Embed Size (px)
Citation preview
LES BIOTECNOLOGIES
1. Concepte de biotecnologia i aplicacions.
La biotecnologia és el conjunt de disciplines o ciències que té per objecte d’estudi els éssers vius o parts dels éssers vius amb l’objectiu d’obtenir-ne béns i serveis.
La seva zona d’estudi està entre la biologia, la bioquímica, l’enginyeria genètica i l’enginyeria química .Té grans repercussions en farmàcia, medicina, microbiologia, ciències dels aliments, agricultura, ramaderia, ciències ambientals entre d’altres camps.
Biotecnologia vermella: aplicada a la biomedicina Biotecnologia verda: aplicada als vegetals i a l’agricultura Biotecnologia blanca: aplicada als processos industrials Biotecnologia grisa : aplicada al medi ambient
El terme biotecnologia és nou però la utilització dels processos biològics per l’obtenció de beneficis és, probablement, tant antiga com la humanitat ( selecció de races, producció de begudes alcohòliques, producció d’aliments fermentats, extracció i obtenció de substàncies curatives...)
En l’actualitat té aplicacions en diversos camps:
En salut i medicina: omillora en la detecció i tractament de malalties: metabòliques,
genètiques, càncers, etc. ofabricació industrial d’antibiòtics, proteïnes humanes i vacunesotècniques de reproducció assistida
En agricultura
omillora dels vegetals per donar-los determinades característiquesoaugment de la productivitatoresistència a plagues i factors ambientals(sequera)
En l’actualitat té aplicacions en diversos camps:
En ramaderia
omillora de les races del bestiaroaugment de la productivitat oobtenció de productes amb característiques especials
En la indústria (no farmacèutica)ofabricació d’aliments i begudesoproducció de biocombustibles
En el camp ambiental obioremediació per tal de corregir la contaminació ambientaloeliminació de residus
Altres campsoarmament biològic
2. La clonació
La clonació és la reproducció no sexual d’individus genèticament idèntics.
La reproducció asexual origina clons:
Els vegetals es poden clonar amb facilitat a partir d’esqueixos, alguns invertebrats també presenten reproducció sexual.
Els animals superiors no presenten reproducció asexual i la seva clonació no es dóna a la natura, ja que les seves cèl·lules es troben molt diferenciades.
Les biotecnologies han permès la clonació d’individus inclosos els animals superiors. També ha permès clonar cèl·lules i gens
Distingim entre clonació reproductiva i clonació terapèutica
2.1.Clonació reproductiva: el cas de l’ovella Dolly
Les primeres clonacions d’animals es varen fer imitant el que passa a la natura, partint un embrió en dues parts. S’obtenen dos individus genèticament idèntics entre ells (com els bessons univitalins)
El cas de la clonació de l’ovella Dolly el 1997 va ser diferent. Per primera vegada es va obtenir un clon, individu genèticament idèntic, d’un organisme adult.
L'ovella Dolly fou resultat de la unió del nucli d'una cèl·lula de glàndula mamària d'una ovella (l'animal que es vol clonar) i d'un òvul al que prèviament se li ha extret el nucli. Òvul i nucli s'implanten a una mare portadora per a la gestació.
Avantatges de la clonació reproductiva d’animals
Tenir organismes genèticament idèntics pot ser útil per fer assajos de fàrmacs (abolim el factor diversitat genètica)
Permet mantenir individus amb característiques desitjades, inclús aquells que han estat dissenyats genèticament.
Inconvenients de la clonació reproductiva
Poc eficient, calen molts embrions i poquíssims arriba néixer. En el cas de l’ovella Dolly varen caldre 227 embrions i només en va néixer un.
Els animals obtinguts per aquesta via envelleixen i moren ràpidament
La tecnologia pot utilitzar-se per clonar humans, un procés èticament inacceptable
2.2.Clonació terapèutica
La clonació terapèutica és la creació de cèl·lules mare (cèl·lules no diferenciades) genèticament idèntiques a les d’un individu ( un pacient). Un cop diferenciades en el teixit que ens interessi poden ser trasplantades sense que es produeixi rebuig.
El mètode emprat és semblant a la clonació reproductiva. Es transfereix el nucli d’una cèl·lula del pacient a un òvul sense nucli.
El resultat és l’obtenció d’un embrió genèticament idèntic al pacient. D’aquest blastòcit (grup de cèl·lules encara no diferenciades) s’obtindran cèl·lules mare totipotents, amb possibilitat d’esdevenir qualsevol cèl·lula o teixit corporal.
Aplicacions de la clonació terapèutica
La clonació terapèutica origina cèl·lules mare provinent d’embrions. Aquestes cèl·lules són totipotents, no diferenciades, de manera que el seu destí encara no està decidit. L’ús de les cèl·lules mare ens obre un ventall de possibilitats enorme per guarir determinades malalties
o El guariment de malalties neurològiques com el Parkinson i l’Alzheimer que sorgeixen per la degeneració de cèl·lules del cervell. Es poden inserir cèl·lules mare al cervell per reparar-les
o El guariment de malalties metabòliques com la diabetis inserint al pàncrees cèl·lules capaces de sintetitzar insulina
o Fins i tot obre la possibilitat en un futur de crear nous teixits, o perquè no, nous òrgans de recanvi.
Creació d’òrgans bioartificials.El país, 2/11/2010http://youtu.be/GpCS6PotWHw
Inconvenients de la clonació terapèutica
La utilització i destrucció d’embrions ha generat debat en la població i no tothom ho creu èticament acceptable
Actualment hi ha alternatives, es poden obtenir cèl·lules mare a partir de cèl·lules de teixits humans poc diferenciats: cèl·lules mare adultes.
3. Les cèl·lules mare
Les cèl·lules mare són cèl·lules indiferenciades. Són capaces de diferenciar-se originant diferents tipus de teixits.
Genetic Science Learning Center (2011, November 8) The Nature of Stem Cells. Learn.Genetics. Retrieved April 14, 2013, from http://learn.genetics.utah.edu/content/tech/stemcells/scintro
Tipus de cèl·lules mare
Hi ha diferents tipus de cèl·lules mare segons la capacitat que tenen d’originar altres tipus de cèl·lules.Cèl·lules mare totipotents: poden originar qualsevol tipus de cèl·lules fins i tot cèl·lules embrionàries. Zigot, mòrulaCèl·lules mare pluripotents : poden originar qualsevol tipus cel·lular excepte les embrionàries. Blastòcit i embrió Cèl·lules mare multipotents: poden originar només alguns tipus de cèl·lules. Cel·lules de la medul·la òssia i el cordó umbilical Cèl·lules mare unipotents: només originen un sol tipus cel·lular. Cèl·lules germinals de la pell i del fetge
Tipus de cèl·lules mare
Cèl·lules mare embrionàries: Provenen d’un embrió.
Cèl·lules mare adultes: Provenen d’una persona adulta. Cèl·lules de medul·la òssia o altres teixits
Cèl·lules mare induïdes IPS: S’ha induït la seva desdiferenciació al laboratori a partir de la modificació de l’expressió d’alguns gens. Encara no es coneix prou bé la seva seguretathttp://www.pcb.ub.edu/homepcb/docs/pdf/activitats/Recerca%20en%20Directe/FIRA2011/posters_IBEC_FIRA11.pdf
Cèl.lules canceroses: tenen característiques similars a les cèl·lules mare. Cèl·lules HeLa (cèl·lules immortals).
http://www.elperiodico.cat/ca/noticias/societat/cultiu-cellules-immortals-mes-famos-compleix-anys-612546
Aplicacions de les cèl·lules mare
El potencial de les cèl·lules mare, ha donat pas al naixement de la medicina regenerativa: reparar cèl·lules, teixits o fins i tot òrgans que no funcionen correctament i que a més siguin compatibles immunològicament amb el pacient.
Malalties com la diabetis de tipus I, l'Alzhe im e r, el Parkins o n Regeneració de pell cremada, regeneració de cartílags, teixit cardíac
lesionat Regeneració del teixit nerviós com a solució a les lesions medul·lars que
produeixen paràlisi Creació d’òrgans bioartificials: fetge, cor etc I un llarg etcètera.
4. El projecte genoma humà
El projecte genoma humà és un projecte internacional que té per objectiu desxifrar la seqüència de tot el genoma humà i obtenir-ne una descripció completa. Aquest objectiu suposa conèixer la seqüència de la totalitat dels gens presents en els cromosomes, és a dir, un catàleg o mapa del genoma humà
A partir de 1985, un gran nombre d’investigadors encapçalats per James Watson, el codescobridor de l’estructura de l'ADN, van concebre la possibilitat d’investigar les instruccions presents en el conjunt dels gens humans. Aquesta ambiciosa i costosa possibilitat fou identificada amb el nom de Projecte sobre el Genoma Humà.
4. El projecte genoma humà
oLa presentació de la seqüència del genoma es va publicar a les revistes Nature i Science l’any 2003.
oEl resultat ha estat la seqüència de tres mil milions de bases nitrogenades que componen els gens dels 23 cromosomes.
oEl pas següent i complementari serà comprendre les funcions codificades de cada gen i identificar els gens responsables de les malalties genètiques
4. El projecte genoma humà
El coneixement del genoma humà ha produït grans avenços :
oDiagnosi de malalties genètiques oEn adults, permet la detecció de determinades malalties genètiques, podent així retardar o evitar la seva expressió mitjançant tractaments o simplement amb una dieta ( Alzheimer, Celiaquia) oDiagnosi prenatal oTeràpia gènica( reparació d’un gen “espatllat“) tant somàtica com embrionària
4. El projecte genoma humà
El coneixement del genoma humà posa sobre la taula diverses qüestions ètiques, jurídiques i morals.
oNo es pot parlar d’un genoma humà : tots els individus tenim una seqüència única i diferent. (Projecte genomes)
oS’oferiran multitud de proves biogenètiques, però totes elles patentades i amb ànim de lucre? A qui beneficiaran?
o Qui ha de gestionar aquesta informació?
4. El projecte genoma humào Qui pot accedir a la informació sobre el genoma d’un determinat individu:
La policia? Per tal d’identificar persones ràpidament?
Les asseguradores? Que podrien rebutjar assegurar un individu portador de gens amb predisposició a determinades malalties?
Les empreses? Per tal de conèixer si el treballador que contracten pot tenir en el futur problemes de salut?
5. L’enginyeria genètica o la tecnologia de l’ADN recombinant.
o L’enginyeria genètica que es va desenvolupar durant la dècada dels anys 70 i especialment als 80 és ara una realitat i les seves aplicacions no fan més que augmentar.
o L’enginyeria genètica consisteix en la manipulació i modificació del material genètic d’una cèl·lula o d’un ésser viu mitjançant la introducció de gens d’altres organismes de la mateixa o de diferent espècie. Els individus resultants tindran gens que abans no tenien i que, a més, heretaran els seus descendents
Les tècniques bàsiques relacionades amb la tecnologia de l’ADN recombinant són:1. Tècniques per tallar l’ADN en punts específics. Les endonucleases de restricció o enzims de restricció aïllats de bacteris tallen l’ADN en regions específiques deixant extrems cohesius que tendiran a associar-se amb altres extrems cohesius complementaris.
2. Mètodes per localitzar seqüènciencies específiquesS’utilitza la hibridació. A partir d’un fragment d’ADN monocatenari ( sonda) podem localitzar una determinada seqüència en el genoma. Desnaturalitzem l’ADN de manera que es separen els dos filaments. La sonda s’hibridarà a la part complementària.
3. Producció de còpies del gen: tècnica de la PCR. Aquesta tècnica permet amplificar un fragment d’ADN milions i milions de vegades.
4. Síntesi de molècules recombinants: s’utilitzen diferents vectors per introduir el gen a la cèl·lula que volem modificar. Plàsmids, bacteriòfags entre d’altres. Es combina el gen amb l’ADN del vector gràcies als enzims de restricció.5. El vector ha d’arribar a la cèl.lula que volem modificar i el gen nou que porta s’ha d’expressar.
5. L’enginyeria genètica o la tecnologia de l’ADN recombinant.
Amb aquesta tecnologia podem aconseguir:
oSubstituir gens (al·lels) per altres en individus o cèl·lules. La teràpia gènica intenta substituir el gen (al·lel) defectuós per un de correcte.
oAconseguir éssers vius portadors de gens d’altres espècies:
Bacteris modificats genèticament :per exemple bacteris portadors de gens humans. Si un bacteri té el gen de la
insulina humana la pot sintetitzarOrganismes transgènics : tenen gens provinents d’altres espècies: plantes i animals transgènics.
5.1.Teràpia gènica
Les malalties hereditàries, tot i que poc freqüents, són responsables d’una quantitat significativa de sofriment humà. Les teràpies convencionals basades en aplacar alguns dels seus símptomes són subòptimes i no garanteixen una bona qualitat de vida al pacient.
La solució és la reparació del gen espatllat. La teràpia gènica podria solucionar aquelles malalties hereditàries monogèniques ( mutació gènica)
Algunes d’aquestes malalties més freqüents en els països occidentals són:
Fibrosi quística 1/2.000
Corea de Huntington 1/2.000
Distròfia muscular de Duccuenne 1/5.000
Fenilcetonúria 1/10.000
Anèmia falciforme 1/10.000
β-talassèmia 1/20.000
5.1.Teràpia gènica
Teràpia gènica germinal Per corregir el gen erroni que produeix la malaltia l’hauríem de reparar en totes les
cèl·lules de l’organisme incloses les germinals. Això és impossible en un malalt, només seria possible si corregim el gen en el zigot . La manipulació genètica de zigots comporta greus problemes ètics i morals ja que obre les portes a la selecció de les característiques de la nostra espècie (eugenèsia). No s’ha aplicat ara per ara.
Teràpia gènica somàtica Permet guarir un grup de cèl·lules que formen part d’un determinat teixit. L’objectiu
de la teràpia gènica és inserir aquest gen en els teixits més afectats amb l’objectiu que aquests funcionin millor i disminueixi l’afectació clínica del pacient. L’aplicació de la teràpia gènica implica: Localitzar el gen que produeix la malaltia. Clonar la còpia “correcta” del gen Inserir còpies del gen en les cèl·lules on el volem “corregir”. Ha de ser un teixit
accessible El gen ha de funcionar correctament un cop inserit El canvi no passarà a la descendència però el teixit funcionarà correctament en el pacient.
http://www.clinigene.eu/video-intro-gene-therapy.html
5.1.Teràpia gènica
Teràpia gènica somàtica
o En l’actualitat la teràpia gènica s’ha aplicat amb èxit en algunes malalties immunitàries i en alguns tipus de càncers però encara no és una teràpia generalitzada ni prou efectiva
o S’ha de superar encara molts entrebancs tècnics però també socials, ètics i legals per ser aplicada d’una manera generalitzada.
o Actualment els programes de recerca i investigació es centre en les malalties genètiques més freqüents a la població abans esmentades.
o Tot i que la teràpia gènica és una tecnologia que s’inicià als anys vuitanta la seva aplicació ha avançat a ritme lent. Hi ha la possibilitat que les cèl·lules mare i les IPS donin resultats més ràpids en la regeneració de cèl·lules i teixits no funcionals.
5.2.Bacteris modificats genèticament
Els bacteris o cèl·lules procariotes són relativament fàcils de manipular genèticament : tenen poc ADN i aquest no es troba protegit per un embolcall. La modificació genètica de bacteris pot tenir moltes aplicacions.
oLa introducció de gens humans en bacteris permet la síntesi biològica de proteïnes: insulina o l’hormona de creixement i també d’enzims. Podem administrar aquesta proteïna al pacient.
4. Els organismes modificats genèticament: els transgènics
Els organismes transgènics són éssers vius que porten gens d’altres espècies introduïts artificialment mitjançant tècniques d’enginyeria genètica. Per aconseguir organismes transgènics cal introduir el gen forà dins la cèl·lula i que aquest s’integri al seu genoma.VEGETALS TRANSGÈNCICSL’obtenció de vegetals transgènics és força senzilla per diversos
motius:1. És fàcil introduir gens nous .El bacteri Ag ro ba c te rium té plasmidis capaços d’insertar-se al genoma vegetal i provocar tumors. L’enginyeria genètica ha permès suprimir els gens que causen tumoracions i preparar bacteris que funcionen com a vectors que introdueixen gens. En l’actualitat s’utilitza també la introducció de gens mitjançant la biobalística: microprojectils d’or o tugstè que porten el gen.2. A partir d’un petit grup de cèl·lules es regenera tota la planta sencera. 3. Un cop aconseguida la planta transgènica és facilíssim clonar (esqueixos)
4.3.OMG: Els organismes modificats genèticament
Els vegetals transgènics porten gens provinents d’altres espècies que els confereixen algun avantatge
Amb interès econòmicPlantes més resistents a les sequeres (arròs)Plantes resistents a determinades plagues ja que tenen elles mateixes una substància insecticida ( blat de moro) Plantes resistents a herbicides, no es veuen afectades quan eliminem així les males herbes Fruits que es mantenen més temps en bon estat després de la collita (tomàquets)Aliments amb característiques especials (cafè baix en cafeïna)
Amb interès nutritiu o sanitari- Plantes que produeixen substàncies terapèutiques (vacunes dins
plàtans)- Plantes que contenen vitamines (arròs daurat)- Plantes que produeixen AA essencials (patata)
4.3.OMG: Els organismes modificats genèticament
ANIMALS TRANSGÈNCICSL’obtenció d’animals transgènics és més complexa que l’obtenció de
vegetals per diversos motius:1. El gen s’ha d’introduir a un zigot mitjançant una tècnica física, la microinjecció i s’ha d’inserir al genoma (no sempre funciona)2. S’ha d’implantar l’embrió a l’úter d’una femella (mamífers)3. A la pràctica es desenvolupen només un 1-2% dels embrions implantats4. Per obtenir molts individus igual cal clonar i no es tant senzill. La reproducció sexual no assegura el manteniment del gen inserit als descendents.
Els animals transgènics tenen Interessos econòmics: - creixement més ràpid, carn sense greix etc.Interessos sanitaris: - Poden servir de model per l’estudi de malalties humanes (ratolins)- Poden fabricar substàncies amb finalitats terapèutiques (hormones
de creixement a la llet)
4.3.OMG: Els organismes modificats genèticament
Alguns arguments a favor dels transgènics: Els conreus tenen una producció més gran. Els conreus necessiten menys adobs i menys plaguicides. Poden ser la solució per obtenir suficient aliment per una població
mundial que creix molt de pressa.
4.3.OMG: Els organismes modificats genèticament
Alguns arguments en contra: El cultiu generalitzat de plantes transgèniques produeix contaminació genètica
que pot tenir efectes greus sobre els ecosistemes La comercialització de llavors transgèniques que cal comprar cada any (gen
terminator) esta en mans d’unes poques multinacionals ( Montsanto, Novartis, Bayer )
Els agricultors han de signar contractes abusius amb aquestes multinacionals. A part de les llavors, han de comprar també els productes fitosanitaris que aquests conreus necessiten.
Disminució de les varietats de conreu locals ben adaptades a la zona ( pèrdua de biodiversitat)
No s’estan avaluant correctament els riscos sanitaris que poden produir (al·lèrgies, efectes inesperats, aparició de tòxics nous...)
El consumidor no pot decidir ja que els aliments comercialitzats no estan obligats a indicar l’origen dels components friut de l’agricultura transgènica ( només els biològics no en contenen)
Contaminen la resta de cultius propers que no són transgènics
5. Biotecnologies i aplicacions en humans
o Lluita contra malalties infeccioses: estudi d’ADNs, desenvolupament de vacunes, síntesi industrial d’antibiòtics.
o Producció de proteïnes humanes: hormones (insulina, hormona de creixement), factors de coagulació sanguínia, interleucines etc.
o Testos pre i post natals de diagnosi de malalties genètiques.
o Teràpia gènica.
o Obtenció i aplicacions de cèl·lules mare.
o Testos d’anàlisi i hibridació d’ADN amb diverses aplicacions: jurídiques, criminals, arqueològiques,paleontològiques, etc.
o Tècniques de reproducció assistida
6. Biotecnologies i aplicacions en agricultura, ramaderia i alimentació
oMillora genètica de plantes i animals d’interès agroalimentari, més productius o amb característiques nutritives especials.
oObtenció de noves varietats d’organismes transformadors d’aliments
oDesenvolupament de substàncies en la lluita contra plagues.
7. Biotecnologia i aplicacions ambientals
o Protecció de la diversitat genètica en espècies amenaçades d’extinció.
o Bioremediació: depuració d’aigües residuals urbanes, industrials o ramaderes, degradació d`hidrocarburs contaminants ( marees negres).
o Noves fonts d’energia: biocombustibles
8. Armes biològiqueso Els virus i els bacteris es poden modificar genèticament amb la finalitat d’augmentar la seva virulència i letalitat
o Es poden crear nous virus o bacteris patògens pels quals la població no estarà vacunada
o També es consideren armes biològiques els microorganismes patògens molt virulents dels quals no existeix vacuna i algunes toxines molt potents sintetitzades per alguns bacteris
“Sovint es parla de bioètica, però no només cal parlar de bioètica a l’entrada i a la sortida d’aquesta vida. El més important és la part del mig, que és on rau l’acció”(R. Margalef, 1995)
