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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
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
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
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
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
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
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?
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
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)
43 43 43
Transgénicos: mejoramiento animal
Annie, una vaca transgénica resistente a la mastitis (en desarrollo)
44 44 44
Transgénicos: mejoramiento animal Salmones transgénicos con más hormona de crecimiento para que crezcan más rápido
45 45 45
Animales transgénicos que producen fármacos
Tracy (1991-1998), la primera oveja transgénica. Producía 40g/L de alfa-1-antitripsina en la leche.
47 47 47
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
48 48 48
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.
49 49 49
Los Caballos de Cambiaso Colibrí, Lapa, Nona, Aiken Cura, Cuartetera y Small Person
Foto: Infobae
N°5, 2010 !
50 50 50
Clonación de mascotas
Barbra Streisand con los dos clones de su perra Samantha: Miss Violet y Miss Scarlett.
Foto: revista Variety
51 51 51
Clonación y trangénesis
La introducción de genes por transfección y posterior selección de células totipotenciales permite producir animales transgénicos con muy alta eficiencia.
52 52 52
Transgénicos: proteínas de interés
Primera ternera clonada y transgénica.
Produce la hormona de crecimiento humana en la leche.
Mansa (nació en 2002)
53 53 53
¿Cómo se genera una vaca transgénica?
Dinastía Patagonia Produce insulina humana en su leche
54 54 54
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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