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Biotecnología Marina:Socialización de conceptos,

aplicaciones y beneficios

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Biotecnología Marina

Contenidos de la presentación:

Comprender la importancia de la biodiversidad de los ecosistemas marinos.Entender los conceptos de biotecnología marina, bioprospección y herramientas para la bioprospecciónmarina.Conocer las aplicaciones de la biotecnología marina en diferentes áreas.

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Océanos: 70% superficie terrestre total80% organismos

vivos 40000 especies

Biodiversidad marina y recursos del océano

Figura 1. Diversidad marina. Tomado de http://www.glycomar.com/marine_natural_products.htm

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Gran desconocimiento sobre los ecosistemas marinos

recursos marinos están subutilizados

BIOTECNOLOGÍA MARINA (AZUL)

la aplicación de técnicas de biotecnología a agentes biológicos u

organismos marinos, o sus derivados, para el desarrollo de nuevos

productos, bienes o servicios, y también para el desarrollo de

nuevos procesos

Bioprospección marina

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Biotecnología y bioprospección marina

Recursos marinosy biodiversidad

Cultivo

Herramientasbiotecnológicas

Biología MolecularNanotecnologíaBioinformática

Genómica, Proteómica,

Transcriptómica

Servicios

•Investigación•Manejo de ecosistemas

•Bioremediación

•Fármacos•Biocombustibles•Electricidad•Enzimas•Comidas

•Otros compuestos

Productos

Valor agregado

Figura 2. Esquema representativo del concepto de biotecnología marina (Fuente: Kim y Venkatesan, 2015).

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Estudio y búsqueda sistematizada en hábitats naturales de

organismos y/o productos derivados de éstos que puedan

aprovecharse para desarrollar o aplicar nuevas herramientas

biotecnológicas en beneficio de la sociedad.

Bioprospección marina

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Bioprospección marina

1. Selección de hábitats naturales

2. Recolección y almacenamiento de material biológico

Caracterización de las muestras recolectadas.

Desarrollo de productos

comerciales

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En la práctica, pocos productos marinos se comercializan con éxito.

Ingeniería de bioprocesos marinos

Ingeniería de bioprocesos

marinos

Mayor eficiencia de los procesos

Sostenibilidad de los procesos

Producción de moléculas complejas

Uso de organismos

como FÁBRICAS

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Pasos involucrados en el desarrollo de un bioproceso para la síntesis de compuestos a partir de organismos marinos

Paso 2ª:Selección de la

cepa/manipulación genética

Paso 5: Purificación del

producto

Paso 3: Producción de biomasa en

bioreactores

Producto final

Paso 3ª:Estrategias para

elicitar el producto

Paso 4:Cosecha de células y

extracción del producto

Paso 2: Desarrollo de

protocolos para cultivo in vitro

Organismo marino

Ingeniería en bioprocesos marinos

Paso 1:Descubrimiento del

producto

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PCR: una perspectivamarina

Descubrimiento de la ADN polimerasa resistente a altas temperaturas

A partir de la bacteria Thermusaquaticus

Automatización de la reacción en cadena de la polimerasa

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Tecnología transgénica en organismos marinos

Definición: El término de organismo marino genéticamente modificado, hace referencia a cualquier organismo marino en el cual se ha introducido un gen foráneo o un segmento de ADN no codificante por técnicas de ingeniería genética

Especies transgénicas: peces, moluscos, camarones, macroalgasy erizos de mar utilizados como especies modelo.

Los métodos de transformación más utilizados para modificar genéticamente organismos marinos son: microinyección, electroporación y transfección.

Microinyecciónde embriones

Pez fundador (Quimera o mosaico)

Obtención de embriones

Cruce

Transgénico No transgénico

Generación filial inicial (F0)

Primera generación filial

(F1)

Figura 4. Protocolo para la transformación genética de peces cebra (Daniorerio) mediante la técnica de microinyección (Fuente: http://zgenebio.weebly.com/transgenic-fish-services.html)

Métodos de transformación mediante microinyección

SALMÓN TRANSGÉNICO

Aprovechamiento de enzimas marinas

Ventajas del uso de enzimas marinas:Disminuir cantidad de subproductos contaminantes y

energía requerida en el proceso.

Requerimientos:Enzima debe ser estable y funcional bajo condiciones

específicas requeridas.

Búsqueda de enzimas en organismos EXTREMÓFILOS ambientes extremos (profundidades oceánicas,

fuentes hidrotermales, cuerpos de agua salinos, mares polares.

Aprovechamiento de enzimas marinas

INDUSTRIAS:FarmacéuticaProductos de limpiezaEnergíaBioremediación

PRINCIPALES GRUPOS DE ENZIMAS:proteasas, lipasas, amilasas, celulasas, quitinasas y xilanasas

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Farmacéuticos derivados de organismos marinos: desdehace mas de 2000 años

◦Suplemento dietético: aceite de hígado de bacalao◦Toxinas antitumorales: holothurin del pepino de mar de lasBahamas◦Antibióticos (Cephalosporinas a partir de hongos)

Actinopyga agassizii

Acremonium furcatum

Biotecnología Marina

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Farmacéuticos derivados de organismos marinos:◦Proteínas fluorescentes (Algas rojas y medusas) como genesreporteros◦Enzimas (bacterias termófilas, biología molecular)◦Anticáncer (Ara-C, leucemia y linfomas) y antivirales (Ara-A,herpes) de esponjas marinas

Aequorea victoriaTectitethya crypta

Extracción de metabolitos secundarios de interés producidos por organismos marinos

Degradación de almidón para la producción de etanol

Fuelzyme amilasa extraída de una fosa oceánica resistente a altas temperaturas.

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Aprovechamiento de metabolitos secundarios producidos por organismos marinos

Gageosatina C

Holoturina B

Goniodomina A

Curcufenol y Curcudiol

Triterpenoidesulfatado

Fusarielina E

Derivado de aldehídos

Diketopiperazina

Figura 7. Distintas moléculas con actividad antifúngica de importancia para la salud humana que han sido aislados de bacterias marinas (A), hongos marinos (B), dinoflagelados (C), algas rojas (D), esponjas marinas (E), pepinos de mar (F), macroalgas (G), especies de hongos simbiontes o comensalistas (H).

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◦Adhesivos poderosos de moluscos (bivalvos) y cirripedios(crustaceos)

Aprovechamiento de metabolitos secundarios producidos por organismos marinos

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◦Revestimientos anti-bioincrustaciónes (biocidas) parainfraestructuras en acuicultura y barcos

Aprovechamiento de metabolitos secundarios producidos por organismos marinos

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más del 50% del peso seco de las algas corresponde al almacenamiento de carbohidratos. Las tres principales divisiones de algas a partir de las cuales se aprovechan sus polisacáridos son:

Aprovechamiento de polisacáridos extraídos de algas marinas

A B C

Figura 6. Algas marinas comúnmente utilizadas industrialmente debido a la alta producción de polisacáridos. A. Ulva lactuca (Chlorophyta). B. Gracilaria sp. (Rhodophyta) y C. Ascophyllum nodosum (Phaeophyta)

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Aprovechamiento de polisacáridos extraídos de algas marinas

Fuente: http://escalera.bio.ucm.es/

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Descontaminación de ambientes marinos en India:◦Contaminación industrial contiene metales pesadostóxicos, no biodegradables (Hg, Pb, Cd)◦Bacterias marinas resistentes pueden remover estosmetales

Bioremediación de aguas y sedimentos

Fuente: http://escalera.bio.ucm.es/

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Descontaminación de ambientes marinos:◦Contaminación de océanos con hidrocarburos depetróleo◦Bacterias marinas resistentes pueden degradar estoshidrocarburos

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A nivel nacional…

Actinoporinas◦Caracterización de proteínas con capacidad hemolítica deanemonas marinas◦Inmunotoxinas para tratamiento de tumores y cáncer◦UNA, UCR, Universidad de la Habana

Anthopleura nigrescens

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Camarones◦Reversión sexual para cultivos monosexuales de camaronesmarinos◦UNA-UCR

Litopenaeus vannamei

A nivel nacional…

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Bacterias luminiscentes◦Uso potencial como indicadoras de contaminación◦UNA

A nivel nacional…

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Acuicultura amigable con el ambiente◦Incorporación de la tecnología de bioflocs (BFT) o bio-flóculos ytapetes microbianos para el tratamiento de aguas y generaciónde proteína in situ◦UNA

A nivel nacional…

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¿Preguntas?

La biotecnología está orientada a mejorar nuestracalidad de vida y dar respuesta a los grandes retos de lasociedad

◦Asociación europea de bioindustrias.