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BIOTECNOLOGÍA
MODERNA
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
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DESARROLLO DE LA
BIOLOGÍA MOLECULAR
UN GEN = UNA PROTEÍNA
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FLUJO DE INFORMACIÓN
Jacob y Monod 1961
Marshall Niremberg
CÓDIGO GENÉTICO
1963
Severo Ochoa
 Ejemplo: Enzima
CÓMO FUNCIONA UNA PROTEÍNA
MANIPULACIÓN DEL
ADN
TRANSFORMACIÓN
GENÉTICA
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
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2009
PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS A
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1997
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crecer en estas zonas.
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PLANTAS MODIFICADAS
GENÉTICAMENTE CON TOLERANCIA A LA
SEQUÍA
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Papa 100294
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 Maíz Bt11xMIR162xMIR604xGA2:
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ORGANISMOS GENÉTICAMENTE
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Las organismos genéticamente
modificadas podrían presentar riesgos
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por lo cual estos productos tienen que
ser analizados adecuadamente y
aprobados antes de su uso.
PRODUCTOS REGULADOS
CLONACIÓN
Ian Wilmut y Keith Campbell
1996
OVEJA DOLLY: PRIMER MAMÍFERO CLONADO
Desde 1992 se han clonado 19 mamíferos:
Ratón
Oveja
Macaco  Mula
Cerdo
Gaur
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Hurón
Búfalo
Muflón
ESPECIES ANIMALES CLONADAS
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 Conejo
 Venado
 Caballo
 Rata
 Camello
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CLONACIÓN
TERAPEÚTICA
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Ómicas
Genó-
mica
Metabo-
lómica
Prote-
ómica
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-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
Primer borrador se obtuvo en el 2000
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
 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
 Secuenciación culminó
• en el 2005
 32 000 genes
 Tamaño genoma: 390 MB
 Primer cultivo
seleccionado para
secuenciar
genoma completo
 Ecuador: producción
aproximada de 800
Mapa genómico del arroz, se observan los 12 cromosomas. Las regiones
cuadradas representan introgresiones de genes de otras especies a lo largo
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 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

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
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PROYECTO INSTITUTO CRAIG VENTER
Síntesis ADN
Trasplante ADN
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IDEA GENERAL DE TRASPLANTE DEL ADN
Bacteria huésped:
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sintético foráneo
Sustitución del
cromosoma natural por
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Mycoplasma
capricolum
Inicio de la síntesis de
proteínas a partir del
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Multiplicación de células
sintéticas
Primera Revolución:
Agricultura
10 000 años atrás
Segunda Revolución:
R. Industrial
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FUTURAS APLICACIONES
Microorganismos
sintéticos para
elaboración de vacunas
Microorganismos sintéticos
para producción de
biocombustiblesMicroorganismos
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
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9 biotecnología moderna historia y perspectivas

  • 2. 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
  • 3.  ADN y Flujo de información genética  Organismos genéticamente modificados  Clonación  Ómicas  Genómica  Transcriptómica  Proteómica  Algunas Aplicaciones  Biología Sintétita  Consideraciones éticas EN ESTA PRESENTACIÓN
  • 5. C0MPRENSIÓN DE LA MOLÉCULA Rosalind Franklin Maurice Wilkins Chagraff Watson y Crick
  • 6. ADN
  • 8. UN GEN = UNA PROTEÍNA
  • 9. Transcripción Traducción FLUJO DE INFORMACIÓN Jacob y Monod 1961
  • 11.  Ejemplo: Enzima CÓMO FUNCIONA UNA PROTEÍNA
  • 15.  Gellert, Lehman, Richardson, Hurwitz DNA LIGASA, 1967
  • 16. TECNOLOGÍA DE ADN RECOMBINANTE 1970’S
  • 19. BACTERIA GENÉTICAMENTE MODIFICADA: EL CASO DE LA INSULINA Producción de insulina en reactores a gran escala Insulina comercial
  • 20. 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
  • 21. 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
  • 23. 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
  • 24. 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
  • 25. 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
  • 26. 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.
  • 30. EJEMPLOS DE PLANTAS GENÉTICAMENTE MODIFICADAS Cultivos Bt  Maíz, algodón, arroz, berenjena, etc. Cultivos RR  Soya, maíz, arroz, canola, alfalfa, rábano, remolacha, algodón, etc .
  • 31. 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
  • 32. 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
  • 33. 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
  • 34. 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
  • 35. ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS Generan nuevos productos: Ejemplo: en el campo médico productos como la insulina En el campo agrícola: Variedades mejoradas: producción, calidad
  • 36. 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
  • 37. CLONACIÓN Ian Wilmut y Keith Campbell 1996
  • 38. OVEJA DOLLY: PRIMER MAMÍFERO CLONADO
  • 39. Desde 1992 se han clonado 19 mamíferos: Ratón Oveja Macaco  Mula Cerdo Gaur Vaca Hurón Búfalo Muflón ESPECIES ANIMALES CLONADAS  Gato  Conejo  Venado  Caballo  Rata  Camello  Toro de lidia  Perro  Bucardo
  • 43. GENÓMICA Conocer la secuencia completa de ADN de un organismo. 1958 y 1975
  • 44. PROYECTO GENOMA HUMANO Historia: El proyecto inició formalmente en 1990 con una predicción de 15 años de duración Primer borrador se obtuvo en el 2000 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
  • 45.  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
  • 46. SECUENCIACIÓN DEL GENOMA DEL ARROZ  Segundo cultivo de mayor extensión en el mundo (después del maíz)  Alimento principal del 50% de la población mundial  Secuenciación culminó • en el 2005  32 000 genes  Tamaño genoma: 390 MB  Primer cultivo seleccionado para secuenciar genoma completo  Ecuador: producción aproximada de 800
  • 47. Mapa genómico del arroz, se observan los 12 cromosomas. Las regiones cuadradas representan introgresiones de genes de otras especies a lo largo del tiempo
  • 48.  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
  • 49.  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
  • 50. 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
  • 51.  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
  • 52.  ES LA SECUENCIA SUFICIENTE?
  • 53.  Análisis de el perfil total de expresión de genes bajo una condición específica  Ejemplo: respuesta a un tipo de estrés o tratamiento TRANSCRIPTÓMICA
  • 54.  Conjunto total de proteínas que se encuentran en una célula en un momento determinado PROTEÓMICA
  • 55. Interacción entre genes+ Mecanismos de regulación del flujo de información Determina el funcionamiento celular y de los organismos Clave para comprender procesos biológicos
  • 58. Unidad de información= GEN LA IDEA Vida= código de 4 letras= ADN
  • 59. 2005: Inicia el proyecto Creación Vida Sintética 2 grupos trabajo PROYECTO INSTITUTO CRAIG VENTER Síntesis ADN Trasplante ADN en organismos huésped
  • 60. 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
  • 61. Primera Revolución: Agricultura 10 000 años atrás Segunda Revolución: R. Industrial Principios del siglo XIX Tercera Revolución?? Creación vida sintética 2010
  • 62. FUTURAS APLICACIONES Microorganismos sintéticos para elaboración de vacunas Microorganismos sintéticos para producción de biocombustiblesMicroorganismos sintéticos para biorremediación
  • 65.  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