Venancio Arahana, PhD.

BIOTECNOLOGÍA

MODERNA: HISTORIA Y

PERSPECTIVAS

Uso de la tecnología del ADN recombinante y

otras técnicas para aislar, manipular e insertar

genes y genomas, en células con fines

predeterminados.

BIOTECNOLOGÍA MODERNA

ADN y Flujo de información genética

Organismos genéticamente modificados

Clonación

Ómicas

Genómica

Transcriptómica

Proteómica

Algunas Aplicaciones

Biología Sintétita

Consideraciones éticas

EN ESTA PRESENTACIÓN

Fundamento: ADN

C0MPRENSIÓN DE LA MOLÉCULA

Rosalind Franklin

Maurice Wilkins

Watson y Crick

Chagraff

ADN

DESARROLLO DE LA

BIOLOGÍA MOLECULAR

UN GEN = UNA PROTEÍNA

Transcripción Traducción

FLUJO DE INFORMACIÓN

Jacob y Monod 1961

CÓDIGO GENÉTICO

Marshall Niremberg

Severo Ochoa

1963

Ejemplo: Enzima

CÓMO FUNCIONA UNA PROTEÍNA

TRANSFORMACIÓN

GENÉTICA

MANIPULACIÓN DEL

ADN

ENZIMAS DE RESTRICCIÓN 1961

PLÁSMIDOS, 1973

Stanley Cohen Herbert Boyer

Gellert, Lehman, Richardson, Hurwitz

DNA LIGASA, 1967

TECNOLOGÍA DE ADN RECOMBINANTE

1970’S

ORGANISMOS GENÉTICAMENTE

MODIFICADOS

Bacterias

Hongos

Plantas

Animales

MICROORGANISMOS

GENÉTICAMENTE

MODIFICADOS

BACTERIA GENÉTICAMENTE

MODIFICADA: EL CASO DE LA INSULINA

Producción de

insulina en

reactores a gran

escala

Insulina comercial

ALGUNOS EJEMPLOS DE MICROORGANISMOS

GENÉTICAMENTE MODIFICADOS

Producción de vacunas

Vacuna para hepatitis B

Producida en levaduras

Primera vacuna

recombinante

comercializada en 1986

Vacuna para papiloma virus humano

Protege contra cepas del virus 6, 11, 16, 18

Salió al mercado en 2009

PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS A

GRAN ESCALA

Hormona de crecimiento

humano

Se produce en E. coli desde

1997

Factor VIII de coagulación

Producción en cultivo de

células de mamífero: ratón

Propiedades idénticas al

FVIIII humano

ANIMALES

GENÉTICAMENTE

MODIFICADOS

ANIMALES GENÉTICAMENTE

MODIFICADOS

Tracey

Primera oveja transgénica

Creada en 1992 en Reino Unido

Propiedad: Producción alfa -1-tripsina

Salmón, tilapia y carpa transgénicas

Tamaño incrementado mediante hormona de crecimiento

Glofish

Pez zebra modificado genéticamente

Salió al mercado en el 2003

Propiedad: fluorescencia mediante proteína GFP

Enviropig

Modificados para lograr una mejor asimilación de fósforo en el animal.

El excremento tiene cantidades menores de P: manejo de ganado más amigable con el ambiente

MOSQUITOS GENÉTICAMENTE

MODIFICADOS

Malaria: 225 millones

de casos/ año

Dengue: 50-100

millones de casos/ año

Mosquitos genéticamente

modificados con tecnología

RIDL: liberación de insectos

portadores de un letal

dominante

PRODUCCIÓN DE HORMONA DE

CRECIMIENTO HUMANO EN LECHE BOVINA

2002: Nació en Argentina la

primera ternera clonada y

genéticamente modificada

para producir HCH

Cada vaca podría generar

5kg/año de HCH

Empresa BioSidus inició

proyecto Tambo

Farmaceútico para la

producción de leche

portadora de HCH y otras

hormonas y proteínas

humanas en el futuro.

PLANTAS

GENÉTICAMENTE

MODIFICADAS

Agrobacterium tumefaciens

PRINCIPALES TÉCNICAS

BIOBALÍSTICA

EJEMPLOS DE PLANTAS GENÉTICAMENTE

MODIFICADAS

Cultivos Bt

Maíz, algodón, arroz,

berenjena, etc.

Cultivos RR

Soya, maíz, arroz, canola, alfalfa,

rábano, remolacha, algodón, etc .

SOYA 305423

• Cambiar la composición de ácidos

grasos en los granos de soya, para

producir un aceite con bajo

porcentaje de ácidos grasos

saturados.

• Producto desarrollado por Pioneer

• Producto aprobado para importación

y uso en México, Corea, Canadá y

Japón

PAPA CON ALTO CONTENIDO PROTEICO

Papa modificada con el gen AmA1 del amaranto

Las papas obtenidas tienen un incremento del 60% en el contenido proteico

La proteína AmA1 es recomendada por la WHO por presentar un contenido proteico balanceado y contener 7 aminoácidos esenciales

Investigación financiada por el Instituto Nacional de Investigación Molecular de Plantas en India, en el 2010

La investigación está en una fase inicial de desarrollo

Tolerancia a la sequía La agricultura es una de las

principales responsables de la

desertificación.

Concepto Producir plantas que puedan

crecer en estas zonas.

Beneficios Aumentar la producción.

Mejorar la utilización del agua:

reducir el comsumo de agua.

Sostenibilidad ambiental.

PLANTAS MODIFICADAS

GENÉTICAMENTE CON

TOLERANCIA A LA SEQUÍA

Ejemplo:

Papa 100294

• Evento desarrollado en 1994

• Proyecto financiado por Max Planck

Institute of Molecular Plant Physiology

• Uso confinado aprobado en Alemania

PRODUCTOS CON GENES APILADOS

Maíz Bt11xMIR162xMIR604xGA2:

SmartStax

8 genes apilados

Características adquiridas:

Resistencia a lepidópteros

Resistencia a glufonisato

Resistencia a glifosato

Uso de manosa como fuente de carbono

ORGANISMOS GENÉTICAMENTE

MODIFICADOS

Generan nuevos productos:

Ejemplo: en el campo médico

productos como la insulina

En el campo agrícola:

Variedades mejoradas: producción, calidad

Las organismos genéticamente modificadas podrían presentar riesgos potenciales para el ambiente y la salud, por lo cual estos productos tienen que

ser analizados adecuadamente y aprobados antes de su uso.

PRODUCTOS REGULADOS

PERCEPCIÓN PÚBLICA

Durante los últimos años ha existido una gran campaña

de desinformación sobre organismos genéticamente

modificados, sin fundamentos y extremista.

El consumidor requiere de información veraz y

equilibrada para poder tomar una decisión de si

consumir o no transgénicos.

Una debilidad del consumidor en términos

generales es su nivel de educación.

Se requiere de programas de difusión adecuados.

No existe riesgo cero, pero con un análisis

adecuado se pueden desarrollar medidas de

control y manejo: Bioseguridad

CLONACIÓN

Ian Wilmut y Keith Campbell

1996

OVEJA DOLLY: PRIMER MAMÍFERO CLONADO

Desde 1992 se han clonado 19 mamíferos:

Ratón

Oveja

Macaco

Cerdo

Gaur

Vaca

Hurón

Búfalo

Muflón

ESPECIES ANIMALES CLONADAS

Gato

Conejo

Mula

Venado

Caballo

Rata

Camello

Toro de lidia

Perro

Bucardo

CLONACIÓN TERAPEÚTICA

…ÓMICAS…

Ómicas

Genó-mica

Metabo-lómica

Prote-ómica

Transcrip-tómica

GENÓMICA

Conocer la secuencia completa de

ADN de un organismo.

1958 y 1975

PROYECTO GENOMA HUMANO

Historia:

El proyecto inició formalmente en 1990 con una predicción de

15 años de duración

Países participantes: Estados Unidos, Reino Unido,

Francia, Alemania, Japón, China e India.

Objetivo:

Obtener la secuencia y el mapa genético del genoma

humano "universal"

Tecnología utilizada:

Shotgun Sequencing

Datos obtenidos:

- El genoma humano se compone aproximadamente por 25 000 genes

- Entre el 1.1 y 1.4% del genoma codifica para proteínas

Primer borrador se obtuvo en el 2000

Inicio del proyecto: 2008

En el 2010 culminó la fase piloto e inició la fase de producción que implica la secuenciación de 2 000 genomas

En octubre 2012 se anunció la secuenciación de 1092 genomas

Objetivo 1: catalogar las variaciones genéticas humanas y relacionarlas con la respuesta frente a enfermedades

Objetivo 2: Conseguir una plataforma amplia de referencia sobre el genoma humano

SECUENCIACIÓN DEL GENOMA DEL

ARROZ

Segundo cultivo de mayor extensión en el mundo (después del maíz)

Alimento principal del 50% de la población mundial

Ecuador: producción aproximada de 800 000TM/año

Secuenciación culminó

en el 2005

32 000 genes

Tamaño genoma: 390 MB

Primer cultivo

seleccionado para

secuenciar genoma

completo

Mapa genómico del arroz, se observan los 12 cromosomas. Las regiones

cuadradas representan introgresiones de genes de otras especies a lo largo

del tiempo

Objetivo: Secuenciar el genoma de 1000 especies vegetales

Las especies seleccionadas presentan alguna utilidad

potencial: medicina, agricultura, producción de metabolitos

secundarios, etc.

El proyecto inición el 2008

Continúa en ejecución, se puede acceder a los resultados en

la página web del proyecto: http://www.onekp.com

PROYECTO 1000 GENOMAS VEGETALES

Objetivo: secuenciad 1001 líneas de

Arabidopsis thaliana

Proyecto inició en el 2008

Hasta noviembre 2011 se han

secuenciado 503 genomas

La información del proyecto está

disponible en:

http://1001genomes.org/

PROYECTO 1001 GENOMAS ARABIDOPSIS

SECUENCIACIÓN DEL GENOMA DE LA

VACA

Ganado bovino es el más

importante a nivel

mundial

Existen alrededor de 1.3

billones de vacas en el

mundo

La secuenciación del

genoma tendrá un gran

impacto en cría selectiva

Secuenciación culminó

en el 2009

Tamaño del genoma:

3GB

22 000 genes

80% de genes

compartidos con el ser

humano

Objetivo: Establecer un zoológico genético (genoma

de 10 000 especies de animales vertebrados)

El proyecto inició en el 2009, desde entonces ya se

han secuenciado 120 genomas

Página oficial del proyecto:

https://genome10k.soe.ucsc.edu/collaborators

PROYECTO GENOME 10K

Una vez dilucidada la secuencia, lo importante es

conocer el mensaje que transmite y la forma en que

es regulada

ES LA SECUENCIA SUFICIENTE?

Análisis de el perfil total de

expresión de genes bajo una

condición específica

Ejemplo: respuesta a un tipo de

estrés o tratamiento

TRANSCRIPTÓMICA

Conjunto total de proteínas que se encuentran en una célula

en un momento determinado

PROTEÓMICA

Interacción entre genes+ Mecanismos

de regulación del flujo de información

Determina el funcionamiento celular y de los

organismos

Clave para comprender

procesos biológicos

Algunas aplicaciones

Metagenómica

Farmaco-genómica

Vida=ADN

…

BIOLOGÍA SINTÉTICA

Unidad de información= GEN

LA IDEA

Vida= código de 4 letras= ADN

2005: Inicia el proyecto Creación Vida

Sintética

PROYECTO INSTITUTO CRAIG VENTER

2 grupos trabajo

Síntesis ADN Trasplante ADN en organismos

huésped

IDEA GENERAL DE TRASPLANTE DEL ADN

Bacteria huésped:

Mycoplasma

capricolum

Inserción de ADN

sintético foráneo

Sustitución del

cromosoma natural por

el cromosoma sintético

Bacteria huésped:

Mycoplasma

capricolum

Inicio de la síntesis de

proteínas a partir del

genoma sintético

Multiplicación de células

sintéticas

Primera Revolución:

Agricultura

10 000 años atrás

Segunda Revolución:

R. Industrial

Principios del siglo XIX

Tercera Revolución??

Creación vida sintética

2010

FUTURAS APLICACIONES

Microorganismos

sintéticos para

elaboración de vacunas

Microorganismos sintéticos

para producción de

biocombustibles Microorganismos

sintéticos para

biorremediación

Y PRINCIPALMENTE…

Producida en

microorganismos

sintéticos

CONSIDERACIONES

ÉTICAS

Toda tecnología en desarrollo requiere tener parámetros de

bioseguridad que aseguren que la persona a cargo del

proyecto, el ambiente inmediato y la comunidad en general no

se vean en peligro por el trabajo que se está realizando.

ADN es información y el uso de esa información requiere el

seguimiento de parámetros éticos.

A nivel de seres humanos el uso de la información requiere

del consentimiento informado de cada persona y a nivel de

información de recursos genéticos se requiere seguir con la

legislación pertinente en cada país .

Al momento actual el desarrollo tecnológico en este campo

debe tener dos grades objetivos: el bienestar humano y el

bienestar de los otros seres vivos y del ambiente .

CONSIDERACIONES

ÉTICAS

GRACIAS