2. 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...)
3. En l’actualitat té aplicacions en diversos camps:
En salut i medicina:
millora en la detecció i tractament de malalties: metabòliques,
o
genètiques, càncers, etc.
fabricació industrial d’antibiòtics, proteïnes humanes i vacunes
o
tècniques de reproducció assistida
o
En agricultura
millora dels vegetals per donar-los determinades característiques
o
augment de la productivitat
o
resistència a plagues i factors ambientals(sequera)
o
4. En l’actualitat té aplicacions en diversos camps:
En ramaderia
omillora
de les races del bestiar
oaugment
de la productivitat
oobtenció
de productes amb característiques especials
En la indústria (no farmacèutica)
ofabricació
d’aliments i begudes
oproducció
de biocombustibles
En el camp ambiental
obioremediació
oeliminació
per tal de corregir la contaminació ambiental
de residus
Altres camps
oarmament
biològic
5. 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
6. 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.
7.
8. 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.
9. 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
10. 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.
11.
12.
13. 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
o
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
El guariment de malalties metabòliques com la diabetis inserint al pàncrees cèl·lules
capaces de sintetitzar insulina
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, 2/11/2010
http://youtu.be/GpCS6PotWHw
14. 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.
15. 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
16. 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, mòrula
Cèl·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
17.
18. 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 seguretat
http://www.pcb.ub.edu/homepcb/docs/pdf/activitats/Recerca%20en%20Directe/F
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-famo
19. 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'A he im e r, el Pa rkins o n
lz
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.
20. 4. El projecte 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.
El projecte genoma humà és un projecte
internacional que té per objectiu desxifrar la
seqüència de tot el genoma humà i obtenirne 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
21. 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
22. 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
23. 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?
24. 4. El projecte genoma humà
o
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?
25. 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
26. 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
específiques
S’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.
27. 3. Producció de còpies del gen:
tècnica de la PCR. Aquesta
tècnica permet amplificar un
fragment d’ADN milions i milions
de vegades.
28. 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
.
29. 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 sintetitzar
Organismes transgènics : tenen gens provinents
d’altres espècies: plantes i animals transgènics.
30. 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
31. 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
32. 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.
33. 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.
34. 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 TRANSGÈNCICS
L’obtenció de vegetals transgènics és força senzilla per diversos
motius:
1. És fàcil introduir gens nous .
El bacteri A ro ba c te rium té plasmidis capaços d’insertar-se al
g
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
35. 4.3.OMG: Els organismes modificats
genèticament
Els vegetals transgènics porten gens provinents d’altres espècies que
els confereixen algun avantatge
Amb interès econòmic
Plantes 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)
36.
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)
37. 4.3.OMG: Els organismes modificats
genèticament
ANIMALS TRANSGÈNCICS
L’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
implantats
4. 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)
38. 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.
39. 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
40. 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
41. 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.
42. 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
43. 8. Armes biològiques
o 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
44. “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)
