“biotecnología, hoy” 29 de junio de 2007 la pampa primera parte
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“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
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