“biología: una ciencia de la información. aplicaciones en ... grandes esperanzas para la...
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II Congreso del Futuro
Ciencia, Tecnología, Humanidades y Ciudadanía
Salón de Honor, Congreso Nacional
17 - 19 de Enero 2013
Pablo Valenzuela
“Biología: una ciencia de la
información. Aplicaciones en la
Medicina del Futuro”
TODOS LOS SERES VIVOS USAN UN MISMO SISTEMA OPERATIVO PARA ALMACENAR, EXPRESAR Y TRANSFERIR LA INFORMACIÓN GENÉTICA
ADN ARNm
Información Mensaje Efector
Disco duro
(set de programas)
Secuencia lineal de 4 bases
PROTEINA
ARN REGULADOR
UN SISTEMA OPERATIVO COMUN HACE POSIBLE EL INTERCAMBIO DE INFORMACIÓN ENTRE ORGANISMOS
LA BIOLOGIA ES UNA CIENCIA DE LA INFORMACION
organismo multicelular
célula
ADN
gen
vectores de transferencia
virus biológico
red computacional
computador
disco duro
programa
pendrive / DVD
virus informático
EL ADN ES MUY ESTABLE Y SE REPLICA CON ALTA FIDELIDAD DEBIDO A SU ESTRUCTURA DE DOS HEBRAS COMPLEMENTARIAS
EN LOS ORGANISMOS PLURICELULARES DISTINTOS PROGRAMAS(GENES) SE ACTIVAN EN DISTINTAS CÉLULAS
Programa 2
Programa 1
Programa 3
Programa NARNm N
ARNm 3
ARNm 2
ARNm 1
Proteína 2
Proteína 3
Proteína N
Proteína 1
Programa R1ARN reg1
Programa R2ARN reg2
Programa R3ARN reg3
EN LOS ORGANISMOS PLURICELULARES DISTINTOS PROGRAMAS(GENES) SE ACTIVAN EN DISTINTAS CÉLULAS
Programa 2
Programa 1
Programa 3
Programa NARNm N
ARNm 3
ARNm 2
ARNm 1
Proteína 2
Proteína 3
Proteína N
Proteína 1
Programa R1ARN reg1
Programa R2ARN reg2
Programa R3ARN reg3
Virus de lahepatitis B
Disco duro devirus de hepatitis B
(ADN de 3.200 letras)
Levaduras producenpartículas vacías de
envoltura
Programa de la envoltura viral
(ADN de 900 letras)
EJEMPLO: VACUNA DE HEPATITIS B (Transferencia virus levadura)
Levaduras
Vacuna
GRANDES ESPERANZAS PARA LA MEDICINA DEL FUTURO SE BASAN EN NUEVOS DESCUBRIMIENTOS
DE PLASTICIDAD CELULAR LOGRADA POR TRANSFERENCIA DE INFORMACION GENETICA
Embrión
LA DIFERENCIACION DE CELULAS EMBRIONARIAS A CELULAS HUMANAS REQUIERE QUE SE APAGUEN AL
MENOS 24 PROGRAMAS GENETICOS
FibroblastoAdulto
24 programas geneticos
Ecat1
ERas
Sox15
Oct ¾
Tcl1
c-Myc
Dppa5
Dnmt31
Dppa2
Sox2
Dppa3
Stat3
Nanog
Gdf3
Sal14
Utf1
β-catenin
Dppa4
Fbxo15
Ecat8
Fth117
Rex1
Klf4
Grb2
Takahashi & Yamanaka, Cell 126: 663 (2006)
24 PROGRAMAS GENETICOS QUE SE APAGAN DURANTE LA TRANSICION DE CELULA NO DIFERENCIADA A CELULA DIFERENCIADA
4 PROGRAMAS GENETICOS DAN ORIGEN A CELULAS TRONCALES A PARTIR DE CELULAS DIFERENCIADAS
4 programasgenéticos
fibroblasto
Células troncales (madres)pluripotentes (IPS)
Células somáticasdiferenciadas
Takahashi & Yamanaka, Cell 126: 663 (2006)
MEDICINA REGENERATIVA: GRANDES POSIBILIDADES
4 programasgenéticos
fibroblasto
Genes de 3 factores(nueva información genética)
Células de piel
Células cardíacas
RECIENTES RESULTADOS DEMUESTRAN LA REPROGRAMACION DE FIBROBLASTOS HUMANO EN CELULAS CARDIACAS
FUNCIONALES
Genes de 4 factores(nueva información genética)
Células de piel
Células neuronales
RECIENTES RESULTADOS DEMUESTRAN LA REPROGRAMACION DE FIBROBLASTOS HUMANO EN NEURONAS FUNCIONALES
fibroblasto
3 nuevosprogramas
4 nuevos programas
MEDICINA REGENERATIVA: AUN MAYORES POSIBILIDADES
INFORMACION GENETICAY CANCER
Mutaciones (alteraciones de la información) que activan oncogenes o que inhiben supresores de tumores
CANCER: UNA ENFERMEDAD DEL DISCO DURO
• herencia• daños por sustancias cancerígenas• luz ultravioleta• virus oncogénicos• errores en la replicación aumentadas por fallas en el
sistema de reparación (copia de 6 x 109 letras de ADN en 4 x 1012 células en el cuerpo humano)
Tratamientos del futuro
CANCER: UNA ENFERMEDAD DEL DISCO DURO
• reparación del daño de programas del disco duro (terapia génica)• reemplazo del computador por otro con el disco duro normal
(terapia celular con células madres normales)• refuerzo del disco duro de células del sistema inmune haciéndola
más potente
POTENCIACION DE CELULAS DEL SISTEMA INMUNE CONTRA EL CANCER
Kalos et al., 2011Science Transl. Med.
Porter et al., 2011N. Eng. J. Med.
con leucemia terminal
sano
linfocitos T obtenidos del paciente
linfocitos T transfectados
POTENCIACION DE LA ACTIVIDAD ANTI-LEUCEMICA DE LINFOCITOS T
GENETICAMENTE MODIFICADOS CON 3 GENES ANTI LEUCEMIA
Reinyectado con linfocitos T transfectados
3 programas genéticos
Prevención
IMPORTANCIA DE LA INFORMACION EN LA PREVENCION DEL CANCER
DIAGNOSTICO TEMPRANO POR ANALISIS DIRECTO DEL GENOMA Y PREDICCION DEL RIESGO CANCER
HOY: SECUENCIA PARCIAL
MAÑANA: SECUENCIA TOTAL DEL GENOMA
MUTACIONES (CAMBIOS DE LA INFORMACION) CAUSANTES DE LA FIBROSIS CISTICA
LA INVESTIGACION GENOMICA CONTRIBUIRA A MEJORAS DRAMATICAS EN LA SOBREVIVENCIA DE INDIVIDUOS CON
ENFERMEDADES GENETICAS: CASO DE LA FIBROSIS CISTICA
Edad media de sobrevivencia de pacientes con fibrosis cística
LAS VACUNAS DEL FUTURO ESTARAN BASADAS EN TRANSFERENCIA DE INFORMACION ENTRE
PATOGENO Y ORGANISMO PRODUCTOR