómico que es relativamente grande. Se debe cortar en fragmentos más pequeños mediante el empleo de unas enzimas conocidas como endonucleasas de restricción. Posteriormente, los fragmentos se ligan a los vectores. Estos vectores, que portan los fragmentos de ADN metagenómico, se introducen en organismos de fácil cultivo y expresión.

BIOTECNOLOGIA ROJA

• Se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos. Algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir Antibióticos, el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos.

BIOTECNOLOGIA BLANCA

• Se aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil, en la creación de nuevos materiales, como plásticos biodegradables y en la producción de biocombustibles. Su principal objetivo es la creación de productos fácilmente degradables.

BIOTECNOLOGIA VERDE

• Un ejemplo de esto es la ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el caso del Maíz Bt.

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGIA:

Se conoció la Metagenómica: biodiversidad y nuevos productos biotecnológicos aunque esta es aun una ciencia muy nueva, pero ya ha producido una riqueza de conocimiento acerca del mundo microbiano debido a sus radicalmente nuevas formas de realizar la microbiología. 

Se conoció el campo de estudio de la metagenómica, el cual se refiere al estudio de genes, tales como la celulosas, proteasas, etc. asimismo también se encarga de las rutas metabólicas y el análisis de organismos y comunidades.

Se analizo la importancia de los productos biotecnológicos el cual es que estos se caracterizan por su seguridad, ya que sustituyen a los productos químicos cáusticos y peligrosos convencionales, no emite vapores tóxicos, no contiene ningún producto ácido ni alcalino ni disolventes derivados del petróleo o clorados, es de pH neutro y por tanto no es irritante ni corrosivo y no es nocivo para el medioambiente. 

CONCLUSIONES

Borderies P. Pharmacogenetics. BioImpact February 2005. Available at: http://www.bioimpact.org/ (access verified 04.07.2006) .

BIRTRIM 2007. Microbiología De Los Alimentos. 1ra Edición. Editorial Acribia. S.A. 81-92 pp.

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HANDELSMAN, J. (2004). Metagenomics: application of genomics to uncultured microorganisms. Microbiology and Molecular Biology Reviews 68: 669-685.

RONDON, M., M. GOODMAN Y J. HANDELSMAN (1999). The earth's bounty: assessing and accessing the soil microbial diversity. Trends in Biotechnology 17: 403-409.         

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BIBLIOGRAFIA