Cultivos transgénicos, Es hora de comprender

más y temer menos

ArgenBio

Mayo 2019

2

Contenidos Primera Parte: 1.! Biotecnología, definiciones e historia 2.! Biotecnología tradicional y sus

aplicaciones 3.! Ingeniería genética y biotecnología

moderna 4.! Proteínas recombinantes, industria

farmacéutica y de alimentos 5.! Clonación y transformación genética de

animales, aplicaciones

Segunda Parte: 1.! Los cultivos transgénicos en el

contexto del mejoramiento vegetal 2.! Transformación genética de plantas 3.! Situación actual y desarrollos de

cultivos transgénicos 4.! Preocupaciones del público: seguridad,

percepción pública y buenas prácticas agrícolas

Tercera Parte: •! Recursos para la divulgación de la

biotecnología agrícola Preguntas Encuesta

Recreo

3 3 3

1. La biotecnología

Es el empleo de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre

4 4 4

!...3.000 años antes de nuestra era los egipcios y babilonios sabían cómo usar las levaduras salvajes para hacer pan.

!...antes aún (6.000 años), en la Mesopotamia se producían 24 clases de cerveza diferentes!

¡Biotecnología!

Biotecnología tradicional (microbios útiles)

5 5 5

Microorganismos Principalmente bacterias (eubacterias, archea) y hongos

(levaduras, filamentosos)

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) Placas de Petri/colonias

Microscopios

6 6 6

Levaduras del vino, según Pasteur

"La ciencia y las aplicaciones de la ciencia están unidas como el fruto al árbol”

Luis Pasteur (1822-1895) •! Los microorganismos provienen

de otros pre-existentes (¡no existe la generación espontánea!)

•! Origen microbiano de la fermentación

•! Vacunación - atenuación

•! Pasteurización

2. Biotecnología tradicional y sus aplicaciones

8 8 8

Hongos y biotecnología Saccharomyce cerevisiae

Pan, vino, cerveza

Penicillium camemberti Queso Camembert

Penicillium roqueforti Queso Roquefort

Aspergillus niger

Ácido cítrico en alimentos

9 9 9

Hongos y biotecnología

Penicillium notatum Penicilina

10 10 10

Streptomyces sp. (estreptomicina, cloranfenicol, neomicina)

Bacterias y biotecnología

Bacterias ácido-lácticas

Lactobacillus sp. y Streptococcus sp. Yogurt

Bifidobacterium breve Probióticos

11 11 11

Enzimas en detergentes

Bacillus sp amilasas, proteasas, lipasas, celulasas, mananasas, etc.

12 12 12

Enzimas de organismos extremófilos Enzimas de organismos

mesófilos

termófilos

psicrófilos halófilos

13 13 13

Enzimas en la industria textil

Ejemplos: v! Para eliminar el almidón que recubre a

las telas (desengomado) v! Limpiar - sacar manchas v! Suavizar las telas – efecto pre-lavado v! Colorear telas

14 14 14

Bacterias en agricultura

Bacillus thuringiensis (insecticida)

Rhizobium spp. (inoculante)

15 15 15

Biotecnología y biocombustibles

Bio (biomasa) + combustible Bioetanol, a partir de!

Almidón (maíz, trigo, papa, mandioca) Sacarosa (caña de azúcar, remolacha, sorgo dulce) Celulosa (residuos agrícolas y forestales, en desarrollo) Biodiesel, a partir de! Aceites vegetales de colza, soja, canola, girasol, jatropha, etc.

16 16 16

Obtención de etanol a partir de caña de azúcar (o remolacha)

fermentación

“crushing”

concentración 110ºC, decantación

fermentación

bagazo

caña de azúcar

molasas

jugo de caña

ETANOL AZÚCAR PAPEL

17 17 17

Aceites de colza, soja, girasol, jatropha, mostaza, lino, canola, palma, cáñamo, algas, aceites usados y grasas de origen animal, etc.

Biodiesel

BIODIESEL

Metanol Glicerol Éster monoalquílico de ácido graso

Ácido graso

18 18 18

Producción de biodiesel a partir de algas

19 19 19

(¿quizás en el futuro en plantas?) polihidroxialcanoatos PHA (bioplástico)

Plásticos biodegradables

20 20 20

Almidón (maíz, aunque también papa, mandioca, etc.) Ácido láctico Poliláctido

Plásticos biodegradables

Bacterias

PLA (bioplástico)

21 21 21

Tratamiento de residuos y efluentes

Degradación, absorción, acumulación y/o transformación de metales pesados, petróleo, otros contaminantes

Caso Exxon Valdez En 1989 se derramaron 40 millones de litros de petróleo en Alaska. 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.

Biorremediación

+ Producción de biogás y electricidad

22 22 22

Biotecnología tradicional: Empleo de (micro)organismos para la obtención de un

producto útil para la industria

Probióticos Enzimas Alcoholes Ácidos orgánicos Aminoácidos Polímeros Antibióticos Bacterias Bacterias

yogurt detergentes bebidas alcohólicas gaseosas edulcorantes plásticos medicamentos biorremediación inoculantes, insecticidas

23 23 23

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

3. Ingeniería genética y biotecnología moderna

25 25 25

El ADN y los genes

26 26 26

ADN

codones en el ADN

proteína

27 27 27

El código genético es universal

28 28 28 Ingeniería genética = Metodología del ADN recombinante Conjunto de técnicas que permiten transferir genes de un organismo a otro

bacterias plantas levaduras bacterias células en cultivo animales

Organismo transgénico o genéticamente modificado (OGM) o recombinante produce una proteína recombinante

Organismo de origen con característica deseada

Organismo receptor

gen de interés * *

Transgénesis transgén

29 29 29

(introduciendo un gen de un pez en el cultivo de frutilla no se obtiene un frutipez)

30 30 30

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?

4. Proteínas recombinantes, industria farmacéutica y de alimentos

32 32 32

Producción de proteínas recombinantes con valor terapéutico

Primer fermentador para la producción de fármacos a partir de microorganismos

genéticamente modificados. Liverpool, 1982 (insulina en Escherichia coli)

Escherichia coli

33 33 33

purificación bioquímica

Páncreas

Insulina de cerdo

Antes...

bacterias o levaduras (ingeniería genética)

ADN (gen de la insulina humana)

Insulina humana (recombinante)

Ahora...

34 34 34

gen insulina humana

construcción genética (para que se fabrique insulina en la bacteria)

Introducción del la construcción en las bacterias (transformación)

Las bacterias producen insulina humana Producción de

insulina a gran escala

Purificación

Insulina para distribución

Insulina humana recombinante

35 35 35

Hormona de crecimiento (somatotropina) humana recombinante

Antes, a partir de cadáveres

Ahora, a partir de bacterias recombinantes

36 36 36

Escherichia coli Levaduras Cultivo de células animales y vegetales

(Próximamente... también en plantas transgénicas y animales transgénicos)

Factores de coagulación

Hemofilia Insulina

Diebates mellitus Hormona de crecimiento

Deficiencia de la hormona en niños Eritropoyetina (EPO) Anemia

Interferón alfa (IFN alfa) Hepatitis B y C, cáncer

Vacuna anti-hepatitis B Inmunización contra la hepatitis B

Anticuerpos monoclonales recombinantes

Asma, arthritis reumatoidea

Proteína C

Sepsis severa

Beta-glucocerebrosidasa Enfermedad de Gaucher

DNAsa Fibrosis quística

Producto Indicación terapéutica

Proteínas recombinantes empleadas como fármacos

37 37 37

Industria Porcentaje de todas

las enzimas

1985 1994 2000 Detergentes 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

Porcentaje de las enzimas recombinantes que se emplean en diferentes industrias

38 38 38

Bacterias

Hongos

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 pescado

Quimosina

Queso

Xilanasa

Bebidas, almidón, pan

Enzima

Aplicación (elaboración de...) Enzimas

recombinantes que se emplean en la industria alimenticia

39 39 39

Biotecnología moderna (la que emplea a la ingeniería genética)

Cultivos vegetales mejorados

Reactivos de diagnóstico

Enzimas

textil

alcohol

papel

quesos, galletitas, pan, embutidos, bebidas, etc.

jabones en polvo

Edulcorantes y resaltadores de sabor

Medicamentos y vacunas (insulina,

interferón, hormona de crecimiento,

vacuna contra la hepatitis B)

Animales mejorados y modelos de estudio

5. Clonación y transformación genética de animales, aplicaciones

41 41 41

Biotecnología animal: ratones transgénicos

¿Para qué sirven los ratones transgénicos? - Como herramientas para estudiar la función y la expresión de los genes - Como modelos de enfermedades para el desarrollo de drogas y estrategias de tratamiento Se demostró que un gen de otra especie puede introducirse en el ratón, integrarse a su genoma, ser funcional y transmitirse a la descendencia

1982 - Ratón transgénico para el gen de la hormona de crecimiento de rata

42 42 42

1)!Para mejoramiento del ganado y otros animales de importancia económica (peces, animales de granja, etc.)

2) Para producir leche con mayor valor nutricional o que contenga proteínas de importancia farmacéutica

Animales transgénicos y biotecnología (objetivos)

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Transgénicos: mejoramiento animal

Annie, una vaca transgénica resistente a la mastitis (en desarrollo)

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Transgénicos: mejoramiento animal Salmones transgénicos con más hormona de crecimiento para que crezcan más rápido

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Animales transgénicos que producen fármacos

Tracy (1991-1998), la primera oveja transgénica. Producía 40g/L de alfa-1-antitripsina en la leche.

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Dolly (1997-2003)

La primera oveja obtenida por clonación a partir de células adultas

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Oveja adulta A

Clonación de animales

Oveja adulta donante

céula de ubre de la oveja A

fusión entre la célula de la oveja A y el óvulo no

fecundado sin núcleo

óvulo no fecundado de la oveja donante

eliminación de núcleo (ADN) del óvulo

desarrollo del embrión (in vitro)

Dolly (clon de A)

Oveja adulta receptora

implante del embrión en el útero de una oveja receptora

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En 2007 Argentina (Goyaike) obtiene el primer clon ovino de América, y se transforma en el 5to. país en clonar ovinos, luego de Escocia, Nueva Zelandia, Australia e Italia.

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Los Caballos de Cambiaso Colibrí, Lapa, Nona, Aiken Cura, Cuartetera y Small Person

Foto: Infobae

N°5, 2010 !

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Clonación de mascotas

Barbra Streisand con los dos clones de su perra Samantha: Miss Violet y Miss Scarlett.

Foto: revista Variety

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Clonación y trangénesis

La introducción de genes por transfección y posterior selección de células totipotenciales permite producir animales transgénicos con muy alta eficiencia.

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Transgénicos: proteínas de interés

Primera ternera clonada y transgénica.

Produce la hormona de crecimiento humana en la leche.

Mansa (nació en 2002)

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¿Cómo se genera una vaca transgénica?

Dinastía Patagonia Produce insulina humana en su leche

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Rosita-ISA Posee dos genes humanos que codifican dos proteínas presentes en la leche humana, de gran importancia para la nutrición de los lactantes: lactoferrina y lisozima

Tienen funciones antibacterianas, de captura de hierro y, además, son inmunomoduladores

Transgénicos: proteínas de interés

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FIN de la primera parte