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Aplicaciones de la biotecnologia

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Biotecnologia Biotecnologia Presentation Transcript

  • Capacitación Docente MODULO IVBIOTECNOLOGÍA
  • Etapas de la BiotecnologíaLa Biotecnología se puede separar en 3 etapas a lo largo de la historia:• En los principios de la historia del hombre que involucra elcomienzo de las actividades agrícolas junto con la cría de animales.• Avanzando en la historia de la civilización (hace 8 mil años), labiotecnología se comienza a aplicar en la preparación de pan y cervezajunto con muchos otros alimentos fermentados como el yogurt, elqueso y numerosos derivados de la soja; y en la parte de la medicinael uso de bálsamos derivados de plantas, y remedios de origen vegetalpara tratar las heridas.• En la actualidad, la aplicación de la ingeniería genética.
  • ¿Qué es la Biotecnología?Biotecnología Tradicional BiotecnologíaEmpleo de organismo para la Es la aplicación de laobtención de un producto útil ciencia y la ingeniería en elpara la industria uso directo o indirecto de + organismos vivos o partes de ellos, en sus formasBiotecnología Moderna naturales o modificadas para la producción deEs la que emplea técnicas de bienes y servicios o para laingeniería genética mejora de procesos industriales.
  • Historia de la Biotecnologíao En la década de 1860, Mendel reconoceinformación hereditaria se almacena en unidades(genes).o 1870, se descubren los cromosomas.o 1953, se identifica la conformación de doblehélice del ADN por Watson y Crick.o 1968, se desarrolla un proceso para identificarcromosomas.o 1973, primera combinación exitosa de ADN deorganismos no relacionados (ADN recombinante)o 1978, nace el primer bebe probeta.
  • o 1987, primera clonación de un embrión debecerro.o 1991, se crea una oveja que produce en laleche una droga para el tratamiento de fibrosiscística.o 1994, desarrollo del primer alimentotransgénico (tomate-poligalacturonasa, EE.UU.).o 1996, cabra es inyectada con un gen humanoes capaz de producir una droga para eltratamiento contra el cáncer.o 1997, clonación de una oveja adulta(„Dolly‟).
  • Estructura del ADNEl ADN (Ácido desoxirribo-nucleico) es un tipo de ácidonucleico.Desde el punto de vista químico, elADN es un polímero de nucleótidos,son unidades simples conectadasentre si y se los denota con 4 letras:A-T, C- G.Compuesto por 2 cadenascomplementarias que forman unaestructura de doble hélice, y en unaestructura más compleja forman loscromosomas.
  • El ADN forma parte de todaslas células de un organismo yse ubica en el núcleo de éstas.Contiene toda la informacióngenética usada en eldesarrollo y funcionamientode los organismos vivos yalgunos virus.Es de carácter hereditario,transmitiéndose de unageneración a la siguiente.
  • Dogma Central de la BiologíaExplica la forma de expresión de la información del ADN
  • La biotecnología moderna utiliza diversas técnicas paraacercarse a su objeto de estudio: Bioinformática Ingeniería genéticaProteómica Microbiología BiotecnologíaGenómica Biología molecular Bioquímica
  • Qué es la Ingeniería genética?La ingeniería genética es lo que caracteriza a la biotecnologíamoderna que implementa estas técnicas en la producción debienes y servicios útiles para el ser humano, el ambiente y laindustriaEs un conjunto de metodologías que permite transferir genes deun organismo a otro y expresarlos (producir las proteínas para lascuales estos genes codifican) en organismos diferentes al deorigen ADN recombinanteLos organismos que reciben un gen que les aporta una nuevacaracterística se denominan organismos genéticamentemodificados (OGM) o transgénicos.
  • Áreas de aplicación de la biotecnología Industria Alimenticia Industria Farmacéutica Salud del hombre y animales Medio Ambiente Producción de energía (Biocombustible) Agricultura
  • Biotecnología y el medio ambienteUna de las aplicaciones más importantes es limpiarla contaminación ambiental.La biorremediación uso de sistemasbiológicos para la reducción de la polución del aireo de los sistemas acuáticos y terrestres. Se estáenfocando hacia• el suelo y los residuos sólidos,• tratamientos de aguas domésticas e industriales,• aguas procesadas y de consumo humano,• aire y gases de desecho.
  • Biotecnología y los nuevos fármacosEtapas para el desarrollo de un nuevo fármaco: Identificación de un gen o familia de genes queestén íntimamente relacionados con la enfermedada tratar, es decir que actué como molécula dereconocimiento para un determinado patógeno omolécula diana. Conocer el perfil farmacocinético de estasmoléculas (como se metabolizan). Estudios clínicos y toxicológicos para garantizarla salud y seguridad de las personas.
  • Insulina humanaEs una hormona involucrada enla regulación y metabolismo dela glucosa.Antiguamente le insulina seaislaba de cerdos.Fue el primer fármacodesarrollado por ingenieríagenética. Alto rendimiento deproducción No genera respuesta inmune Método sencillo
  • En la actualidad la insulina puede ser producida en plantas oanimales transgénicos, lo que disminuye los costos de inversión yproducción
  • Hormona de crecimiento
  • Clonación
  • Otras proteínas recombinantes:• Otras hormonas, como la folículo estimulante, tirotrofina, gonadotrofinacoriónica (en células de mamífero), hormona de crecimiento, paratifoidea(en E. coli) y glucagon e insulina (en levaduras).• Los factores de coagulación VIII, IX y VIIa, indicados en el tratamientode algunos tipos de hemofilia, producidos en cultivo de células demamífero.• Anticoagulantes como la irudina y activadores del plasminógeno tisular(en los tres sistemas).• Factores hematopoyéticos como el interferón alfa y gamma, producidosen E. coli.• Anticuerpos monoclonales Anti-IgE , Anti-TNF y Anti-IL2, producidosen cultivo de células de mamífero.
  • Biotecnología y SaludDiagnostico de enfermedadesDesarrollo de técnicas para el diagnóstico de enfermedades infecciosaso hereditarias.Pueden diagnosticar infecciones virales, bacterianas o fúngicas. Latuberculosis, el SIDA y muchas otras enfermedades infecciosas, sondiagnosticadas mediante técnicas de PCR en forma más sencilla yrápida que por los métodos tradicionales, permitiendo la intervención ytratamientos más tempranos.Diagnóstico prenatal, permite anticiparse al problema y realizar untratamiento precoz.
  • Vacunas recombinantesLas vacunas constituyen un método preventivo, mediante el cual elindividuo adquiere inmunidad permanente contra algún agentepatógeno específico.Son basadas en tecnologías del ADN y en las secuencias deaminoácidos que contienen la información genética con la cual elorganismo patógeno produce la enfermedad.El primer exponente de vacunas recombinantes comercializada fue lavacuna contra la hepatitis B y en la actualidad se están desarrollandoinvestigaciones en vacunas contra el virus del HPV (virus papilomahumano que genera verrugas genitales), la malaria (enfermedad quemata a casi 3 millones de personas por año), HIV, entre otras…
  • Vacunas de ADN
  • Vacunas comestiblesSe introducen genes que codificanproteínas inmunogénicas (Ag) de unpatógeno. De esta forma, cuando lasplantas son ingeridas, desencadenan larespuesta inmune que confiereinmunidad contra los agentespatógenos específicos.Ventajas: Fácil administración. Fácil transporte y almacenamiento. Bajo costo de producción. Vacunación a gran escala. Menos riesgosas
  • Ejemplos de vacunas comestibles:BananasVacunan contra la hepatitis B. Los científicos aseguran que elcosto será muy inferior al de la vacuna actual. Si bien estefruto es de fácil ingesta, se está pensando en administrarlas enforma de pasta, debido a que el fruto madura rápidamente.TomatesLos científicos desarrollan vacunas contra el SIDA y lahepatitis B en tomates.AlfalfaContra la fiebre aftosa. Se está desarrollando en el instituto devirología de INTA castelar .
  • Terapia génicaConsiste en la inserción de una copia funcional normal de un gendefectivo o ausente en el genoma de un individuo en las células de lostejidos del individuo con el objetivo de restaurar la función normal deltejido y así eliminar los síntomas de una enfermedad en general, yenfermedades hereditarias.ControversiasX Alteración de la línea germinal (cualquier modificación que se realice setransmite a la descendencia)X Limitación a enfermedades monogénicasX Posibilidad de generar tumores (si el gen si introduce en un lugarequivocado, como puede ser un gen de supresión tumoral puede generarcancer)
  • Biotecnología en los alimentosLa biotecnología busca el mejoramiento de los alimentos. Para: Eliminar o inhibir la presencia de alergenos alimentarios. Agregar valor nutricional. Eliminar toxinas inherentes a los alimentos. Eliminar sustancias antinutrientes de algunos alimentos. Reducir o eliminar la exposición a microorganismospatógenos o a sustancias tóxicas producidas por ellos.
  • Arroz DoradoEs un ejemplo de una alimento mejorado por ingeniería genética.Es un tipo de arroz que posee un elevado contenido en vitamina A.Se logró completar en el arroz común la ruta para la síntesis de pro-vitamina A (precursora de la vitamina A), y obtener así el arroz dorado. La vitamina A está involucrada en procesos tales como: • Visión (nocturna, diurna y colores) • Integridad de células epiteliales frente a infecciones • Respuesta inmunológica • Hematopoyesis (formación de células sanguíneas) • Fertilidad (masculina y femenina) • Embriogénesis
  • Maní hipoalergénicoLa alergia a determinados componentesdel maní es una de las alergiasalimentarias mas serias, que se manifiestacon síntomas tales como urticaria,hinchazón, problemas respiratorios,dificultades gastrointestinales, y shockanafiláctico. Biotecnólogos de laUniversidad Alabama A&M lograrontransformar plantas de maní y “silenciar”al gen que codifica para el principalalérgeno eliminando así a una de lasproteínas más importantes que provocaestas reacciones alérgicas.
  • Papas fritas más saludablesEstán llegando papas para hacer papas fritas mássaludables y con menos calorías. Contienen másalmidón que las papas comunes y por eso se doransin la necesidad de absorber tanto aceite.Se obtuvieron por la introducción de genes queoptimizan la transformación de azucares enalmidón. Café sin cafeína Se han descubierto los genes involucrados en la síntesis de la cafeína y se está intentando silenciarlos, y así evitar su producción.
  • Biotecnología y agriculturaLa biotecnología ofrece los medios para producir alimentos más nutritivos yde mejor gusto, mayor rendimiento de las cosechas y plantas protegidasnaturalmente de enfermedades e insectos.Si bien con la primera generación de productos biotecnológicos en el mercado,caracterizados por mejoras agronómicas (mayor rendimiento, resistencia ainsectos, etc), los beneficios han sido capitalizados principalmente por losproductores, el consumidor se beneficia en el sentido de que estas variedadesofrecen el potencial de reducir el empleo de agroquímicos.La siguiente generación de productos transgénicos, está orientada a explotarotros nichos económicos y promete beneficios más directos para lanutrición y salud animal y humana. Estos nuevos cultivos en desarrollo,podrán presentar modificaciones que mejoren o complementen su calidadalimentaria y modificaciones que les permitan producir compuestos condiversos fines industriales que mejoren la calidad de vida.
  • Cruzamiento TradicionalSe da entre especies sexualmentecompatibles.Los miles de genes de una planta secombinan con los miles de genes deotra.Es probable que en este proceso setransfiera la característica deseada, perotambién puede transferir otro rasgo nodeseado.Esto requiere múltiples rondas decruzamientos y posterior selección.La incorporación del rasgo deseado es alazar, y el proceso de mejoramiento llevamuchos años.
  • Biotecnología ModernaSe refiere a la aplicación de las técnicasde la ingeniería genética almejoramiento de los cultivos, con elobjetivo de generar beneficios para elproductor agropecuario, el consumidor,la industria, la salud animal y humana, yel medioambiente. Gen de tolerancia a sequíaNo requiere que las plantas seansexualmente compatibles.Solo se transfiere el gen deseado, porejemplo; gen de tolerancia a sequía.
  • Qué es un cultivo transgénico?Un organismo genéticamente modificado (OGM) otransgénico es “un organismo cuyo material genético ha sidomodificado de una manera que no sucede en el apareamientoy/o recombinación naturales” (término legal).Contiene uno o más genes que han sido transferidos(transgenes) de otra planta no emparentada o de una especiediferente.
  • La tecnología de transformación genética permite: aportar variabilidad genética de forma controlada y precisa, sin alterar elfondo genético. Es decir, crear nuevas variedades (cultivares) con característicasfavorables, sin perder las mejoras logradas anteriormente. expresar genes de interés no existentes en la especie (ejemplo: la fabricaciónde proteínas insecticidas de origen bacteriano en el maíz Bt). conocer y/o profundizar acerca de la estructura y función de genes específicos. expresar nuevas formas alélicas (variantes) de genes que ya están presentes enel genoma. modificar los niveles de expresión de alguna proteína transfiriendo el gencorrespondiente ya presente en la célula vegetal pero con una secuencia regulatoriadiferente, que facilite la expresión de la proteína. inhibir la expresión de genes presentes en el genoma (por ejemplo, la sojatransgénica hipoalergénica en la cual se inhibe o diminuye la expresión del gen quecodifica una proteína alergénica).
  • Como se obtiene una planta transgénica?
  • Potencial de la biotecnología aplicadao Maduración retardada: es posible almacenarlos por más tiempo o reducir laspérdidas durante el transporte y minimiza la pérdida de vitaminas de algunos alimentosantes de que lleguen al consumidor.o Mejor saboro Frutas más dulces sin azúcar adicional: Se han producido cultivos más dulces(por ejemplo, lechugas y tomates) al transferirles genes de los edulcorantes proteicosnaturaleso Resistencia a enfermedades: Virus, hongos y bacterias producen reduccionesimportantes en la producción, además de afectar de manera adversa la calidad de loscultivos.o Tolerancia a estrés abiótico: Tolerancia a heladas, sequía, salinidad, etc. Ej.Tomate tolerante a heladas. Soja tolerante a sequía.o Aplicado a plantas ornamentales: disponibilidad de nuevoscolores, tamaños, cambios en la arquitectura floral, etc. Ya existe en el mercado unarosa y clavel de color azul.
  • Como se autoriza un cultivo transgénico?
  • Alimentos transgénicos autorizados en ArgentinaCultivo Característica introducida Año de aprobaciónsoja tolerancia al herbicida glifosato 1996maíz resistencia a insectos lepidópteros 1998maíz tolerancia al herbicida glufosinato de amonio 1998algodón resistencia a insectos lepidópteros 1998maíz resistencia a insectos lepidópteros 1998algodón tolerancia al herbicida glifosato 2001maíz resistencia a insectos lepidópteros 2001maíz tolerancia al herbicida glifosato 2004maíz resistencia a insectos lepidópteros y tolerancia al herbicida glufosinato 2005 de amoniomaíz tolerancia al herbicida glifosato 2005maíz tolerancia al herbicida glifosato y resistencia a insectos lepidópteros, 2007 acumulados por cruzamientomaíz tolerancia a los herbicidas glifosato y glufosinato de amonio, y 2008 resistencia a insectos lepidópterosalgodón tolerancia al herbicida glifosato y resistencia a insectos lepidópteros 2009
  • Evolución de la superficie sembrada en Argentina con soja, maíz y algodón genéticamente modificados, expresada como porcentaje de sus respectivas áreas totales.
  • Soja TransgénicaContiene un gen que le confiere resistencia al herbicida glifosato,proveniente de una bacteria del suelo.El glifosato actúa en todas las especies vegetales inhibiendo la actividadde las enzimas que sintetizan los aminoácidos aromáticos. Estosaminoácidos son necesarios en la fotosíntesis y por ello las plantas al nopoder sintetizarlos mueren o frenan considerablemente su crecimiento. Lasoja transgénica posee un gen que codifica otra enzima capaz de sintetizarestos AAc.
  • Controversias de la soja transgénicaLa Agencia de Protección Ambiental (EPA) y la OMSclasificaron los herbicidas con glifosato como levemente tóxicosen la "Clase III" para exposiciones oral e inhalación recientesestudios sugieren que IV sería más apropiado para exposicionesoral, dermal, e inhalatoria. En abril de 2009, medios periodísticos de Argentina anunciaron que un trabajo de Andrés Carrasco, Subsecretario de Investigación Científica y Tecnológica del Ministerio de Defensa e investigador de CONICET, indica que el glifosato puede producir malformaciones neuronales, intestinales y cardíacas en los embriones humanos. Sin embargo su trabajo no ha sido publicado en ninguna revista con validez científica.
  • Alimentos transgénicos, deberían etiquetarse?El rotulado tiene por objeto suministrar información sobre lascaracterísticas particulares de los alimentos, su forma de preparación,manipulación y conservación, sus propiedades nutricionales y su contenido.Así, se le brinda al consumidor información y asesoramiento suficiente paraque pueda seleccionar los productos de acuerdo a sus necesidades,almacenarlos de forma correcta y consumirlos de forma segura.Muchos científicos consideran que las nuevas técnicas de ingeniería genéticason variantes a nivel molecular de métodos tradicionales de mejoramiento,que persiguen los mismos fines, y sustentan sus argumentos en numerososestudios científicos que demuestran que los alimentos derivados de OGM nodifieren de sus pares no-transgénicos. Por eso consideran que el etiquetadosería innecesarioEn conclusión: la controversia alrededor del etiquetado de los productosprovenientes de OGM aún no está resuelta, y son muchas y diversas las partesinvolucradas.
  • Biotecnología agrícola: conclusiones finalesLos retos de la biotecnología agrícola residen en aumentar la productividaden simultáneo con la reducción de los costos, generar innovaciones para laindustria y mejoras en la calidad de vida, por ejemplo con alimentos de mayorcalidad y más saludables, y conducir a prácticas de cultivo más “ecológicas”.La biotecnología puede y debe jugar un rol importante en el desarrollo denuevos productos agrícolas, pero otros factores, incluyendo tecnologías defitomejoramiento tradicionales y de las infraestructuras agrícolo-ganaderas noserán menos importantes.Las aplicaciones biotecnológicas a la agricultura encierran grandes promesas.Por una parte, se asume que el mejoramiento de los cultivos mediante técnicasde biología molecular conducirá a una mayor producción y generación denuevos nichos económicos. Los descensos de costos de producción están hoyprincipalmente asociados a la menor utilización de herbicidas yplaguicidas.
  • Argentina es un país que depende de sus exportaciones agropecuarias. Diferentes análisis económicos revelan que, pese a los esfuerzos y apoyos a otras ramas industriales, por su competitividad natural el sector de agroalimentos y bebidas es, y seguirá siendo, el gran motor de la economía argentina. En tal sentido lacompetencia con otros países exportadores es muy alta. Estos países exportadores son los que ya hoy tienen plantas transgénicas y compiten con ellas por losmercados mundiales. La tecnología, es una herramienta genuina de competitividad y la biotecnología es una herramienta clave para poder competir.