“Biotecnología, hoy” 29 de junio de 2007 La Pampa Primera parte

1. “Biotecnología, hoy” 29 de junio de 2007 La Pampa Primera parte

2. Contenido de la primera parte: ¿Qué es la biotecnología? Las primeras aplicaciones La importancia de los microbios Biotecnología y ambiente Ingeniería genética Aplicaciones de la biotecnología moderna Animales transgénicos

3. La biotecnología es el empleo de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre

5. Microbios o microorganismos:

6. Antony van Leeuwenhoek (1632-1723)

7. Luis Pasteur (1822-1895) "La ciencia y las aplicaciones de la ciencia están unidas como el fruto al árbol". Levaduras del vino, según Pasteur • Los microorganismos provienen de otros pre-existentes • Origen microbiano de la fermentación • Producción de vacunas • Pasteurización

8. Hongos útiles Saccharomyces cerevisiae pan, vino, cerveza

9. Las levaduras levaduras

10. Hongos útiles Penicillium camemberti queso Camembert Penicillium roqueforti queso Roquefort

11. Hongos útiles Penicillium notatum penicilina

12. Bacterias útiles Las bacterias ácido-lácticas

13. Bacterias útiles Bifidobacterium breve probióticos Lactobacillus d. bulgaricus Streptococcus s. thermophilus yogur

14. Bacterias útiles Streptomyces sp. antibióticos

15. Enzimas en detergentes Bacillus sp

16. 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 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.

17. Ácido cítrico en alimentos Aspergillus niger

18. Bacterias en la agricultura Bacillus thuringiensis (insecticida) Rhizobium spp (inoculante)

19. Obtención de etanol a partir de caña de azúcar (o remolacha) caña de azúcar “crushing” bagazo jugo de caña o C, decantación 110 concentración fermentación PAPEL molasas ETANOL fermentación AZÚCAR

20. Obtención de etanol a partir de maíz (o papa, mandioca, etc.) grano de maíz molienda Textil, alimentos, pinturas, farmacéuticos, adhesivos, papel, cosméticos, etc almidón calor alfa-amilasa licuefacción dextrinas Pinturas, cosméticos, tinturas, etc. sacarificación gluco-amilasa glucosa, maltosa, iso-maltosa Jarabe de alta fructosa fermentación levaduras etanol destilación, deshidratación, desnaturalización etanol (combustible)

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

22. Almidón (maíz, aunque también papa, mandioca, etc.) bacterias Ácido láctico Poliláctido PLA (bioplástico)

23. Biorremediación (biorremediación microbiana y fitorremediación) Degradación, absorción, acumulación y/o transformación de... Pesticidas Herbicidas Petróleo y derivados Metales pesados Caso Exxon Valdez 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.

24. Efluente (sin pre-tratamiento) de una industria cárnica Contaminación del Riachuelo

25. Biotecnología y ambiente • Procesos químicos vs. Procesos enzimáticos • Plásticos derivados de petróleo vs. Bioplásticos • Combustibles de fuentes no renovables vs. Biocombustibles • Agroquímicos vs. Manejo integrado de plagas • Incineración/basurales vs. Degradación microbiana de la basura • Tratamiento químico de efluentes y derrames vs. Biorremediación • Extracción química de metales vs. Biolixiviación

26. 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 yogur detergentes bebidas alcohólicas gaseosas edulcorantes plásticos medicamentos biorremediación inoculantes, insecticidas

27. Biotecnología tradicional (Empleo de organismos para la obtención de un producto útil para la industria) Desde 7.000 a.c. Ingeniería genética o metodología del ADN recombinante Desde 1970s Biotecnología moderna (Emplea la ingeniería genética) - Desde 1980s Investigación científica Biotecnología, hoy

28. El ADN y los genes

29. DNA codones proteína

30. El código genético es universal

31. Ingeniería genética = Metodología del ADN recombinante células en cultivo animales levaduras bacterias plantas Conjunto de técnicas que permiten transferir genes de un organismo a otro organismo de origen organismo receptor gen de interés Organismo transgénico o genéticamente modificado (OGM) o recombinante-produce una proteína recombinante transgén

32. ¿Frutipez?

33. Mejoramiento animal y vegetal Biotecnología moderna Es la que emplea las técnicas de ingeniería genética (permite transferir genes de un organismo a otro) ¿Para qué? Producción o sobre-producción de enzimas, fármacos y otras moléculas

34. Porcentaje de las enzimas recombinantes que se emplean en diferentes industrias

35. Aminoácidos de interés industrial producidos en organismos genéticamente modificados (bacterias y hongos)

36. Enzima Aplicación 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 Enzimas recombinantes que se emplean en la industria alimenticia Bacterias Hongos

37. Producción de proteínas recombinantes con valor terapéutico: El ejemplo de la insulina Primer fermentador para la producción de fármacos a partir de microorganismos genéticamente modificados. Liverpool, 1982. (Eli Lilly). Escherichia coli

38. ADN (gen de la insulina humana) bacterias o levaduras (ingeniería genética) insulina humana (recombinante) Antes… páncreas Purificación bioquímica insulina de cerdo

39. ADN (gen del factor de coagulación) Cultivo de células de mamífero (ingeniería genética) Factor de coagulación humano (recombinante) Antes… Sangre humana Concentración e inactivación Factor de coagulación humano

40. 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 Desde 1986 se produce IFN recombinante para el tratamiento de hepatitis B y C, herpes y ciertos tipos de cáncer. Tomado de Bio…¿Qué?, Alberto Díaz 2005

41. Producto Indicación terapéutica Proteínas recombinantes empleadas como fármacos Factores de coagulación Hemofilia Insulina Diabetes mellitus Hormona de crecimiento Deficiencia de la hormona en niños Escherichia coli Levaduras Células de mamífero (Próximamente... también en plantas y animales transgénicos) 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

42. Biotecnología moderna (la que emplea a la ingeniería genética) quesos, jugos, galletitas, pan, embutidos, gaseosas, etc. Medicamentos y vacunas (insulina, interferón, hormona de crecimiento, vacuna contra al hepatitis B) textil papel Enzimas jabones en polvo Reactivos de diagnóstico Animales transgénicos (no aún en el mercado) Edulcorantes y resaltadores de sabor

43. Ratones transgénicos (para investigación científica)

44. Microinyección de ADN Desarrollo de un embrión temprano (in vitro) Tranferencia del embrión al útero de otra hembra

45. ·Animales transgénicos y biotecnología (objetivos) • 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.)

46. Transgénicos: animales como fábricas de moléculas Tracy (1991-1998) Producía 40g/l de alfa-1-antitripsina en la leche

47. Dolly (1997-2003), la primera oveja obtenida por clonación a partir de células adultas

49. Mansa (nació en 2002) Primera ternera clonada y transgénica. Produce la hormona de crecimiento humana en la leche

50. Clonación reproductiva de bovinos