Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01

Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01
VISIÓN DE LA UNIVERSIDAD
Ser la universidad líder en calidad educativa.
MISIÓN DE LA UNIVERSIDAD
Desarrollar la educación superior universitaria con calidad y
competitividad al servicio de la sociedad.
SYLLABUS DE BIOTECNOLOGÍA
GESTIÓN I-2013
DOCENTE DR. JUAN ALBERTO
OSINAGA HEREDIA
Estimado(a) estudiante:
El Syllabus que ponemos en tus manos es el fruto del trabajo intelectual de tus
docentes, quienes han puesto sus mejores empeños en la planificación de los
procesos de enseñanza para brindarte una educación de la más alta calidad. Este
documento te servirá de guía para que organices mejor tus procesos de aprendizaje
y los hagas mucho más productivos. Esperamos que sepas apreciarlo y cuidarlo.
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
SYLLABUS
Asignatura:
Código:
Requisito:
Horas teóricas
Horas prácticas
Carga Horaria:
Créditos:
BIOTECNOLOGÍA
BTG -633
BTG-332
40
40
80 Horas/Semestre
8
I. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA.
 Formar al estudiante en el conocimiento de la bioquímica e ingeniería
genética de microorganismos y plantas, para que tenga
conocimientos en el campo de la biotecnología legal, biotecnología
alimentaria, la obtención de proteínas recombinantes, cultivo de
clones de células vegetales y/o animales de interés industrial.
 Adquirir conocimientos sobre las proteínas específicas que actúan en
las diferentes vías metabólicas.
 Determinar sus propiedades para ser aplicadas en la tecnología de
las fermentaciones a nivel industrial.
 Relacionar la tecnología de las combinaciones proteicas y los
complejos enzimáticos múltiples usados en la industria de los
alimentos.
 Experimentar con la catálisis enzimática, en especial con los factores
que varían la cinética enzimática y su aplicación en el campo de la
salud.
 Aplicar las diversas herramientas utilizadas por la biotecnología en la
obtención de vacunas, preparación de pruebas de diagnóstico,
elaboración de nuevos medicamentos y en la aplicación de nuevos
tratamientos.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
2
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
II. PROGRAMA ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA.
Tema I. ¿Qué es la biotecnología?
1.1 La biotecnología tradicional
1.2 La biotecnología moderna
1.3 Las definiciones de "biotecnología"
1.4 El impacto de la biotecnología
1.5 Biotecnología y desarrollo
1.6 Cronología de algunos acontecimientos en la historia de la
biotecnología
Tema II. Las células y los cromosomas
2.1 La célula como unidad de los seres vivos
2.2 Unidad estructural
2.3 Unidad funcional
2.4 Relación entre las estructuras celulares y su función
2.5 Las técnicas de laboratorio
2.6 Toda célula proviene de otra preexistente
2.7 Los cromosomas
2.8 La teoría cromosómica de la herencia
2.9 Las células y los cromosomas como agentes biológicos
Tema III. Los microorganismos
3.1 La diversidad microbiana
3.2 Las bacterias
3.3 Las eubacterias
3.4 Las arqueobacterias
3.5 Los protozoarios
3.6 Las algas
3.7 Los hongos
3.8 Los virus
3.9 Las técnicas de laboratorio
3.10 El cultivo y la identificación de microorganismos
3.11 Bioseguridad
3.12 Los microorganismos como agentes biológicos
Tema IV. Las enzimas y los anticuerpos
4.1 Las proteínas
4.2 Estructura
4.3 Algunas técnicas de laboratorio
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
3
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
4.4 Las enzimas
4.5 La catálisis enzimática
4.6 Los diversos tipos de enzimas
4.7 Importancia económica
4.8 Los anticuerpos
4.9 La molécula de anticuerpo
4.10 La producción de anticuerpos en el organismo
4.11 La producción de anticuerpos en el laboratorio
4.12 El empleo de los anticuerpos
Tema V. Los ácidos nucleicos y los genes
5.1 Los ácidos nucleicos
5.2 La doble hélice
5.3 El código genético
5.4 La expresión génica
5.5 La regulación de la expresión génica
5.6 Células procariontes
5.7 Células eucariontes
5.8 La genómica
5.9 El genoma humano
5.10 Las herramientas básicas
Tema VI. Aplicaciones de la Biotecnología I
6.1 Biotecnología y salud: las vacunas
6.2 Biotecnología y salud: las pruebas de diagnóstico
6.3 Biotecnología y salud: los medicamentos
6.4 Biotecnología y salud: los nuevos tratamientos
Tema VII. Los procesos fermentativos
7.1 Los procesos fermentativos y la industria
7.2 Los microorganismos industriales
7.3 Nociones sobre el metabolismo
7.4 Las cepas industriales
7.5 La selección de la materia prima
7.6 Los procesos tradicionales
7.7 Los procesos sumergidos
7.8 Los fermentadores o biorreactores
7.9 El cambio de escala
7.10 La operación del proceso
7.11 La recuperación del producto
7.12 Los procesos fermentativos en la industria de biofertilizantes
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
4
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Tema VIII. El cultivo de células y tejidos
8.1 La micropropagación de plantas
8.2 Las etapas
8.3 Los medios de cultivo
8.4 Las diferentes modalidades
8.5 El mejoramiento y la conservación de la biodiversidad vegetal
8.6 La difusión de la tecnología
8.7 El cultivo de células animales
8.8 La manipulación in vitro de las células animales
8.9 Las aplicaciones del cultivo in vitro de células de mamíferos
Tema IX. La tecnología del ADN
9.1 Las herramientas disponibles
9.2 La extracción del ADN
9.3 Las nucleasas y las enzimas de restricción
9.4 La electroforesis del ADN
9.5 Hibridización y sondas génicas
9.6 La técnica de Southern
9.7 La técnica de Fingerprint
9.8 La síntesis y amplificación del ADN
9.9 Síntesis de oligonucleótidos
9.10 Síntesis de ADNc
9.11 La reacción en cadena de la polimerasa
9.12 Los arrays o matrices
Tema X. La ingeniería genética
10.1 El nacimiento de la biotecnología moderna
10.2 Las primeras experiencias
10.3 Mitos y realidades
10.4 Las bibliotecas de genes
10.5 La construcción de un microorganismo recombinante
10.6 Obtener el gen
10.7 Transferir el gen
10.8 Identificar a los microorganismos o células "combinantes"
10.9 La construcción de plantas transgénicas
10.10 Transferencia de los genes a las células vegetales
10.11 El problema de los marcadores de selección
10.12 Células y animales transgénicos
10.13 La transferencia génica a células animales
10.14 Los animales transgénicos
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
5
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Tema XI. Aplicaciones de la Biotecnología II
11.1 Los organismos genéticamente modificados o transgénicos
11.2 Biotecnología y Nutrición
11.3 Utilización de la biotecnología para la salud
11.4 Plásticos biodegradables o bioplásticos
11.5 El Proyecto Genoma Humano
11.6 Las células madre
III. ACTIVIDADES PROPUESTAS PARA LAS BRIGADAS UDABOL
I. Tipo de asignatura
Apoyo
Resumen de los resultados del diagnóstico realizado para la
detección de los problemas a resolver en la comunidad
El consumo de proteínas de buena calidad nutricional se ha convertido
en una limitante en los barrios pobres debido al acceso económico
limitado en personas de estas zonas. La falta de proteínas de buena
calidad y cantidad trae consecuencias negativas en la salud de las
personas, que se manifiestan con el desarrollo de ciertas enfermedades
o predisponen a la aparición de éstas. Es en este sentido que se
propone una opción para enseñar a las personas a preparar en forma
casera un alimento que contiene proteínas de buena calidad nutricional y
muy asimilable por el organismo de niños y adultos, y que tiene un costo
económico al alcance éstas personas. A estas personas también se les
obsequiará un cultivo de microorganismos preparado en la universidad,
este servirá para preparar el yogurt y lo podrán conservar ya que se les
explicará la manera de conservarlo para no tener que hacer otra
adquisición.
Nombre del proyecto al que tributa la asignatura.
“Capacitación en la elaboración de un yogurt casero de bajo costo y fácil
proceso”.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
6
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
II.
Contribución de la asignatura al proyecto.
Participará todas las personas de la localidad de WARNES y también las
personas de las comunidades aledañas interesadas en el tema. Con
esto se pretende ayudar a mejorar el problema nutricional de bajo
consumo de proteínas que tiene las personas de escasos recursos de
esta zona, ya que se propone aplicar los conocimientos de biotecnología
para enseñar la preparación de un alimento de bajo costo económico y
con buena calidad nutricional.
III.
Actividades a realizar durante
implementación del proyecto.
Trabajo a realizar
por los estudiantes
Organización de
actividades del
proyecto.
Capacitación sobre
la preparación de
yogurt
Promoción de las
actividades de
capacitación por
alumnos del sexto
semestre de la
materia de
biotecnología.
Capacitación
práctica
Entrega de
resultados a la
UDABOL
Localidad,
aula o
laboratorio
Aula
“WARNES”
“WARNES”
UDABOL
D E
semestre
Incidencia social
Aula
U N I V E R S I D A D
el
la
Fecha
Mejora de la interrelación
de los alumnos.
07 y 10
de Mayo
Capacitación de los
alumnos del sexto
semestre.
Concientización sobre la
importancia de la buena
alimentación para prevenir
enfermedades y la facilidad
para preparar el “yogurt
casero”.
14 al 17
de Mayo
Las personas de bajos
recursos económicos
aprenderán a elaborar
yogur de bajo costo y se les
obsequiará cultivo
preparado en la UDABOL.
Conocer a cuantas
personas se logra
capacitar, cual fue la
aceptación de las personas.
24 de
Mayo
A Q U I N O
7
para
D E
B O L I V I A
24
deMayo
31 de
Mayo
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
IV.
ACTIVIDADES DE INCURSIÓN MASIVA EN LA COMUNIDAD
A lo largo del semestre se realizarán dos incursiones masivas en la
comunidad, con fechas a definir. Con la finalidad de realizar trabajos
ya sean de recojo de información, extensión o relacionada con los
proyectos a desarrollar en la asignatura o la carrera
IV. EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA
 PROCESUAL O FORMATIVA
Se realizarán por cada examen parcial 5 evaluaciones procesuales
ponderadas sobre 10 puntos cada una, entendiéndose por
evaluación procesual cualquier actividad realizada tanto en clase
práctica, como teórica o de aula abierta o brigada.
Las siguientes son actividades procesuales a ponderarse sobre 10
puntos cualesquiera:
 GIP´S o clases prácticas, cada una sobre 10 puntos, de los
cuales 4 corresponde a la asistencia puntual (se descontará
un punto por cada minuto de atraso máximo 20 minutos caso
contrario la actividad no tendrá nota) y 6 puntos a evaluarse
de acuerdo a los resultados presentados.
 Cuestionarios de Work Paper´s a realizarse de forma escrita
a mano con un mínimo de 10 páginas cada uno.
 Exámenes prácticos a ser tomado durante las evaluaciones
parciales de la materia.
 Realización de Brigada en aula abierta cumpliendo así con el
encargo social de la Carrera y la Universidad.
 Y otras actividades como exposiciones, trabajos prácticos y
de investigación, dinámicas, traducciones de casos clínicos y
otros.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
8
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA

DE RESULTADOS DE LOS PROCESOS DE APRENDIZAJE
O SUMATIVA (examen parcial o final)
 Se realizarán dos evaluaciones parciales y un examen final
con contenido teórico y/o práctico sobre 50 puntos cada uno.
V. BIBLIOGRAFÍA
- MUÑOZ de Malajovich María Antonia. Biotecnología. Edit. Univ.
Nacional del Quilmes. Argentina. 2.007.
- BOLÍVAR Z. Francisco. Fundamentos y casos exitosos de la
biotecnología moderna. 2ª Edición. México 2.007.
- JAGNOW-DAWID. Biotecnología: Introducción con experimentos
modelo.1ra Edición, Edt. Acribia S.A., Zaragoza-España 1.991.
- MUÑOZ de Malajovich María. Biotecnología y Vida Cotidiana.
ArgenBio. Argentina. 2.007.
- SOBERON Francisco. La ingeniería genética y la nueva biotecnología.
1ª Edición. Fondo de Cultura Económica. México 1.997.
- KREUZER H. ADN Recombinante y Biotecnología – Guía para
Estudiantes. 1a edición. Edit. Aula Magna. España. 2.004.
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
- SMITH John. Biotechnology. Fourth edition. Cambridge University
Press. U.K. 2.004.
- GUIDE TO BIOTECHNOLOGY 2.007. Biotechnology industry
organization.
- PROTOCOLO DE CARTAGENA SOBRE SEGURIDAD DE LA
BIOTECNOLOGÍA DEL CONVENIO SOBRE LA DIVERSIDAD
BIOLÓGICA. Montreal – Canadá 2.000.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
9
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
VI. PLAN CALENDARIO
SEMANA
ACTIVIDADES ACADÉMICAS
Avance de
Presentación de la
1ra.
materia
materia
Avance de
2da.
Tema 1
materia
Avance de
3ra.
Tema 2
materia
Avance de
4ta.
Tema 3
materia
Avance de
5ta.
Tema 4
materia
Avance de
6ta.
Tema 4
materia
Avance de
7ma.
Tema 5
materia
Avance de
8va.
Tema 5
materia
Avance de
9na.
Dinámica
materia
Avance de
10ma.
Exposición Tema 6
materia
Avance de
11ra.
Exposición Tema 6
materia
Avance de
12da.
Tema 7
materia
Avance de
13ra.
Tema 7
materia
Avance de
14ta.
Tema 8
materia
Avance de
15ta.
Tema 9
materia
Avance de
16ta.
Tema 10
materia
Avance de
17ma.
Exposición Tema 11
materia
18va.
19na.
20ma.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
10
D E
OBSERVACIONES
Primera Evaluación
Primera Evaluación
Segunda Evaluación
Segunda Evaluación
Evaluación final
Evaluación final
2ª Instancias
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
VII. WORKPAPER
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 1
TÍTULO: Los organismos genéticamente modificados o
transgénicos
FECHA DE ENTREGA: 5ª Semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 6ª semana
¿Qué son los organismos genéticamente modificados (OGM) o
transgénicos?
Los alimentos transgénicos de los que empezó a hablarse en los últimos
años, derivan de organismos transgénicos o genéticamente modificados.
Un organismo genéticamente modificado (OGM) es aquella planta,
animal, hongo o bacteria a la que se le ha agregado por ingeniería
genética uno o unos pocos genes con el fin de producir proteínas de
interés industrial o bien mejorar ciertos rasgos, como la resistencia a
plagas, la calidad nutricional, la tolerancia a heladas, entre otras
características.
Aunque comúnmente se habla de alimentos transgénicos para referirse
a aquellos que provienen de cultivos vegetales modificados
genéticamente, es importante recalcar que también se emplean enzimas
y aditivos obtenidos de microorganismos transgénicos en la elaboración
y procesamiento de muchos de los alimentos que ingerimos.
Los cultivos transgénicos
Una de las principales aplicaciones de la ingeniería genética en la
actualidad es incorporar nuevos genes a las plantas con el fin de mejorar
los cultivos. El empleo de la ingeniería genética o transgénesis en el
mejoramiento vegetal es lo que se denomina agrobiotecnología o
biotecnología vegetal. Sus objetivos consisten en aumentar la
productividad de los cultivos contribuyendo a una agricultura sustentable,
que utiliza los recursos respetando al medio ambiente y pensando en las
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
11
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
generaciones futuras. También la agrobiotecnología se propone mejorar
los alimentos que derivan de los cultivos vegetales, eliminando
sustancias tóxicas o alergénicas, modificando la proporción de sus
componentes para lograr alimentos más saludables o aumentando su
contenido nutricional. Otra aplicación de la biotecnología vegetal es el
empleo de las plantas como bioreactores o fábricas para la producción
de
medicamentos,
anticuerpos,
vacunas,
biopolímeros
y
biocombustibles.
Los animales transgénicos
Un animal transgénico es un animal genéticamente modificado, que
tiene un gen o grupo de genes que no le pertenecen con el fin de
producir algo de interés.
El genoma de los animales se puede modificar:
•
Insertando genes de la misma especie o de una especie diferente
(por ejemplo para que una vaca produzca en su leche la hormona de
crecimiento humana).
•
Alterando ciertos genes presentes en el animal de manera que
esta modificación se transmita a la descendencia. En general esta
estrategia se emplea para conocer la función de ese gen.
Los ratones fueron los primeros animales transgénicos que se
obtuvieron en la década del ’80, paralelamente con el advenimiento de la
ingeniería genética. El primer ratón transgénico, publicado en la revista
científica Nature en 1982, produce la hormona de crecimiento de rata por
lo cual se ve bastante más grande que el ratón que no la tiene. El ratón
transgénico produce mucha más hormona de crecimiento que el ratón
salvaje.
Este experimento constituyó una revolución porque mostraba que un gen
de una especie puede introducirse en otra especie diferente, integrarse
al genoma y expresarse.
Los ratones transgénicos se utilizan fundamentalmente:
•
Como herramientas de laboratorio para estudiar los genes, su
función y cómo se regula su expresión, si se cambia el lugar o el tiempo
de expresión de ese gen.
•
Como modelos de enfermedades para el desarrollo de drogas y
estrategias de tratamiento.
Otros animales transgénicos
Hoy es posible obtener otros animales transgénicos, además de
roedores. Los animales más grandes, como ovejas, cabras, cerdos y
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
12
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
vacas pueden modificarse genéticamente gracias al desarrollo de las
técnicas de clonación.
Los animales transgénicos se obtienen con los siguientes fines:
•
Ayudar a los investigadores a identificar, aislar y caracterizar los
genes y así entender cómo funcionan.
•
Como modelos de enfermedades que afectan al hombre y así
poder desarrollar nuevas drogas y nuevas estrategias de tratamiento.
•
Como fuente de tejidos y órganos para transplantes en humanos.
•
Para mejoramiento del ganado y otros animales de importancia
económica.
•
Para producir leche con mayor valor nutricional o que contenga
proteínas de importancia farmacéutica.
Tracy fue la primera oveja transgénica, y vivió entre 1991 y 1998.
Producía alfa-1-antitripsina en la leche que sirve para curar una
enfermedad.
Mansa es una ternera argentina que nació en 2002. Es la primera
ternera clonada y transgénica. Produce la hormona de crecimiento
humana en la leche. Mansa pertenece a una serie de experimentos que
realiza la empresa Biosidus y que empieza con Pampa en el año
anterior, la primera ternera clonada del mundo (no transgénica) que
demuestra que las vacas se pueden clonar y se pueden hacer
transgénicas. Pampa se hizo con una técnica similar a Dolly (la primera
oveja obtenida por clonación a partir de células somáticas adultas en
1997), pero en lugar de células de la ubre se utilizaron células fetales.
Luego sale Mansa, y sus hermanas que además son transgénicas.
La obtención de productos en la leche de animales transgénicos es
particularmente interesante para proteínas que se requieren en gran
cantidad o que son muy complejas. La producción en leche permite,
además, una purificación relativamente simple de la proteína de interés.
Recientemente se publicó en la revista Nature Biotechnology un artículo
que da cuenta de un nuevo OGM que está en proceso de desarrollo. Se
trata de vacas transgénicas que producirían más cantidad de la proteína
caseína en la leche. Esto permitiría fabricar más queso con el mismo
volumen de leche y más rápido porque el tiempo de coagulación sería
menor.
Microorganismos recombinantes
Los productos de la biotecnología se aplican hoy a un gran número de
industrias entre las que cabe mencionar no sólo la alimenticia, sino
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
13
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
también la farmacéutica, textil, del papel, de detergentes, etc. Antes del
advenimiento de la ingeniería genética ya se obtenían diversos
productos derivados de bacterias, levaduras y hongos filamentosos. La
incorporación de la ingeniería genética permitió optimizar la eficiencia del
proceso de producción y/o la calidad del producto. Por un lado, fue
posible modificar el control de vías metabólicas, por ejemplo para la
sobreproducción de algún producto y, por otro, permitió fabricar
proteínas bajo la forma de proteínas recombinantes.
Las ventajas que presenta la producción de una proteína bajo la forma
de proteína recombinante son:
•
Permite obtener a partir de un microorganismo, cultivo de células,
planta o animal una proteína completamente ajena, tal es el caso de la
producción de insulina en bacterias, anticuerpos humanos en plantas y
vacunas en levaduras.
•
Se obtienen grandes cantidades del producto, fácil de purificar y
más barato, en comparación con el purificado a partir de su fuente
natural (en el caso de la insulina, se obtenía a partir de páncreas de
animales).
•
Se obtienen productos libres de patógenos y otros riesgos
potenciales. Esto es particularmente importante en el caso de los
productos farmacéuticos, para evitar la transmisión de enfermedades.
•
Pueden producirse proteínas que no existen en la naturaleza, útiles
en el diagnóstico y tratamiento de algunas enfermedades.
Proteínas recombinantes empleadas en la industria farmacéutica y
en la industria alimenticia.
La industria farmacéutica ha optado por el camino de la ingeniería
genética o metodología del ADN recombinante. Mediante esta
metodología es posible obtener enormes cantidades de una proteína,
aislada de todos los componentes celulares del organismo de origen.
Esto se consigue por introducción y expresión del gen de interés en un
organismo hospedador fácil de cultivar. Este organismo se denomina
entonces “organismo genéticamente modificado” o “transgénico” y la
proteína obtenida, “proteína recombinante”. Actualmente los organismos
empleados con este fin son microorganismos (bacterias y levaduras) y
células de mamífero cultivadas in vitro, pero también es posible fabricar
proteínas recombinantes en plantas y en la leche de animales como
vacas y cabras.
La primera proteína recombinante aprobada como medicamento fue la
insulina, en 1982, para el tratamiento de pacientes con diabetes melitus.
Hasta ese entonces los pacientes debían inyectarse insulina extraída del
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
14
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
páncreas de vacas o cerdos; hoy varios laboratorios farmacéuticos
producen insulina humana, tanto a partir de bacterias como a partir de
levaduras, y sin ningún riesgo para la salud. Los antígenos y los
anticuerpos también pueden producirse como proteínas recombinantes,
y son empleados en la confección de kits o sistemas de diagnóstico de
diversas enfermedades.
La tabla muestra la gran cantidad de proteínas recombinantes que hoy
se comercializan y emplean como fármacos en humanos.
PRODUCTO
Factores
coagulación
Insulina
Hormona
crecimiento
Eritropoyetina
(EPO)
Interferón alfa
INDICACIÓN
TERAPÉUTICA
de Hemofilia
Diabetes mellitus
de Deficiencia
de
hormona en niños
Anemia
la
Hepatitis B y C,
cáncer
Vacuna
anti- Inmunización contra
hepatitis B
hepatitis B
Anticuerpos
Asma,
artritis
monoclonales
reumatoidea
recombinantes
Proteína C
Sepsis severa
BetaEnfermedad
de
glucocerebrosidasa Gaucher
DNAsa
Fibrosis quística
La siguiente tabla resume algunas enzimas producidas como proteínas
recombinantes en bacterias y en hongos genéticamente modificados, y
que actualmente se usan en la industria alimenticia:
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
15
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
ENZIMAS
APLICACIÓN
(elaboración de....)
Alfa-amilasa
Pan, bebidas, almidón
Aminopepetidasa Queso, lácteos, sabores
Fosfolipasa
Pan, grasas
Glucosa
Almidón
isomerasa
Hemicelulosa
Pan, almidón
Lactasa
Lácteos
Lipasa
Grasas,
quesos,
sabores, pan
Pectinasa
Bebidas, derivados de
frutas
Proteasa
Queso, pan, bebidas,
derivados de carne y
pescado
Quimosina
Queso
Xilanasa
Bebidas, almidón, pan
CUESTIONARIO
1.
¿Qué es un OGM?
2.
¿Qué relación hay entre un OGM y un alimento transgénico?
3.
¿Cuáles son las principales aplicaciones de la agrobiotecnología
en la actualidad?
4.
El primer animal transgénico fue obtenido en 1982. ¿Qué
característica se le incorporó y cuál fue el organismo dador del nuevo
gen?
5.
¿Cuál es la característica que le fue incorporada a Mansa, la
ternera argentina que nació en 2002?
6.
¿A qué se denomina microorganismo recombinante?
7.
¿Qué particularidad tienen las proteínas recombinantes en cuanto
a su estructura? ¿Qué ventajas ofrece su producción?
8.
Enumerar tres ejemplos de proteínas recombinantes empeladas en
la industria farmacéutica y tres de la industria alimenticia.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
16
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
ROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 2
TÍTULO: Biotecnología y Nutrición
FECHA DE ENTREGA: 5ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓ: 6ª semana
El hombre y su alimentación
Todos los seres vivos dependen para su subsistencia del entorno con el
cual intercambian materia y energía. La energía es necesaria para
cumplir con sus funciones cotidianas, y las sustancias aportan el material
de construcción del cuerpo, le permiten crecer, reparar tejidos y
reproducirse. Entre las sustancias que conforman a los seres vivos, se
pueden identificar cuatro grupos de biomoléculas complejas
denominadas también compuestos del carbono o sustancias orgánicas:
proteínas, lípidos, glúcidos y ácidos nucleicos. A diferencia de los
organismos autótrofos, que elaboran dentro de su cuerpo estas
sustancias complejas a partir de sustancias simples que incorporan del
entorno, los organismos heterótrofos (entre ellos el ser humano)
obtienen estas sustancias complejas "ya listas" a partir de los alimentos.
Estos alimentos provienen de vegetales y/o de otros animales. Este
hecho no es arbitrario: los vegetales y los animales están compuestos
por el mismo tipo de sustancias, por lo cual resultarán nutritivas para el
comensal. Es decir, le aportarán las sustancias y la energía que su
organismo requiere. Por lo tanto, una de las actividades que, desde
siempre, ocupó un lugar preponderante en la vida de la especie humana,
al igual que en la del resto de las especies, es la procuración de
alimentos. La dieta y la salud -que se halla íntimamente vinculada a la
nutrición-, son dos de los factores que determinan la supervivencia de
los individuos y su reproducción y, en consecuencia, las fluctuaciones en
el crecimiento de las poblaciones humanas a lo largo del tiempo.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
17
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Algo de historia
Desde siempre y hasta el día de hoy, a través de sus actividades, el
hombre ejerce gran influencia sobre el medio ambiente que le da
sustento. En algunos casos, esa influencia es positiva y mejora sus
condiciones de vida, pero en otros las perjudican. La revolución agrícola
comenzó hace 10.000 años. Varios grupos sociales pequeños dejaron
de ser cazadores-recolectores, pasaron a ser productores de alimentos,
y empezaron a tener cierto control sobre su medio ambiente. La
agricultura y la domesticación de animales permitieron un mayor
abastecimiento de alimentos mediante una actividad potencialmente más
segura que la caza, que posibilitaba además el almacenamiento de
excedentes de alimentos para épocas de escasez. El hombre buscó la
manera de mejorar sus cultivos para obtener plantas más nutritivas, con
mejor sabor, textura y resistencia a las enfermedades. Esto mejoró la
supervivencia y produjo un crecimiento rápido de la población. Sin
embargo, el aumento de la densidad poblacional sumado a un uso
intensivo del suelo y la deforestación que causó déficit de combustible utilizado para cocinar y calentarse-, produjeron sucesivas crisis en el
abastecimiento que obligaron al desarrollo de nuevas técnicas agrícolas.
Hacia el año 1.000 de esta era se produjo una nueva revolución agrícola
signada por un perfeccionamiento de los métodos de labranza, el
desarrollo del arado, el abono de la tierra, la mejora de las variedades
vegetales cultivables, la construcción de canales de riego y la rotación
de cultivos, permitió un aumento de la productividad y una fuerte
expansión demográfica.
Desde la revolución agrícola se produjeron grandes cambios en las
actividades humanas, como el desarrollo de la industria (Revolución
industrial en el siglo XVIII), del comercio, de las comunicaciones y del
transporte. Desde la culminación de la Segunda Guerra Mundial (1945),
con el crecimiento de la población, la extensión de la producción
industrial y el uso masivo de tecnologías, se produjo una aceleración en
el ritmo de deterioro del ambiente, asociado a problemas económicos y
sociales. En ese momento comenzó a crecer la preocupación por el
agotamiento de las reservas de petróleo que se había convertido en la
principal fuente de energía, y que se creía inagotable, y se impulsó el
desarrollo de energías basadas en recursos naturales renovables, como
la luz solar, las mareas, los alcoholes. También se inició la revolución
científico-tecnológica que impulsa la utilización de la energía nuclear, la
bioenergía, y los desarrollos biotecnológicos a través de los cuales el
hombre aprovecha organismos en la industria, en la alimentación y la
salud.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
18
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Hoy en día, la búsqueda por conseguir mejores alimentos continúa, y en
las últimas décadas se han desarrollado nuevas herramientas, más
sofisticadas y precisas, que han establecido nuevas formas de
elaboración y comercialización de los productos alimenticios.
La biotecnología y el mejoramiento de los alimentos
La modificación genética para el mejoramiento de los cultivos no es un
hecho nuevo. Los agricultores vienen realizando cruces e hibridación de
plantas por generaciones con el fin de identificar las mejores
características en un cultivo y favorecer su aparición en las siguientes
generaciones, aún sin saber cuáles son los genes involucrados. Del
mismo modo, la mutagénesis que provoca cambios azarosos en el
material genético, da la posibilidad de generar una gran variabilidad
sobre un determinado genoma (con sus consecuentes efectos no
intencionales).
La modificación genética moderna, a través de las técnicas que emplea
la biotecnología, brinda a este proceso mayor direccionalidad y
precisión. Esto se debe a que la nueva característica se logra
transfiriendo uno o unos pocos genes asociados con la característica de
interés mediante técnicas de ingeniería genética, haciendo que el
mejoramiento sea dirigido, y no al azar como en el mejoramiento
tradicional. El organismo resultante se denomina OGM (organismo
genéticamente modificado) o transgénico.
La introducción de estas nuevas características en los cultivos, proveen
a los agricultores e investigadores las herramientas más avanzadas en
la búsqueda de mejores alimentos.
Mediante la biotecnología de alimentos, los investigadores están
desarrollando cultivos que requieren menos superficie de cultivo, así
como plantas más rústicas que pueden resistir condiciones climáticas
adversas tales como calor y sequía.
Próximamente, los cultivos tendrán nuevas características que les
conferirán mayor valor nutricional, como es el caso del “arroz dorado”
que, al contener beta-caroteno (precursor de la vitamina A),
contrarrestará la deficiencia de la misma, que es la causa principal de
ceguera en niños de países en vías de desarrollo. Recientemente se ha
conseguido un nuevo evento transgénico llamado “Arroz Dorado II” que
añade otro gen de maíz a los genes ya insertados al “arroz dorado
original”. Este nuevo desarrollo contiene 23 veces más vitamina A que el
original, y constituye una herramienta muy importante para la lucha
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
19
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
contra la desnutrición, que se debe combinar con el uso de
complementos alimentarios y otras medidas.
Muchos son los avances que se están realizando en el área de
biotecnología en alimentos y todos apuntan a brindar al consumidor
alimentos beneficiosos para la salud y la nutrición.
En un futuro no muy lejano, podremos contar con granos, frutas y
vegetales que contengan más nutrientes, tales como proteínas,
vitaminas y minerales; frutillas con más y mejores nutrientes; maní sin
alérgenos; tomates con antioxidantes naturales, entre otros.
Algunos desarrollos biotecnológicos
La biotecnología permite mejorar las propiedades nutritivas de los
alimentos y también otras características de interés, como su sabor, su
calidad nutricional, su digestibilidad o su aspecto. Gran parte de estos
productos aún están en etapa de desarrollo y no están disponibles aún
en el mercado. Entre muchas investigaciones, los científicos están
desarrollando:
• Papas con más carotenoides
Investigadores escoceses desarrollaron plantas de papa, transformadas
genéticamente para producir niveles más altos de carotenoides. Los
carotenoides son pigmentos que les otorgan a las frutas y hortalizas,
como la zanahoria, el tomate, los cítricos y los pimientos, sus
característicos colores rojo, amarillo y naranja. Además, se cree que
estos pigmentos protegerían contra el cáncer, las enfermedades
cardíacas y el deterioro de la visión. Los investigadores introdujeron en
las plantas de papa el gen bacteriano que codifica para la enzima
fitoeno-sintasa responsable de la síntesis de fitoeno, precursor de los
carotenoides, junto con los elementos genéticos necesarios para
producir la enzima en los tubérculos. Los ensayos demostraron que los
tubérculos de las plantas transformadas efectivamente contenían altos
niveles de carotenoides. Este trabajo es importante ya que la papa es la
cuarta fuente de calorías en el mundo, y toda mejora nutricional que se
haga en los tubérculos tiene un beneficio potencial enorme.
• Plantas que producen omega-3 en el grano
El ADH (ácido docosahexanoico) es un ácido graso tipo omega-3. Se
sabe que está involucrado en el desarrollo del cerebro y de la visión, y
es reconocido por disminuir el riesgo coronario, de diabetes tipo 2, de la
enfermedad de Alzheimer y del asma. Aunque es vital para la salud, el
cuerpo humano no fabrica estas sustancias por lo cual deben
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
20
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
incorporarse con los alimentos. El ADH, así como otros ácidos grasos
omega-3, son fabricados por algas microscópicas, y pasan a través de la
cadena alimentaria a los peces, que se convierten en la única fuente
disponible de omega-3. Con el fin de aumentar las fuentes disponibles
de ácidos omega-3, investigadores australianos desarrollaron plantas
superiores que pueden fabricar ADH al incorporarle los genes que
intervienen en el proceso de su síntesis. Conseguir que las plantas
produzcan ADH en sus semillas es un paso importante hacia el
mejoramiento nutricional, ya que se le da la oportunidad al agricultor de
sembrar cultivos con un mayor valor agregado, reduciendo a su vez la
presión sobre los recursos pesqueros, castigados en algunas regiones
del mundo.
• Tomates dos en uno
El tomate es la principal fuente de carotenoides y flavonoides, ambos
beneficiosos para la salud humana. Algunos grupos de investigación ya
habían obtenido tomates transgénicos con mayores contenidos de
carotenoides o flavonoides, pero nunca de ambos al mismo tiempo. Un
grupo de investigadores de Europa y Estado Unidos consiguieron
incrementar el valor nutricional del tomate silenciando la actividad de un
gen (el gen “deja de funcionar”) que regula el desarrollo de los frutos.
Según el análisis de las plantas transgénicas, al lograr que el gen
permaneciera silenciado en los frutos, tanto los carotenoides como los
flavonoides aumentaron en forma significativa, sin alterar otros
parámetros relacionados con la calidad del fruto.
• Sorgo más nutritivo
El sorgo es un cultivo adaptado a las condiciones semiáridas de
Sudáfrica, donde otros cultivos, como el maíz, no pueden crecer. Pero el
sorgo no contiene naturalmente suficiente cantidad de nutrientes, y las
personas que lo usan como dieta primaria pueden sufrir carencia de
micronutrientes.
Un proyecto que involucra a varios laboratorios de investigación de
Sudáfrica tiene como objetivo producir semillas de sorgo mejoradas por
ingeniería genética para aumentar su nivel nutricional y aptas para ser
sembradas por los pequeños productores sudafricanos. Este “súpersorgo” tendrá niveles mayores de pro-vitamina A y E, hierro, zinc, así
como aminoácidos esenciales (que el organismo no puede fabricar).
Según los productores, contar con cultivos transgénicos de este tipo
ayudarán a mejorar las condiciones nutricionales en África y es por eso
que ven necesario el desarrollo de nuevos cultivos transgénicos, más
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
21
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
nutritivos y capaces de tolerar las condiciones climáticas extremas de
esa región.
• Papas con más almidón
En los últimos años los consumidores, preocupados por su salud, están
dejando de ingerir papas fritas. Esto impulsó a los productores a buscar
alternativas. Una buena solución la ofrecen las papas genéticamente
modificadas desarrolladas para absorber menos aceite. Científicos de la
Universidad de California, desarrollaron papas con más almidón
mediante la transferencia de un gen que mejora la conversión de
azúcares en almidón. Estas papas transgénicas contienen dos tercios
más de almidón que las papas comunes, y de esta manera se doran sin
la necesidad de absorber tanta cantidad de aceite. Esta tecnología
también reduce los costos de producción y podría emplearse además
para obtener papas fritas tipo “snacks” con menos contenido de calorías.
• Aceites más saludables
Se está empleando la biotecnología para mejorar la calidad de los
aceites que se usan en la cocina. Un grupo de la Universidad de
Nebraska desarrolló una soja más rica en ácidos grasos
monoinsaturados, considerados más saludables porque resultan
estables cuando se cocinan a altas temperaturas, y no requieren de la
hidrogenación para estabilizarlos. La hidrogenación es el proceso por el
cual se agregan átomos de hidrógeno a los ácidos grasos para prevenir
que el aceite se ponga rancio y para que sea más estable a temperatura
ambiente. A su vez, la hidrogenación genera ácidos grasos trans,
considerados dañinos para la salud porque aumentan los niveles del
colesterol “malo” y disminuyen el “bueno”.
• Maíz mejorado para la alimentación humana y animal
En Estados Unidos, casi el 65% del maíz es empleado para alimentación
de ganado destinado a la producción de carne. Se está desarrollando
maíz con doble cantidad de contenido proteico en sus granos, lo que
agrega calidad nutricional tanto para las personas como para los
animales. La tecnología también duplica el contenido de aceite, el
componente más valioso del grano. Esta investigación es importante ya
que casi 800 millones de personas en el mundo sufren malnutrición por
baja ingesta de proteínas, la principal causa de muerte en los niños de
países en desarrollo, muchos de los cuales producen maíz como único
cereal. Una fracción importante de la población mundial no tiene acceso
a la carne como fuente de proteínas, y basan su dieta en cultivos
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
22
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
vegetales. El maíz que se desarrolló podría emplearse como una buena
fuente de proteínas.
• Maní con alto contenido de beta -carotenos
El proyecto para aumentar la cantidad de beta-caroteno en el maní es
parte de un programa internacional que tiene como objetivo la
biofortificación de los cultivos para combatir la desnutrición por
deficiencia de nutrientes como el zinc, el hierro y la vitamina A. Se están
empleando técnicas de ingeniería genética para obtener maní
transgénico con altos niveles de beta-carotenos (precursor de la vitamina
A). La mayoría de las personas desnutridas viven en las regiones
tropicales semi-áridas y esta variedad de maní puede cultivarse en India.
Los investigadores también creen que esta nueva variedad de maní
transgénico podría servir de base para la incorporación posterior de
otras características, como resistencia a enfermedades y tolerancia a
estreses abióticos, para aumentar también la productividad del cultivo en
la región.
“No podemos dar marcha atrás al reloj en el caso de la agricultura y
utilizar sólo métodos que fueron desarrollados para alimentar a una
población mucho más reducida. Hemos necesitado unos 10.000 años
para alcanzar el nivel actual de producción de alimentos, cercano a los 5
mil millones de toneladas anuales. Hacia el año 2025 la producción
actual tendrá que haberse duplicado nuevamente. Este objetivo no podrá
cumplirse a menos que los agricultores de todo el mundo tengan acceso
a los métodos de cultivo de alto rendimiento actuales, así como a las
innovaciones biotecnológicas que pueden aumentar todavía más el
rendimiento, la disponibilidad y la calidad nutritiva de nuestros cultivos
básicos. El sentido común tiene que imperar en el debate sobre ciencia y
tecnología agrarias, ¡y cuánto antes, mejor!”.
Premio Nobel de la Paz (1970) Norman E. Borlaug
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
23
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
CUESTIONARIO
Se propone completar el siguiente crucigrama teniendo en cuenta los
temas abordados en la sección teórica y las definiciones que se detallan
a continuación:
1) _ _ N _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
2) _ U _ _ _ _ _ _ _ _
3)
T______
4) _ R _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
5) _ I _ _ _ _ _ _ _
6) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _C_
7) _ _ _ _ _ _ _ _I_ _ _
8) _ O _ _ _ _
9) _ _ N
1)Tipos de ácidos grasos más sanos que contiene la soja transgénica.
2)Conjunto que comprende a las proteínas, carbohidratos, lípidos,
aminoácidos, ácidos grasos, minerales, vitaminas.
3)Cultivo transgénico que contiene mayores cantidades de carotenoides
o flavonoides.
4)Alimentos que son elaborados utilizando, en algún paso de sus
producciones, técnicas de ingeniería genética.
5)Nutriente cuya deficiencia es la causa principal de ceguera en niños de
países en vías de desarrollo.
6)Conjunto de técnicas moleculares que consisten en el corte y pegado
de genes
7)Tipo de pigmento que les otorga color a las frutas y hortalizas y que se
les ha agregado a papas y tomates transgénicos.
8)Nombre del arroz transgénico que contiene beta- carotenos
9)Fragmento de ADN que codifica para la síntesis de una proteína, que
determina una característica del organismo y que se le agrega a un
organismo transgénico.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
24
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 3
TÍTULO: Utilización de la biotecnología para la salud
FECHA DE ENTREGA: 5ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 6ª semana
La salud y la enfermedad en la historia
Desde tiempos remotos, el hombre sueña con derrotar enfermedades y,
así, prolongar su vida. Los métodos para lograrlo fueron variando en
diferentes épocas y culturas de acuerdo con las creencias y los
conocimientos del momento acerca del cuerpo humano y de su
funcionamiento. Los pueblos de la Antigüedad le atribuían a las
enfermedades un origen sobrenatural. Por lo tanto, también la curación
tenía un carácter mágico y debían realizarla magos, hechiceros o
sacerdotes (aún hoy en pueblos aborígenes se mantienen estas
prácticas). En la Grecia del siglo V a. C. surgió una escuela de medicina,
encabezada por Hipócrates, que comenzó a concebir el origen natural
de las enfermedades. La tarea del médico consistía en ordenar reposo al
paciente, procurar que estuviese limpio, hacerlo respirar aire puro e
ingerir una dieta simple y sana.
A partir de entonces, el estudio del cuerpo humano despertó interés y
curiosidad. Ya en el Renacimiento (siglos XV a XVII) se concluyó que la
única forma de aprender acerca del cuerpo humano era a través de la
observación y la experimentación. La invención del microscopio óptico,
en el siglo XVII, permitió descubrir la presencia de los microorganismos y
posteriormente se los reconoció como causantes de enfermedades. En
el siglo XVIII el doctor inglés Edward Jenner dio el primer paso en el
desarrollo de las vacunas (término que deriva de “vaca”) al experimentar
en un niño un método preventivo contra la viruela que en esos tiempos
diezmaba a la población. Esto culminó en 1980 con la erradicación en el
mundo de la viruela, y con el desarrollo de numerosas vacunas para
prevenir enfermedades.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
25
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
A partir del siglo XIX y hasta la actualidad, la ciencia y la tecnología
avanzaron aceleradamente. Esto ha permitido conocer detalles de la
estructura y del funcionamiento del cuerpo humano, identificar las
causas de muchas enfermedades y encontrar la forma de prevenirlas, de
curarlas o tratarlas. Uno de los hitos de la medicina fue el
descubrimiento de la penicilina en el siglo XX por Alexander Fleming, el
antibiótico más usado actualmente en el mundo que logró curar las
infecciones y salvó innumerables vidas. A partir de este descubrimiento,
se desarrollaron muchos otros antibióticos (ver Cuaderno Nº 51).
Durante las últimas décadas con el advenimiento de la biotecnología
moderna, el conocimiento de la estructura y el funcionamiento del ADN,
se están desarrollando nuevas técnicas para diagnosticar, prevenir,
tratar y curar enfermedades. El estudio del genoma humano (ver
Cuaderno Nº 55) permitirá acelerar la identificación de aquellos genes
causantes de enfermedades, y aportará valiosa información a las
investigaciones científicas en el área de la salud. La biotecnología
proporciona un amplio rango de usos potenciales en animales y
humanos.
Biotecnología y salud: presente y futuro
Cada individuo posee una "receta" única de ADN que lo identifica,
determina sus características y funciones. Es decir que los individuos de
cualquier especie, cruce o línea híbrida pueden ser identificados por
pequeñas diferencias en su secuencia de ADN (se podría detectar una
diferencia de una letra en un millón). Pero, esto requiere de técnicas
moleculares que permitan el estudio detallado del ADN.
Existe un gran número de técnicas moleculares, llamados marcadores
moleculares, que permiten estudiar directamente segmentos de ADN de
los individuos, para así obtener su ADN 'fingerprints', en otras palabras,
conocer su identidad molecular o “huellas dactilares de ADN”. Esta
“huella dactilar” puede ser usada para determinar las relaciones de
paternidad o parentesco, para analizar a los donantes y receptores de
órganos en programas de transplante, unir sospechosos con la evidencia
de ADN en la escena del crimen (ver Cuaderno Nº 69), o servir como
indicativo de pedigree para mejoramiento en semillas y ganado.
Existen muchas otras aplicaciones de las herramientas biotecnológicas
en el área de la medicina y la salud, como se detalla a continuación:
• Diagnóstico de enfermedades
El desarrollo de técnicas para el diagnóstico de enfermedades
infecciosas o hereditarias es una de las aplicaciones de mayor impacto
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
26
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
de la tecnología del ADN. Al utilizar las técnicas de secuenciación de
ADN y de PCR (“Reacción en Cadena de la Polimerasa” que permite
tener una gran cantidad de copias de un segmento de ADN
determinado) los científicos pueden diagnosticar infecciones virales,
bacterianas o fúngicas. La tuberculosis, el SIDA y muchas otras
enfermedades infecciosas, son diagnosticadas mediante técnicas de
PCR (ver Cuaderno Nº 67) en forma más sencilla y rápida que por los
métodos tradicionales, permitiendo la intervención y tratamientos más
tempranos.
Las enfermedades hereditarias son aquellas ligadas a la herencia
genética. Actualmente se conocen las alteraciones genéticas que
originan muchas enfermedades hereditarias y por lo tanto es posible no
sólo explicarlas sino también diagnosticarlas y controlar a los portadores
de esos genes para posibilitar su diagnóstico precoz y evitar el desarrollo
de la enfermedad. En las familias en las que se conoce que el riesgo de
transmitir una enfermedad hereditaria es alto, el análisis genético de los
futuros padres así como el diagnóstico prenatal son de un gran valor
para poder anticiparse al problema.
Además de la técnica de PCR, se utilizan otros métodos diagnósticos de
enfermedades, como los anticuerpos monoclonales, los chips de ADN y
los biosensores (ver Cuaderno Nº 68 y Nº69).
• Producción de proteínas recombinantes:
La recombinación de genes humanos en el ADN de bacterias es una de
las posibilidades más importantes que ofrece la biotecnología. Esta
técnica posibilita obtener proteínas humanas con fines terapéuticos en
sistemas de crecimiento rápido. El ejemplo más conocido es la obtención
de insulina humana a partir de la inserción del gen que la produce en
plásmidos de la bacteria Escherichia coli. Esta técnica es de gran valor
porque las bacterias, al duplicar su número cada 20 minutos, producen
en poco tiempo muchas copias del gen humano inserto en su ADN y en
consecuencia, grandes cantidades de proteínas recombinantes (ver
Cuaderno Nº 49).
Actualmente, los fármacos provenientes de organismos recombinantes
se
producen
básicamente
en
tres
sistemas:
bacterias
(fundamentalmente E. Coli), en levaduras, y en células de mamífero (en
placas de laboratorio). Entre muchos ejemplos, se pueden nombrar:
•
Los factores de coagulación VIII, IX y VIIa, indicados en el
tratamiento de algunos tipos de hemofilia, producidos en cultivo de
células de mamífero.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
27
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
•
Algunas hormonas, como la folículo estimulante, tirotrofina,
gonadotrofina coriónica (en células de mamífero), insulina, hormona de
crecimiento, paratifoidea (en E. coli) y glucagon e insulina (en
levaduras).
•
Anticoagulantes como la irudina y activadores del plasminógeno
tisular (en los tres sistemas).
•
Factores hematopoyéticos como el interferón alfa y gamma,
producidos en E. coli.
•
Anticuerpos monoclonales Anti-IgE , Anti-TNF y Anti-IL2,
producidos en cultivo de células de mamífero.
Si bien, hasta el momento, estas proteínas recombinantes son
producidas solamente en estos tres sistemas, con el advenimiento de las
técnicas de ingeniería genética que permitieron obtener animales y
plantas transgénicos surgió también la posibilidad de utilizar a éstos
como productores de proteínas recombinantes de interés farmacológico.
Es decir, producir estas proteínas recombinantes en animales o plantas
en vez de en biorreactores o fermentadores industriales en donde crecen
las bacterias.
La estrategia de utilizar animales de granja (ovejas, vacas, cerdos,
cabras, gallinas, conejos, etc.) como fábricas de productos
farmacológicos recombinantes se denomina “Granja farmacológica”.
Como ejemplo de una proteína producida en un animal transgénico se
puede nombrar a la hormona de crecimiento humano para tratar casos
de enanismo. Esta hormona es producida por la primera vaca
transgénica, llamada Pampa Mansa, y es un desarrollo de
investigadores argentinos. Pampa Mansa, que nació en 2002, es
transgénica y clonada y produce en su leche la hormona de crecimiento
humano. Estudios que le fueron realizados en Octubre de 2003,
demostraron que comenzó a dar leche con buenos niveles de hormona
de crecimiento (ver Cuadernos Nº 9, Nº 47 y Nº 49).
• Producción de antibióticos
Los antibióticos son moléculas con actividad antimicrobiana (inhiben el
crecimiento de otros microorganismos). Originalmente, los antibióticos
para uso humano se obtenían como parte del metabolismo de hongos y
bacterias, por lo que se consideran la primera aplicación de la
biotecnología a la industria farmacéutica. Hoy en día, muchos de ellos se
fabrican de manera sintética en laboratorios farmacéuticos, imitando la
receta del producto natural.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
28
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Actualmente, los laboratorios farmacéuticos dedican tiempo y dinero a la
búsqueda de nuevos antibióticos ya que muchos que fueron alguna vez
altamente efectivos han perdido utilidad frente a los organismos
patógenos, debido a que los microorganismos desarrollan resistencia
frente a antibióticos que en el pasado les resultaban letales.
Al ser los antibióticos productos del metabolismo secundario, suelen
generarse naturalmente en concentraciones muy bajas. Es por eso que
una vez elegidas las bacterias productoras, y utilizando técnicas de
ingeniería genética, se busca la manera de mejorarlas en el laboratorio
para transformarlas en “superproductoras”.
Por ejemplo, se puede aumentar el número de copias de los genes que
codifican para las enzimas que intervienen en la producción del
antibiótico. De esta forma se fabricará, a partir de una misma célula, más
cantidad del producto final.
También, una vez conocidas las enzimas que participan en la síntesis
del antibiótico, la ingeniería genética permite transferir estos genes a
organismos más fáciles de crecer y manipular en el laboratorio, como
Escherichia coli, para que éstos produzcan el antibiótico deseado en
forma más rápida (ver Cuaderno Nº 51)
• Producción de vacunas recombinantes
Las vacunas constituyen un método preventivo, mediante el cual el
individuo adquiere inmunidad permanente contra algún agente patógeno
específico.
Tradicionalmente, las vacunas son preparadas a base del agente que
causa la enfermedad, pero en un estado no patogénico. Estas vacunas,
si bien son muy eficaces, presentan algunas dificultades ya que no todos
los microorganismos se pueden cultivar en el laboratorio, la producción a
menudo es cara, se requieren medidas muy estrictas para asegurar la
completa inactivación o la atenuación adecuada de la cepa.
Es por eso que, desde principios de la década de 1980, se están
desarrollando nuevas vacunas que, posiblemente, reemplazarán en un
futuro a las vacunas tradicionales. Estas nuevas vacunas son producidas
por ingeniería genética, basadas en la molécula de ADN y en las
secuencias de aminoácidos que contienen la información genética con la
cual el organismo patógeno produce la enfermedad. Las investigaciones
se centran en mejorar las vacunas ya existentes para lograr respuestas
inmunitarias más eficaces, buscar nuevas vías de administración, y unir
varias vacunas en una única aplicación para reducir el número de
inyecciones.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
29
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
El primer exponente de vacunas recombinantes comercializada fue la
vacuna contra la hepatitis B y en la actualidad se están desarrollando
investigaciones en vacunas contra el virus del HPV (virus papiloma
humano que genera verrugas genitales), la malaria (enfermedad que
mata a casi 3 millones de personas por año), el citomegalovirus (que
provoca un síndrome similar a la mononucleosis), la shigella (provoca
diarrea), el herpes y enfermedades parasitarias como la toxoplasmosis.
También se están probando vacunas contra el HIV (virus que causa el
sida), y contra el cólera o el dengue, y varios tipos de cáncer.
Además del desarrollo de nuevas vacunas, se están estudiando otras
vías de administración de las vacunas, como la nasal (a través de las
mucosas) o intradérmicas (en la piel, aunque sin pinchazo). Otra opción
de administración de vacunas muy interesante la constituyen aquellas
que podrían ingerirse con los alimentos o “vacunas comestibles” (ver
Cuaderno Nº 71 y Nº 74). El objetivo de estas investigaciones es
desarrollar, mediante ingeniería genética, frutas o productos lácteos que
sean iguales a los productos que se consumen habitualmente excepto
por una única diferencia: la presencia de una proteína capaz de iniciar la
respuesta inmune en el organismo. De esta forma, cuando el alimento es
ingerido, se confiere inmunidad contra determinados agentes patógenos
específicos. Así, estos alimentos pueden emplearse como vacunas
comestibles para seres humanos y animales. Se espera que dentro de
un tiempo las papas, los tomates, las bananas, la lechuga y la espinaca
puedan prevenir enfermedades como la diarrea infantil, la hepatitis B y
E, el SIDA, la rabia y la fiebre aftosa, entre otras. Por el momento, la
mayoría de las vacunas comestibles se encuentran en proceso de
desarrollo y evaluación, por lo que se deberá esperar un tiempo para
que estos productos se encuentren disponibles en el mercado.
CUESTIONARIO
1.¿Cómo fue variando a lo largo del tiempo la relación entre el hombre y
su salud?
2.¿Qué relación hay entre el desarrollo de la biología molecular, el
estudio del genoma humano y las investigaciones en el área de la salud?
3.¿Qué significa “ADN fingerprints” y cómo se relaciona con las huellas
dactilares que habitualmente se emplean para reconocer a un individuo?
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
30
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
4.¿Qué es la PCR y cómo se utiliza en el diagnóstico de enfermedades?
5.¿Cuáles son los sistemas en los que se producen actualmente las
proteínas recombinantes? Dar algunos ejemplos de proteínas
recombinantes producidas en estos sistemas.
6.¿A qué se llama “Granja farmacológica”?
7.¿Qué es un antibiótico y que aporta la biotecnología a su desarrollo?
8.¿Qué es una vacuna? ¿Cuál es la diferencia entre las vacunas
tradicionales y las recombinantes?
9.¿Qué es una vacuna comestible?
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
31
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 4
TÍTULO : Plásticos biodegradables o bioplásticos
FECHA DE ENTREGA: 15ª semana.
PERÍODO DE EVALUACIÓN; 16ª semana
Los plásticos en la vida cotidiana
En la actualidad resultaría difícil prescindir de los plásticos, no solo por
su utilidad sino también por la importancia económica que tienen estos
materiales. Esto se refleja en los índices de crecimiento de esta industria
que, desde principios del siglo pasado, supera a casi todas las demás
actividades industriales y grupos de materiales. Los plásticos son
baratos y parecen durar indefinidamente. Están presentes en los
productos envasados, en el transporte, en los edificios, en el
equipamiento deportivo y en la tecnología médica, entre otras áreas.
Los plásticos son sustancias orgánicas que se obtienen mediante
reacciones químicas entre diferentes materias primas de origen sintético
o natural y que pueden ser moldeados o procesados en una gran
variedad de formas, aplicando calor y presión. En la actualidad se
producen más de 700 tipos de plásticos, entre ellos, poliestireno, nylon,
poliuretano, policloruro de vinilo (PVC), baquelita, siliconas, resinas
epoxi, y poliamidas. Se dice que son polímeros (del latín “poli = muchas”
y “meros = partes”) porque están formados por largas cadenas de
moléculas (monómeros) unidas entre sí que contienen en su estructura
principalmente carbono e hidrógeno. Los polímeros pueden ser naturales
o sintéticos.
Se debe distinguir entre los plásticos naturales que son biodegradables,
es decir que se descomponen en sustancias simples como dióxido de
carbono y agua por la acción de los microorganismos descomponedores
que se alimentan de ellos, y los meramente biodestructibles. Estos
últimos están constituidos por polímeros sintéticos, derivados del
petróleo que se procesan en refinerías, e incluyen mezclas de almidón.
En este caso, lo único que se degrada en el medio ambiente es su
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
32
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
componente de almidón pero el polímero sintético queda inalterable ya
que los microorganismos no tienen las enzimas necesarias para
degradarlos.
El crecimiento en la producción y en el consumo de plásticos, sumado a
su durabilidad, se ha convertido en un serio problema para el medio
ambiente. El 99% del total de plásticos se produce a partir de
combustibles fósiles provocando una excesiva presión sobre las ya
limitadas fuentes de energía no renovables. Por otro lado, siendo los
plásticos de este origen no biodegradables, se acumulan en el ambiente,
permanecen inalterables por más de cien años y aumentan la
acumulación de desechos. Esto aumenta no solo la acumulación de
desechos, sino también la presión sobre las ya limitadas fuentes de
energía no renovables.
Plásticos Biodegradables
En búsqueda de una solución a los problemas ambientales que originan
los plásticos se han desarrollado plásticos biodegradables a partir de
materias primas renovables, derivadas de plantas y bacterias. Estos
productos no son sólo biodegradables, sino también compostables, lo
cual significa que se descomponen biológicamente por la acción de
microorganismos y acaban volviendo a la tierra en forma de productos
simples que pueden ser reutilizados por los seres vivos, es decir que
reingresan al ciclo de la materia.
Plásticos a partir de polímeros naturales de plantas
El almidón es un polímero natural. Se trata de un tipo de hidrato de
carbono constituido por moléculas grandes que la planta sintetiza
durante la fotosíntesis y le sirve como reserva de energía. Cereales,
como el maíz y tubérculos, como la papa, contienen gran cantidad de
almidón.
El almidón puede ser procesado y convertido en plástico, pero como es
soluble en agua se ablanda y deforma cuando entra en contacto con la
humedad, limitando su uso para algunas aplicaciones. Esto puede ser
solucionado modificando químicamente el almidón que se extrae del
maíz, trigo o papa. En presencia de microorganismos el almidón es
transformado en una molécula más pequeña (un monómero), el ácido
láctico. Luego, el ácido láctico es tratado químicamente de manera de
formar cadenas o polímeros, los que se unen entre sí para formar un
polímero llamado PLA (poliláctido). El PLA puede ser usado para fabricar
macetas que se plantan directamente en la tierra y se degradan con el
tiempo, y pañales descartables. Se encuentra disponible en el mercado
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
33
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
desde 1990 y algunas preparaciones han demostrado ser muy buenas
en medicina, en particular, en implantes, suturas y cápsulas de
remedios, debido a la capacidad del PLA de disolverse al cabo de un
tiempo.
Plásticos a partir de bacterias
En respuesta a situaciones de estrés nutricional, muchas bacterias
almacenan compuestos que utilizan como fuente de carbón y energía, y
que se denominan Polihidroxialcanoatos (PHA). Estos son polímeros
que pueden ser procesados en plásticos biodegradables. Una ventaja de
esos polímeros es su rápida degradación en el ambiente al compararla
con los plásticos sintéticos. Eso se debe a que muchos hongos y
bacterias presentes en el ambiente (suelo, agua, aire) pueden utilizar
esos polímeros como alimento. Además, estos bioplásticos presentan
propiedades físicoquímicas similares a las de los polímeros utilizados
comúnmente, ya que pueden ser moldeados, inyectados y laminados.
Las bacterias pueden producir diferentes tipos de PHA, dependiendo del
tipo y cantidad del sustrato (alimento) que se les proporcione. Ello es
una gran ventaja, ya que permite a los científicos manipular la
producción de PHA, dependiendo del uso que se le vaya a dar al
plástico. Por ejemplo, se pueden producir plásticos rígidos o maleables,
plásticos resistentes a temperaturas altas, ácidos o bases, plásticos
cristalinos, impermeables al oxígeno, y hasta fibras plásticas para
suturar heridas o tejidos internos.
Una forma de obtener estos bioplásticos es a partir de células de
Azotobacter, una bacteria muy común en los campos argentinos. Para
su fabricación se utiliza como sustrato melaza de caña de azúcar, un
residuo agroindustrial que resulta barato en relación con otras fuentes
carbonadas. Las bacterias se alimentan de esta sustancia orgánica y
crecen en fermentadores. Cuando disminuye la cantidad de nitrógeno en
los tanques de fermentación (situación de estrés), comienzan a acumular
plástico como reserva dentro de su célula, de un modo análogo a como
los mamíferos almacenan grasas o los vegetales, como la papa, guarda
almidón. A los pocos días de fermentación, producen el equivalente al
80% de su peso seco en plástico (o polímero). Luego, se centrifugan y
se rompen para extraer el poliester.
Plásticos a partir de plantas modificadas genéticamente
(Biofactorías)
En ocasiones los costos de producción de bioplásticos en bacterias son
altos debido a que los ingredientes que requieren las bacterias para
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
34
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
nutrirse y producir los polímeros son caros. Los costos se elevan aún
más al incluir el gasto de las instalaciones y el equipo necesarios para
mantener los cultivos bacterianos.
Impulsados por la necesidad de conseguir nuevas fuentes renovables de
materia prima para la producción de plástico, los científicos pusieron en
marcha distintos proyectos de investigación en plantas.
Fue así que se identificaron los genes de las bacterias que llevan la
información para fabricar PHA y se los transfirió a distintas plantas
mediante técnicas de ingeniería genética. Estas plantas producirían
bioplásticos en grandes volúmenes, a partir de su propia fuente de
nutrientes (como almidón y ácidos grasos), lo que reduciría
significativamente los costos.
Los primeros intentos para producir PHA en plantas se realizaron en
Arabidopsis thaliana, planta modelo utilizada en estudios de genética
vegetal. Se tomaron los genes de la bacteria Alcaligenes eutrophus que
producen polihidroxibutirato (PHB), un polímero del tipo PHA y se
insertaron en la A. Thaliana. La planta logró producir bioplástico, pero en
muy bajas concentraciones. Posteriormente, los investigadores lograron
aumentar 100 veces la concentración de PHB induciendo su producción
en los plástidos. En este caso, se observó que la producción de
bioplástico no afectó a las plantas en su crecimiento, ni en otras
características o funciones (contenido de clorofila, presencia de flores,
etcétera).
Se realizaron otros ensayos en soja, canola, maíz, algodón, alfalfa y
tabaco. Los resultados demuestran la posibilidad de producir PHA en
plantas en volúmenes atractivos para la industria, sin requerir
instalaciones especiales, y sin generar efectos nocivos en los vegetales.
Se espera que en el futuro, una misma planta de colza pueda producir
plástico, alimento y aceite.
Desafortunadamente, la producción de bioplásticos, como el PHA y el
PLA aún es más cara que la obtención de los plásticos convencionales y
por eso no se ha generalizado su uso. Pero los bajos precios de los
plásticos tradicionales no reflejan su verdadero costo si se considera el
impacto que tienen sobre el medio ambiente.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
35
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
CUESTIONARIO
1. ¿Cuál es la desventaja del empleo del petróleo para la producción de
plásticos sintéticos?
2. Explicar la siguiente frase del texto: “...los bajos precios de los
plásticos tradicionales no reflejan su verdadero costo si se considera el
impacto que tienen sobre el medio ambiente”.
3. ¿A qué se denominan plásticos biodegradables? ¿Cuáles son los
organismos que los originan de manera natural en su organismo?
4. ¿En qué se diferencian los polímeros biodegradables de los
biodestructibles?
5. El plástico producido a partir del almidón se ablanda y deforma en un
medio húmedo. ¿En qué casos resulta útil aplicar este tipo de polímero?
6. Explicar el proceso por el cual las bacterias de tipo Azotobacter
fabrican bioplásticos.
7. ¿Cuál es la desventaja de la producción de bioplásticos en bacterias?
8. ¿Cuál es la fuente de energía que emplean las plantas? ¿Por qué
representa una ventaja respecto de la fuente de energía que requieren
las bacterias?
9. Explicar el método de ingeniería genética empleado para producir
plásticos de bacterias en plantas. ¿Qué ventajas tiene la aplicación de
este método?
10. ¿De qué depende el mayor o menor tiempo que tarda un producto en
degradarse?
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
36
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 5
TITULO: El Proyecto Genoma Humano
FECHA DE ENTREGA: 15ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 16ª semana
¿Qué es un genoma?
Un genoma es la totalidad del ADN de un organismo vivo. Es decir, el
conjunto completo de instrucciones genéticas para la construcción,
funcionamiento y mantenimiento de dicho organismo. Cada especie
tiene un genoma particular que comparte con los otros integrantes de
ese grupo. Sin embargo, a pesar de sus similitudes, cada integrante de
la especie tiene particularidades que lo convierten en un ser único y
diferente del resto. De esta forma, algunas personas son bajas y otras
altas; su grupo sanguíneo puede variar al igual que la forma de su nariz,
o el color de su piel. Estas semejanzas y diferencias físicas (que se
pueden observar o medir mediante técnicas particulares) constituyen el
fenotipo de un individuo, y provienen de semejanzas y diferencias en las
instrucciones genéticas contenidas en el ADN o genotipo.
Si se considera, por ejemplo, dos seres humanos cualesquiera, el 99.9
% del ADN es idéntico en ambos. Sin embargo, el conjunto completo de
instrucciones genéticas es tan grande que la variación del 0,1%
determina millones de posibles diferencias entre ellos. Esta pequeña
fracciónde ADN en la que ocurren las variaciones da lugar a la enorme
diversidad que hace que cada uno de los seres humanos sea único. Esto
es lo que posibilita, por ejemplo, identificar personas a partir del ADN y
establecer relaciones de parentesco, o determinar cuál de los
sospechosos de un crimen es el responsable. La variación en el ADN
determinaría también diferencias en la probabilidad de contraer ciertas
enfermedades. Por esto, conocer la diversidad de ADN entrelas
personas ayudaría a entender mejor las enfermedades, mejorar su
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
37
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
diagnóstico y detección temprana y promover adelantos en la medicina a
través del diseño racional de drogas y tratamientos.
Además, los seres humanos se diferencian genéticamente de las
moscas y de los gusanos. Pero... ¿cuán diferentes son unos de otros?
¿Y cuáles son esas diferencias? Estas y otras preguntas son las que los
diversos proyectos genoma, que se encuentran actualmente en curso,
tratan de responder.
Los Proyectos Genoma
A partir del descubrimiento del ADN como la molécula universal de la
herencia y la base genética de la vida, la biología empezó a buscar
respuestas a numerosos fenómenos vitales en el nivel del ADN. De esta
forma, se emprendieron los Proyectos Genoma que son una serie de
iniciativas para conocer los genomas no sólo de humanos, sino de una
serie de organismos modelo. En la actualidad están en marcha unos 30
Proyectos Genoma de diferentes tipos de organismos.
Pero los Proyectos Genoma no son más que un punto de arranque para
nuevos descubrimientos. Con los datos de secuencias se podrá
determinar la función de numerosos genes, y dar respuestas a
cuestiones de expresión de genes, de regulación genética, de
interacción de las células con sus entornos, etc. La secuenciación de
genomas de plantas y animales domésticos podría conducir a nuevos
avances en la mejora agronómica y ganadera. También permitiría
numerosas aplicaciones médicas, y nuevos enfoques dentro de la
biotecnología y la biología industrial.
Asimismo, se espera que la comparación de genomas completos de
diferentes tipos de seres vivos suministre claves para comprender más
de 3000 millones de años de evolución. La bioinformática permite
comparar genes y genomas completos, lo que junto con otros datos
biológicos y paleontológicos, está dando nuevas claves de la evolución
de la vida.
El Proyecto Genoma Humano (PGH)
Si bien antes de los años 80 ya se había realizado la secuenciación de
genes sueltos de muchos organismos, así como de genomas de algunos
virus y plásmidos, el comienzo oficial del PGH corresponde a 1990. El
Proyecto Genoma Humano (PGH) es el primer gran esfuerzo coordinado
entre diferentes países en la historia de la Biología. Fue coordinado por
el Instituto Nacional de
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
38
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Salud y el Departamento de Energía de los EEUU y realizado por
laboratorios de Estados Unidos, Gran Bretaña, y varios centros de
investigación de Japón, Francia, Alemania y China. Casi al mismo
tiempo una compañía privada –CELERA– decidió realizar el estudio en
forma independiente del consorcio oficial.
El advenimiento y progreso acelerado de la metodología del ADN
recombinante y sus técnicas asociadas (vectores de clonación, enzimas
de restricción, transformación artificial de células procariotas y
eucariotas, bibliotecas de genes, sondas moleculares, secuenciación,
genética inversa, PCR, etc.) hicieron viable la ejecución del proyecto
genoma humano.
Objetivos del PGH
•
Identificar los aproximadamente 30,000 genes presentes en el
ADN humano.
•
Determinar la secuencia de los 3 billones de pares de bases
químicas que conforman el ADN humano.
•
Almacenar información en bases de datos.
•
Desarrollar herramientas para el procesamiento de análisis de los
datos (software, hardware, automatización, etc).
•
Determinar las implicancias éticas, legales, y sociales (ELSI) que
pudieran surgir de los resultados del proyecto.
Secuenciación y mapeo del genoma humano
1. Secuenciación. Mediante la secuenciación del ADN se establece el
orden preciso en que se ordenan los cuatro tipo de bases (A, T, C y G)
que componen la cadena de ADN. El orden en que estas bases se
disponen determina la información codificada en el material genético.
Esto se hace comúnmente mediante la separación del ADN en
fragmentos que se detectan debido a la presencia de un marcador
radioactivo o fluorescente. A partir del patrón de los fragmentos de ADN
resultantes se puede deducir la secuencia subyacente del ADN.
2. Mapeo. El mapeo es la actividad central del Proyecto del Genoma
Humano. Consiste en deducir las representaciones esquemáticas del
ADN, similar a la construcción de mapas geográficos. Se pueden
construir varios tipos de mapas de ADN y las características claves que
los distinguen son los diferentes enfoques en que se basan. Los tres
tipos principales de mapas de ADN son los mapas físicos, los mapas
genéticos y los mapas citogenéticos.
3. Marcador genético. Es un segmento de ADN con una ubicación física
identificable en un cromosoma y cuya herencia se puede rastrear en una
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
39
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
familia. Un marcador puede ser un gen o puede ser un fragmento de
ADN sin función conocida. Se usa en el mapeo genético como primer
paso para encontrar la posición e identidad de un gen.
4. Polimorfismo. Es un sitio a lo largo de la secuencia del ADN donde
distintas personas pueden tener secuencias diferentes. Puede tratarse
de la sustitución de una base, o la repetición de una secuencia. Los
cambios poco frecuentes en general no se llaman polimorfismos. Tienen
que presentarse en una frecuencia de al menos uno por ciento para
considerarse polimorfismo.
5. El mapa genético. Describe las posiciones de los marcadores
genéticos que reflejan las secuencias de ADN que difieren entre los
distintos individuos. Van desde diferencias en la secuencia que produce
fenotipos identificables hasta diferencias que no tienen un efecto notorio
en un individuo. Este tipo de mapas son importantes en estudios
genéticos para buscar genes asociados con una enfermedad o detectar
variaciones entre individuos.
6. El mapa físico. Describe las posiciones de los puntos sobresalientes
en una cadena de ADN. Pueden ser genes o marcadores genéticos o
secuencias anónimas.
7. Localización de genes que predisponen o generan ciertas
enfermedades. El Proyecto Genoma Humano tiene como objetivo
facilitar la técnica del clonaje posicional. Tomando el ADN de miembros
afectados por una enfermedad y de familiares sanos se examinan
marcadores genéticos distribuidos en todos los cromosomas, hasta
encontrar uno que se detecte particularmente en los individuos que
estén afectados. Luego, se analiza este intervalo en el genoma y se
escogen genes que representen candidatos potenciales para la
enfermedad y se investiga a nivel de la secuencia si existen mutaciones.
8. BACs. Grandes fragmentos de ADN clonados en bacterias. Ofrecen
ventajas importantes ya que son manipulables para ciertos tipos de
estudios en el laboratorio. Se usan a gran escala para construir mapas
físicos de los cromosomas humanos, con el fin de establecer la
secuencia completa del genoma humano.
9. YACs. Grandes fragmentos de ADN que se propagan como
cromosomas en la levadura. Han resultado particularmente útiles en la
fase temprana del Proyecto Genoma Humano, donde se han usado para
construir mapas físicos completos de todos los cromosomas humanos.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
40
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Algunos resultados del PGH
•
El Proyecto Genoma Humano se completó en 2003.
•
El genoma humano consta aproximadamente de 3.000 millones de
pares de bases químicas (unidades que constituyen al ADN).
•
Se detectaron alrededor de 30.000 genes, cuyas secuencias ya
han sido descriptas.
•
Los genes tienen en promedio 3.000 pares de bases.
•
Se han determinado 100.000 polimorfismos o variaciones
normales. Esto significa que todas las personas, a pesar de sus
diferencias, tienen un 99,9 por ciento de similitud en su genoma.
•
Un ser humano comparte con el chimpancé el 98% del genoma.
•
Se conoce la función de sólo el 50% de los genes.
•
Sólo el 2% del genoma lleva información para proteínas.
PGH y otros Proyectos Genoma
El PGH incluía también la secuenciación de genomas de organismos
modelo de diferentes reinos que facilitaran la comprensión de la
funcionalidad del genoma humano. Desde 1990, además del genoma
humano, se han descifrado los genomas completos de Saccharomyces
cerevisiae (levadura), Escherichia coli (bacteria), de C. elegans
(nematodo), de Drosophila melanogaster (mosaca de la fruta), y de
varias plantas (Arabidopsis thaliana, arroz, etc.).
Los resultados del PGH y de otros Proyectos Genoma se resumen en la
siguiente tabla:
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
41
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Después del proyecto genoma...
A partir de los resultados del Proyecto Genoma Humano empieza otra
etapa importante que consiste en dar sentido biológico, tanto funcional
como evolutivo, al cúmulo de información que se obtuvo. Esto da origen
a la genómica funcional, una nueva disciplina que estudia los genomas
como sistemas (sus regulaciones, relaciones, cambios, etc.), y a la
proteómica, que involucra el conocimiento de todas las proteínas de un
organismo.
Por lo tanto, a partir del PGH es posible averiguar:
•
La función de los genes
•
La asociación entre genes y enfermedades
•
La función de las regiones no codificantes
•
La información básica para la vida
•
El origen de las especies
•
El origen de poblaciones humanas
Estos conocimientos se irán integrando en diversos Atlas del ser
humano y de otros seres vivos, en los que se podrán interrelacionar de
modo funcionalmente significativo diversos niveles de comprensión de la
materia viva (génico, genómico, regulación, biología celular, fisiología,
evolución, etc.), dando origen a la denominada Era Postgenómica.
Aplicaciones actuales y futuras del PGH
El PGH facilita el conocimiento de los procesos biológicos desde la
escala molecular hasta la evolutiva de los seres humanos. Además,
permitirá avanzar en el conocimiento del origen de muchas
enfermedades, y ofrecerá nuevas perspectivas en el diagnóstico,
pronóstico y tratamiento.
Cuando el PGH comenzó en 1990 los científicos habían descubierto
menos de 100 genes involucrados en enfermedades de origen genético,
en la actualidad ya se dispone de información de más de 14.000 genes
de este tipo. Gracias a los avances de la genética ya existen pruebas
diagnósticas para diferentes enfermedades de origen genético cuyas
cualidades de exactitud, confiabilidad y rapidez las hacen útiles en
clínica. Por ejemplo la prueba de ADN es útil para la prueba del
síndrome de X frágil, la principal causa de retraso mental hereditario, en
la detección de hemofilias causadas por pérdidas de segmentos grandes
–o delecciones– del gen respectivo, y en la enfermedad de Huntington.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
42
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
En resumen, los resultados del PGH permitirían:
•
Mejorar el diagnóstico de enfermedades.
•
Detectar temprano la predisposición a las enfermedades.
•
Diseñar racionalmente drogas y tratamientos.
•
Identificar personas, resolver crímenes, medicina forense.
CUESTIONARIO
1. ¿A qué se denomina genoma?
2. ¿Qué es lo que determina que dos seres vivos sean parecidos
entre sí?
3. ¿Qué es lo que determina que dos individuos sean diferentes entre
sí?
4. Explicar la relación entre los conceptos genotipo y fenotipo.
5. ¿A qué se denomina Proyecto Genoma?
6. ¿Cuál es la importancia de conocer el genoma de diferentes seres
vivos?
7. ¿Cuáles fueron los objetivos del Proyecto Genoma Humano?
8. Explicar el aporte de la genómica funcional y la proteómica al PGH.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
43
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 6
TÍTULO: Las células madre
FECHA DE ENTREGA: 15ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 16ª semana
Los organismos multicelulares, entre ellos los seres humanos, están
formados por unos 200 tipos de células especializadas (neuronas,
hepatocitos, células cardíacas, células musculares, células sanguíneas,
etc.) que determinan el funcionamiento de cada órgano y del organismo
en su totalidad. Los diversos tipos celulares se originan a partir de
células indiferenciadas o células madre. Además de la función que
tienen las células madre embrionarias en la formación del nuevo
individuo, la división y diferenciación de las células madre en el
organismo adulto permite regenerar tejidos dañados. Los científicos
especializados en estos temas investigan la posibilidad de desarrollar
terapias basadas en células madre para tratar determinadas
enfermedades. Este área se conoce como medicina regenerativa o
reparadora. Se espera que, en un futuro, las células madre serán la base
de tratamientos para enfermedades como el mal de Parkinson, la
diabetes y enfermedades cardíacas, entre otras. Esta posibilidad de
desarrollar “terapias celulares” aumenta a medida que se conoce más
sobre las propiedades de las células madre.
Qué son las células madre
Las células madre o stem cells son células indiferenciadas que existen
en diferentes órganos, y que se multiplican durante largos períodos de
tiempo. Bajo ciertas condiciones, fisiológicas o experimentales, estas
células pueden convertirse en células especializadas, como células
cardíacas o células pancreáticas.
Propiedades de las células madre
Las células madre tienen dos propiedades generales:
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
44
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
1.son capaces de autoreplicarse por largos períodos de tiempo y
permanecer como células no especializadas. Se está investigando
cuáles son y cómo actúan los factores que mantienen la capacidad de
las células madre de permanecer sin especializarse.
2.atraviesan el proceso de “diferenciación” por el cual dan lugar a células
especializadas. Este proceso es el resultado de señales que aparecen
tanto en el interior de la célula como en el medio que la rodea. Las
señales internas son controladas por los genes de la propia célula. Las
señales externas incluyen químicos secretados por otras células, el
contacto físico con las células vecinas, y ciertas moléculas presentes en
el entorno celular.
Tipos de células madre y su función
Los científicos trabajan principalmente con dos tipos de células madre:
células madre embrionarias y células madre adultas que tiene funciones
y características diferentes.
Durante la etapa temprana del desarrollo, las células madre
embrionarias dan lugar a muchos tipos celulares especializados que
“construyen” el corazón, los pulmones, la piel y los demás tejidos.
También en tejidos adultos, como la médula ósea, el músculo y el
cerebro, existen pequeñas poblaciones de células madre adultas cuya
función es generar nuevas células que reemplacen a otras que se
perdieron por procesos normales, por daño o por enfermedad.
Capacidad de diferenciación de las células madre
Según su capacidad de convertirse en otros tipos celulares las células
madre se clasifican en:
•
Totipotentes: pueden dar origen al organismo completo. Esta
característica es propia de la cigota y de las células meristemáticas
vegetales.
•
Pluripotentes: pueden formar todos los tipos celulares, incluyendo
las células germinales (que dan origen a las gametas) pero no pueden
formar un organismo completo. Por ejemplo, células madre
embrionarias.
•
Multipotentes: originan múltiples tipos celulares que constituyen un
mismo tejido. Ejemplo: células madre hematopoyéticas (forman las
células de la sangre)
•
Oligopotentes: dan lugar a dos o más tipos celulares en un tejido.
Ejemplo: célula madre neuronal que puede crear un subgrupo de
neuronas en el cerebro.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
45
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
•
Unipotente: origina un único tipo de células. Ejemplo: células
madre espermatogoniales (dan lugar a espermatozoides).
Obtención de células madre embrionarias
Las células madre embrionarias humanas se pueden obtener (en los
países cuya legislación lo permite) de embriones resultantes de
procesos de fertilización in vitro que no han sido empleados con ese fin y
son donados por los progenitores para investigación científica. Las
células madre se extraen de embriones que tienen 3-5 días de
formación, denominados blastocistos, y se cultivan en placas de Petri
con medio nutritivo. Allí se multiplican hasta que, luego de seis meses,
se obtienen millones de células madre embrionarias “indiferenciadas” (no
especializadas) y pluripotentes. De manera controlada y a través de
modificaciones en el medio de cultivo se imita lo que sucedería
normalmente en el embrión y, de esta forma, se induce a las células
madre a especializarse. Con este método de especialización de células
madre y su transplante a sitios dañados, se podrían tratar enfermedades
tales como la enfermedad de Parkinson, la distrofia muscular de
Duchenne, la degeneración de células de Purkinje, la diabetes, algunas
patologías cardíacas, traumatismos de columna vertebral, y la pérdida
de sentidos como la visión y la audición, entre otros.
El potencial de la células madre adultas
Las células madre adultas suelen originar tipos celulares propios del
tejido en el cual residen. Por ejemplo, una célula madre adulta en la
médula ósea suele originar glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas.
A este tipo de célula madre adulta que da origen a células de la sangre
se la conoce como “célula madre hematopoyética”.
Hasta no hace mucho tiempo se creía que las células madre
hematopoyéticas no podían dar origen a células de otros tejidos
diferentes. Sin embargo, en los últimos años, varios experimentos
demostraron que las células madre adultas de un tejido pueden dar lugar
a células de tejidos diferentes, fenómeno conocido como “plasticidad”.
Algunos ejemplos son células sanguíneas que dan origen a neuronas;
células hepáticas que pueden ser redirigidas a la producción de insulina
(función que le corresponde a células del páncreas), y células madre
hematopoyéticas que pueden originar células del músculo cardíaco.
Estos indicios han llevado a que la investigación en terapias basadas en
células madre adultas sea un campo muy activo.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
46
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Terapias basadas en el uso de células madre
El gran interés que se tiene en el empleo de células madre es utilizarlas
para realizar terapias celulares y transplante de tejidos. La célula madre
ideal para estos tratamientos en humanos debería cumplir con ciertos
requisitos:
1-ser pluripotente,
2-autoreplicarse indefinidamente,
3-poseer un fenotipo estable caracterizado molecularmente,
4-carecer de potencial carcinogénico (que no tienda a desarrollar
tumores)
5-ser susceptible de modificación genética para, si se desea, realizarle
cambios como la introducción de genes terapéuticos pre-transplante.
Existen varias alternativas de tratamiento con células madre:
A)Emplear células madre embrionarias
El mayor potencial terapéutico en este caso sería emplear células del
mismo paciente que necesita un tratamiento (autotransplante), evitando
así problemas de rechazo. Para obtener células madre embrionarias de
un paciente adulto se realiza la “clonación terapéutica”: se toman
núcleos de células del cuerpo del paciente y se los transfiere a un óvulo
al que se le ha quitado su núcleo. De esta forma se obtiene un embrión
(con material genético del paciente) que se desarrolla in vitro hasta la
etapa de blastocisto. En ese momento se obtienen células embrionarias
que se cultivan para posteriormente diferenciarlas al tipo celular
necesario para la terapia celular o injerto.
B)Emplear células madre de sangre de cordón umbilical:
La sangre de cordón umbilical está enriquecida en células madre
hematopoyéticas, precursoras de los distintos tipos celulares presentes
en la sangre. El transplante de células de cordón es una práctica
frecuente a nivel mundial para el tratamiento de enfermedades
hematológicas y oncohematológicas (como la leucemia o los linfomas)
así como para otros tipos de cáncer en cuyo tratamiento sea necesario
reconstruir la médula ósea dañada por la quimioterapia, y para el
tratamiento de patologías menos frecuentes como algunas anemias y
trastornos metabólicos. Por ahora, varias de las aplicaciones de estas
células madre son similares a las de un transplante de médula ósea con
algunas ventajas, como la menor complejidad quirúrgica y una mayor
facilidad de hallar muestras compatibles.
Actualmente se han creado en el mundo (también en la Argentina)
bancos de sangre de cordón umbilical, públicos y privados, donde la
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
47
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
madre puede depositar la sangre del cordón umbilical de su hijo para un
potencial uso en beneficio de ese mismo niño o de algún receptor
compatible. Para ello, a partir de la sangre del cordón y de la placenta
obtenida durante el parto, se purifican células madre y se las conserva
en nitrógeno líquido a una temperatura de 196ºC bajo cero, pudiendo ser
descongeladas en cualquier momento para su uso.
Recientemente algunas investigaciones científicas han demostrado que,
a partir de las células madre presentes en la sangre de cordón, se
pueden obtener otros tipos celulares (por ej. hueso y cartílago, células
neuronales, etc.) que podrían emplearse para el tratamiento de otro tipo
de enfermedades. Aunque estos resultados son preliminares, el porvenir
de esta terapéutica es prometedor.
C) Emplear células madre de adulto
Se habría demostrado cierta flexibilidad de las células madre de adultos
no solo para convertirse en tipos celulares del tejido que habitan, sino
también para originar células de otros tejidos no relacionados. La
investigación para profundizar los conocimientos en esta dirección
brindaría una posibilidad de terapias celulares o autotransplantes.
D) Reprogramar células somáticas
Otra alternativa, aún lejana, es aprender a partir de los estudios con
células madre cómo se podría tomar una célula adulta diferenciada (por
ej. un hepatocito), con su información genética “programada” y lograr
convertirla en otro tipo celular (por ej., una neurona).
Algunas enfermedades que podrían mejorarse por terapia celular
A) Enfermedades cardíacas
El uso de células madre en terapias de reemplazo para tejidos dañados
como el músculo cardíaco, válvulas, vasos y células de conducción
eléctrica, tiene un gran potencial. Esto se vio reforzado por hechos
recientes como la identificación de células multipotentes en el corazón,
así como también por una mejor comprensión de los procesos que
conducen a una célula madre embrionaria a diferenciarse en una célula
cardíaca.
El éxito de las futuras terapias en esta área depende en parte de obtener
más información acerca de los procesos involucrados en la
diferenciación de las células cardíacas. Se debe asegurar que las
células implantadas se integren correctamente al músculo cardíaco y
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
48
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
resolver problemas de compatibilidad en el caso que las células
provengan de otro donante. Una solución sería generar células madre
embrionarias a partir de células del paciente.
B) Enfermedades sanguíneas
Por décadas, el transplante de células hematopoyéticas ha sido
empleado para el tratamiento de enfermedades de la sangre y del
sistema inmunológico. El desafío actual es disminuir el riesgo de tales
transplantes y aumentar el número de pacientes que pueden someterse
a dicho tratamiento. Para lograr estos objetivos, se necesitara mejorar
los protocolos clínicos y conocer mejor el funcionamiento de las células
madre.
C) Enfermedades neurodegenerativas
Desórdenes neurológicos como el mal de Parkinson y la esclerosis
múltiple son causados por la pérdida de neuronas y otras células del
sistema nervioso llamadas “células de la glía”. En los últimos años se
han podido regenerar exitosamente esos tipos celulares a partir de
células madre en cultivo. Las células madre aisladas son transplantadas
al cerebro y/o columna vertebral dañados, directamente o luego de una
modificación genética durante la etapa decultivo. Más recientemente, los
científicos se han esforzado por entender cómo lograr que las células
madre presentes en el sistema nervioso central del adulto estimulen la
formación, y prevengan la muerte, de las neuronas y las células de la
glía cercanas a ellas. Los resultados obtenidos hasta el momento
aspiran al desarrollo de terapias exitosas para restaurar y preservar las
funciones del cerebro y de la columna vertebral.
D) Diabetes
En los diabéticos dependientes de insulina, el trasplante de células
productoras de insulina en el páncreas es un gran desafío para la
medicina regenerativa. Hasta el momento, se han logrado obtener in
embrionarias y de células madre de adultos (aunque en este caso con
bajo rendimiento). Aunque quedan incógnitas por resolver, es probable
que en los próximos años se cuente con los elementos necesarios para
convertir esta técnica en una alternativa terapéutica para los pacientes
que sufren diabetes.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
49
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
E) Reconstrucción de órganos y tejidos
Más allá del transplante de células específicas, el potencial terapéutico
de las células madre consiste en reconstruir tejidos complejos e incluso
órganos, con plena funcionalidad. La “ingeniería de tejidos y órganos”
aún está en desarrollo, pero existen resultados experimentales que la
sustentan. Un ejemplo es la obtención en Estados Unidos de arterias
artificiales usando como base células de musculatura lisa extraídas de
vacas. Estas arterias se implantaron en cerdos (sustituyendo a porciones
de arterias de las patas) y funcionaron algunas semanas sin obstruirse.
Ventajas, desventajas y perspectivas
Ambos tipos de células madre, embrionarias y adultas, ofrecen
diferentes posibilidades en relación a su potencial uso en terapias
celulares de regeneración de tejidos dañados. Las embrionarias pueden
generar todos los tipos celulares del organismo porque son
pluripotentes. En cambio, las adultas generalmente están limitadas en su
diferenciación a los tipos celulares presentes en el tejido de origen,
aunque algunas evidencias sugieren que han conservado la plasticidad
necesaria para poder originar otros tipos celulares relacionados a otros
tejidos diferentes. Sin embargo, una ventaja potencial de la utilización de
células madre adultas es que las propias células del paciente pueden ser
multiplicadas fuera de su organismo (in vitro) para ser luego
reintroducidas en su organismo. Así no existiría riesgo de rechazo al
implante por el sistema inmunológico, problema que sí podría existir si
se implantan células madre embrionarias obtenidas de algún donante.
En todos los casos es importante recalcar que, más allá de lo
prometedoras que son estas alternativas terapéuticas, aún están en
etapa de investigación.
Consideraciones éticas relacionadas a la terapia celular
La terapia celular está rodeada de dilemas éticos y legales de distinta
envergadura. El más fuerte se relaciona con la “clonación terapéutica”: el
uso de células clonadas a partir del propio paciente para la obtención de
células madre embrionarias para la realización de autotrasplantes sin
problemas de rechazo inmunológico. Surgen entonces varios
cuestionamientos de índole biológica, filosófica, ética y teológica. Cada
país determina su propia legislación. En general, en los países de
Europa continental, la situación respecto del uso de embriones humanos
es más restrictiva, no siendo el caso de los países anglosajones,
especialmente Estados Unidos. De todas formas, muchas de esas
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
50
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
normativas se redactaron antes de la obtención de células madre
embrionarias humanas. Por lo tanto, la percepción de los beneficios de
esta terapia podría promover la modificación de algunas de ellas.
CUESTIONARIO
a)¿Qué relación hay entre las células madre y las células
especializadas? Aportar un ejemplo concreto.
b)Qué tipos de células madre existen? ¿En qué radica su diferencia?
c)¿Cuál sería la principal ventaja de emplear células madre del propio
individuo para realizar un transplante?
d)¿A qué se denomina clonación terapéutica?
e)¿Qué son los bancos de sangre de cordón umbilical y cuál sería su
utilidad?
f)¿Qué tratamiento con células madre se podría hacer a una persona
adulta que requiere un transplante de médula ósea y no conserva
células madre embrionarias propias?
Preguntas y sugerencias para el debate:
1.¿Cuáles son los beneficios de la terapia con células madre?
2.¿Cuáles son sus riesgos?
3.¿A quién ayudará esta tecnología? ¿Podría perjudicar a alguien?
4.¿Qué significado tiene para la sociedad?
5.¿Cuán lejos deberían llevar los investigadores la tecnología con
células madre? ¿Sólo porque es posible hacer algo se lo debe hacer?
¿Por qué sí o por qué no?
6.¿Deberían los gobiernos proveer recursos económicos para
investigaciones con células madre embrionarias? ¿Por qué sí o por qué
no?
7.¿Debería haber leyes que regulen la investigación con células madre?
Si la respuesta es sí, ¿cómo deberían ser? ¿en qué casos?
8.¿Deberían usarse los embriones congelados generados por
fertilización in Vitro con fines terapéuticos? ¿Por qué sí o por qué no?
9.Un ejercicio interesante en el debate es responder las mismas
preguntas pero desde el lugar de otra persona. Por ejemplo, si fuera:
•
un paciente que podría recibir este tratamiento,
•
si fuera pariente de una persona a ser tratada,
•
si trabajara en investigación científica en este tema,
•
si fuera un líder religioso,
•
si fuera un legislador.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
51
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
VIII. GIP´S
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRÁCTICA - GIP # 1
TÍTULO: PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES
UTILIZADAS EN BIOTECNOLOGÍA
FECHA DE ENTREGA: 2ªy 3ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 4ª semana
OBJETIVOS
Preparar soluciones complejas utilizando las unidades químicas y físicas
de concentración.
FUNDAMENTACION TEORICA.
Una disolución es una mezcla homogénea de una o varias sustancias
que se denominan solutos, dispersadas de forma molecular en una
cantidad suficiente de un medio disolventes. Según el tamaño del soluto
o fase dispersada en el disolvente las disoluciones se clasifican en:
 Disolución grosera
 Disolución coloidal
 Disolución verdadera
DISOLUCIONES GROSERAS. También se llaman dispersiones, ya que,
las partículas dispersadas al tener un tamaño superior a 0.1 μ se
observan a simple vista, por ejemplo:
Los medios de cultivo líquido de bacterias.
DISOLUCIONES VERDADERAS. Son las más utilizadas en el
laboratorio, las partículas dispersadas no se pueden observar, ya que
tiene un tamaño de partícula inferior a las 0.001μ.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
52
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Las unidades físicas que expresan la concentración de las disoluciones
se basan en magnitudes físicas como la masa y el volumen. Son las
unidades clásicas para expresar la concentración, que se recomienda
sustituir por las unidades químicas en algunos casos dependiendo de la
técnica a utilizarse.
Entre las unidades físicas están: porcentaje en peso, porcentaje en
volumen, peso de soluto por unidad de volumen de disolución y partes
por millón.
Entre las disoluciones de concentración expresada en unidades
químicas están: Molaridad, molalidad, normalidad, milimolar,
micromolar.
MATERIALES
1.- Balanza analítica.
2.- Matraces aforados de 100 ml.
3.- Vaso de precipitado varias medidas.
4.- Probeta de 20, 50 y 100 ml.
5.- Varillas de vidrios.
6.- Espátulas.
7.- Pipeta de 1, 2 y 5 ml.
8.- Picetas
9.- Propipetas.
PROCEDIMIENTO
De acuerdo al número de estudiantes y grupos de prácticas,
los grupos tendrán que traer en la 3er semana:
 Frascos de vidrio de 100 ml, color ámbar, tapa rosca,
boca ancha con etiqueta para conservar los reactivos a
preparar.
 50 g de glucosa en polvo
 100 ml de alcohol puro.
 100 ml de glicerol de concentración mayor a 50 %
(Pueden conseguirlo en la farmacia Telchi)
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
53
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
REALIZAR TODOS LOS CÁLCULOS PARA LA PREPARACIÓN
DE 100 ml DE SOLUCIÓN:
1. Solución de Glucosa al 0,01M
2. Solución de Glucosa al 0,5 M
3. Hidróxido de sodio a 0,2 M
4. Hidróxido de sodio 2 M
5. Acetato de sodio 3 M
6. Acetato de potasio 5 M
7. Alcohol al 70% a partir de alcohol al 96%
8. Glicerol al 40% a partir de glicerol al 50% o mayor
9. Lauril sulfato de sodio al 10%
10. Ácido clorhídrico 0.9 M a partir de una solución concentrada al
37,25% de pureza y una densidad de 1,57 g/ml
RESULTADOS
CONCLUSIONES
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
54
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
CUESTIONARIO
1. Investigue qué soluciones se preparan en los laboratorios de
análisis clínico
2. Busque el fundamento de la dosificación de colesterol en sangre,
utilizada en los análisis clínico.
3. Prepare 500 ml de ácido sulfúrico 0,01 N a partir de un ácido
concentrado al 96% y densidad 1,84 g/ml
4. Cómo prepararía una disolución de dicromato de potasio 0,005%
5. ¿A qué se llama normalidad?, indique su fórmula.
6. ¿A qué se denomina molaridad?, escriba su fórmula.
7. ¿A qué se llama mili equivalente y milimol, para que se usa?
8. Qué es la Formalidad?
9. Cuándo se dice que una solución está saturada
10.
En un cuadro de ejemplos de soluciones: sólido-sólido,
sólido-líquido, sólido-gas; líquido-sólido, líquido-líquido, líquidogas; gas-sólido, gas-líquido, gas-gas.
BIBLIOGRAFÍA
- CHANG, Raymond, Química General, Ed. Mc Graw Hill. 1999
- Apunte de Clases de Química General e Inorgánica
- Apunte de Clases de Química Analítica
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
55
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRÁCTICA - GIP # 2
TÍTULO: LA LEVADURA COMO ESPONJANTE DE
LA MASA PANARIA
FECHA DE ENTREGA: 4ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 5ª semana
FUNDAMENTO
A partir de harina de trigo y de una suspensión de levadura se
prepara la masa, a la que se añade glucosa o sacarosa. Se vierte
en la probeta y en ella se determina cuantitativamente la
esponjosidad de la masa por el aumento de volumen que
experimenta. Es una medida de la fuerza de la levadura.
Duración 1,5 horas.
MATERIALES y EQUIPOS
Levadura (Saccharomyces cerevisiae)
Glucosa (o sacarosa)
Harina de trigo
4 vasos de precipitados de 250 ml
4 probetas de 250 ml
1 matraz Erlenmeyer de 500 ml
1 probeta de 50 ml
1 pipeta de 10 ml
Balanza de precisión
Espátula
Varillas de vidrio
PROCEDIMIENTO OPERATIVO
Traer para esta práctica cada subgrupo:
 100 g de harina
 20 g de glucosa en polvo
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
56
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
 10 g de levaduras
-
-
Numerar los vasos precipitados de 1 a 4
Añadir a cada uno 25 g de gramo de harina
Añadir 3 g de glucosa (o sacarosa) a cada vaso de 1-3
Vaso 1 añadir 22,5 ml de agua
Vaso 2 añadir 15 ml de agua
Preparar la suspensión de levaduras: suspender por agitación
10 g de levadura + 120 ml de agua en el matraz Erlenmeyer.
Pasar la suspensión de levadura con la pipeta a los vasos
precipitados: vaso 1 7,5 ml. Vaso 2 15 ml. Vaso 3 30 ml. Vaso 4
30 ml
Mezclar la masa con la varilla de vidrio
Numerar las probetas 1-4
Añadir la masa a las probetas correspondientes y colocarla a
unos 30 °C (calentando o en estufa)
Leer y anotar la altura de la masa en cada probeta al principio y
a intervalos de 10 minutos.
RESULTADOS
CONCLUSIONES
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
57
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
CUESTIONARIO
1.- Qué productos metabólicos sintetiza Saccharomyces
cerevisiae?
2.- Saccharomyces cerevisiae también es capaz de fermentar
almidón?Si lo hace gracias a la presencia de alguna enzima,
como…?
3.- De qué depende el aumento del volumen de las masas, en la
práctica realizada?
4.- En las fermentaciones alcohólicas, la cantidad de CO2,
eliminado, con qué compuesto se halla relacionado?
5.- Investigue como suceden las fermentaciones alcohólicas y
lácticas
BIBLIOGRAFÍA
- Jagnow-Dawid. Biotecnología: Introducción con experimentos modelo.
1ra Edición, Edt. Acribia S.A., Zaragoza-España 1.991.
- Apunte de Clases de Biotecnología
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
58
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRÁCTICA - GIP # 3
TÍTULO: PREPARACIÓN DE LECHE ÁCIDA:YOGURT
FECHA DE ENTREGA: 5ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 6ª semana
FUNDAMENTO
Se inocula y se incuba la leche fresca pasteurizada con el cultivo
iniciador del yogurt. Las bacterias lácticas presentes en el yogurt
produce ácido láctico a partir del azúcar de la leche. El ácido
láctico libera caseína y la precipita.
Duración 12 horas.
MATERIALES y EQUIPOS
500 ml de leche entera fresca
Un yogurt (cultivo iniciador)
1 vaso precipitado de 500 ml
2 vasos precipitados de 250 ml
1 caja Petri
Mechero bunsen
Trípode
Malla de amianto
Varilla de vidrio
Termómetro
PROCEDIMIENTO OPERATIVO
Para esta práctica traer, por subgrupo:
 1 litro de leche líquida
 6 cucharadas de leche en polvo
 1 vasito con yogurt natural
 1 termo
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
59
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
 Una olla casera y un cucharon
1.-Colocar en un recipiente un litro de leche y llevar a fuego lento hasta
que llegue a los 45ºC
2.- Agregar 6 a 8 cucharadas de leche entera en polvo y mezclar hasta
homogeneizar completamente.
3.- Colocar 1 vaso de yogurt natural que contenga los lactobacilos
requeridos. Mezclar y homogeneizar.
4.-Verter en un conservador cerrado o termo durante 10 horas.
5.- Pasada las 10 horas verter en un recipiente abierto y llevar a
refrigerar por otras 10 horas.
6.- Después de refrigerarse, se añaden los saborizantes, colorantes,
esencias y frutas deseadas.
RESULTADOS
CONCLUSIONES
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
60
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
CUESTIONARIO
1.- Investigue el nombre de las bacterias lácticas termófilas que
se hallan en el cultivo iniciador (yogurt)?
2.- Una vez terminada toda la práctica realice la prueba gustativa
del yogurt obtenido, qué sabor tenía?
3.- Qué acción o efecto ocasiona el enfrío brusco? Y por qué es
necesario este paso?
4.- Sea más meticuloso (a) en la práctica y trate de observar en
su tiempo libre de esta semana, a través de un microscopio la
forma de las bacterias lácticas y dibújelas aquí. Puede hacerlo a
partir de sobrenadante (suero) de cultivos antiguos de yogurt. (por
medio de una tinción de Gram)….
5.- Investigue como se preparan los yogurts industrialmente?
BIBLIOGRAFÍA
- Jagnow-Dawid. Biotecnología: Introducción con experimentos modelo.
1ra Edición, Edt. Acribia S.A., Zaragoza-España 1.991.
- R. Díaz y col. Manual práctico de microbiología Edt. Masson
2da edc. 1999.
- Apunte de Clases de Biotecnología
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
61
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRÁCTICA - GIP # 4
TÍTULO: AUTOCALENTAMIENTO DE HENO CON
BACTERIAS TERMÓFILAS
FECHA DE ENTREGA: 7ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 9ª semana
FUNDAMENTO
El heno fresco se humedece artificialmente, se introduce en el
termo que se cierra herméticamente. Comenzará el desarrollo de
bacterias termófilas. El autocalentamiento se podrá observar por
el aumento de temperatura producido en el interior del
recipiente.Duración de 10 a 14 días.
MATERIALES y EQUIPOS
Heno secado al aire
Solución para humedecer:
- peptona 1 g
- lactosa 1 g
- fructosa 0,5 g
- agua 100 ml
Matraces
Vasos precipitados
Espátulas
Algodón
Termo
Termómetro
Tijeras
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
62
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROCEDIMIENTO OPERATIVO
Para esta práctica traer:
 Una bolsa de heno seco, cortado
 Un termo que no vayan a usar durante dos semanas
 Un termómetro
 Algodón
 10 gramos de azúcar
 10 g leche en polvo
- Cortar el heno en fragmentos de unos 3 cm de longitud
- Macerar en el medio de cultivo durante una hora
aproximadamente
- Colocar en el termo una capa de algodón
- Extraer el heno del medio de cultivo, dejarlo escurrir y colocarlo
en el termo alternando con capas de algodón
- Introducir el termómetro en la capa de heno
- Cerrar el recipiente con un tapón de corcho o de “Styropor”
RESULTADOS
CONCLUSIONES
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
63
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
CUESTIONARIO
1.- Qué interés industrial o práctico, tiene la presente práctica?
2.- Verifique y explique por qué sucede el aumento de
temperatura?
3.- De acuerdo a su práctica indique cuanto ° C alcanzó el
calentamiento entre el 4º y 6º día de espera. Hasta qué
temperatura llego el último día?
4.- Investigue qué tipo de bacterias termófilas son las que se
encuentran en el heno.
5.- Investigue los siguientes organismos extremófilos:
Acidófilo.
Alcalófilo.
Barófilo o piezófilo.
Endolito.
Halófilo.
Hipertermófilo.
Hipolito.
Litoautotrofo.
Metalotolerante.
Oligotrofo.
Osmófilo.
Poliextremófilo.
Psicrófilo o criófilo.
Radio-resistente.
Termófilo.
Xerófilo.
BIBLIOGRAFÍA
- Jagnow-Dawid. Biotecnología: Introducción con experimentos modelo.
1ra Edición, Edt. Acribia S.A., Zaragoza-España 1.991.
- Apunte de Clases de Biotecnología
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
64
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRACTICA - GIP # 5
TITULO: AISLAMIENTO DE E. COLI Y PLÁSMIDOS CON
RESISTENCIA A DIVERSOS ANTIBIÓTICOS
FECHA DE ENTREGA: 8 y 9ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 10ª semana
OBJETIVOS
- Preparar medio nutritivo para el crecimiento de bacterias y agar Mc
Conkey.
- Aislar, identificar y verificar si hay resistencia a la ampicilina y otros
antibióticos por el microorganismo de interés.
FUNDAMENTACION TEORICA
La adición de determinadas sustancias al medio de cultivo permite el
aislamiento de bacterias que han sufrido transformaciones genéticas. En
algunos casos, por ejemplo, se utiliza cristal violeta, sales biliares, azida
sódica, telurito potásico, antibióticos, etc., en la concentración adecuada,
actúan como agentes selectivos frente a determinados microorganismos.
CLASES DE MEDIOS DE CULTIVO




Medios generales. En éstos se desarrollan una gran variedad de
microorganismos.
Medios de enriquecimiento. Favorece el crecimiento de un
determinado microorganismo, sin llegar a inhibir totalmente el
crecimiento del resto celular.
Medios selectivos.Permiten el desarrollo de un microorganismo
determinado, inhibiendo el desarrollo de otros.
Medios diferenciales. Son aquellos en los que se ponen de relieve
propiedades de un microorganismo determinado
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
65
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
REACTIVOS
Extracto de levadura
Triptona o peptona
Cloruro de sodio
Agar
Agua destilada
Agar Mc Conkey
MATERIALES
CANTIDAD
5g
5g
5g
10 g
500 ml
500 ml
CANTIDAD
4
2
2
2
1
1
1
1
4
40
5
5
1
Erlenmeyer de 250 ml
Vaso precipitado de
500 ml
Varilla
Rejilla de amianto
Hornilla
Autoclave
Mecheros bunsen
Balanza
Espátulas
Caja Petri
Asas de platino
Discos de antibióticos
Estufa de cultivo
Preparar las cantidades necesarias de:
 Agar Mc Conkey
 Agar Nutritivo
MEDIO DE NUTRITIVO LÍQUIDO




Extracto de levadura
Triptona o peptona
Cloruro de sodio
Agua destilada csp.
U N I V E R S I D A D
5 g
10 g
10 g
1000 ml
D E
A Q U I N O
66
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS
Para esta práctica traer una muestra que contenga
Escherichia coliespecífica y exclusivamente, ya que no nos
interesa saber ni investigar E. coli en muestras x




Coloque frente a usted el mechero y la muestra que contiene los
microorganismos, así como el resto del material.
Flamee el filamento del asa, hasta que éste alcance un rojo
incandescente.
Realice todas las operaciones en la proximidad de la llama,
introduzca el asa de siembra en la muestra. Transfiera el inóculo al
medio de cultivo sólido (medio Mc Conkey) y siembre en zigzag sobre
la superficie.
Incube a 37 ºC 24 horas o el tiempo necesario para que se
desarrollen las bacterias.
AISLAMIENTO E IDENTIFICACIÓN
- Después del desarrollo bacteriano en la caja petri, transfiera una
colonia con el asa, siembre por agotamiento por estrías en agar
Nutritivo preparado la anterior clase práctica.
- Coloque los discos de antibióticos que se les proveerán,
equidistantes entre sí.
- Incubar 24-48 horas a 37 °C.
- Analizar e interpretar los resultados, como un antibiograma
cualquiera.
RESULTADOS
CONCLUSION
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
67
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
CUESTIONARIO
1.
2.
3.
4.
¿Qué componentes tiene el medio de cultivo Mac Conkey?
Qué diferencia hay entre el medio nutritivo líquido y el sólido?
Para qué se utiliza el medio nutritivo, qué contiene?
¿Qué microorganismos se usan comúnmente en el estudio de
laboratorio de biotecnología?
5. ¿Cuáles son las ventajas de usar microorganismos en las
técnicas biotecnológicas?
6. ¿Qué particularidades tiene la E. coli para ser usada en
biotecnología?
7. ¿Qué son los plásmidos y donde se encuentran?
8. Qué otro microorganismo está siendo usado en remplazo de E.
coli, qué ventajas tiene?
9. Qué otros medios podemos emplear en el laboratorio en lugar de
Mac Conkey?
10.
Qué medio se utiliza generalmente en la clínica para realizar
los antibiogramas?
BIBLIOGRAFÍA
- R. Díaz y col. Manual práctico de microbiología Edt. Masson
2da edc. 1999.
- Apunte de Clases de Bacteriología y Biotecnología.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
68
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRÁCTICA - GIP # 6
TÍTULO: CURVA DE CRECIMIENTO BACTERIANO
FECHA DE ENTREGA: 10ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 11ª semana
OBJETIVOS:
Preparar el medio líquido para el crecimiento de E. coli y Monitorear su
crecimiento bacteriano
FUNDAMENTACION TEORICA.
La célula bacteriana es esencialmente una máquina sintética capaz de
duplicarse a sí misma, los procesos de síntesis parta el desarrollo de
una célula bacteriana incluye miles de reacciones químicas de una
amplia variedad de tipos. Algunos de estas reacciones incluyen
transformaciones de energía. Otras reacciones incluyen la biosíntesis de
moléculas pequeñas.
En lo general, en los microorganismos, el crecimiento continúa hasta
que la célula se divide en dos nuevas células, proceso denominado
fisión binaria (binario para expresar el hecho de que de una surgen dos
células). En la E coli, por ejemplo, se observa que las células se alargan
a aproximadamente el doble de la longitud de una célula promedio y
entonces se da una partición que finalmente separa la célula en dos
células hijas.
La medición de la absorbancia de un cultivo a distintos intervalos de
tiempo, la curva que relaciona estos parámetros representa la
multiplicación de la bacteria con sus distintas fases. La primera fase se
denomina fase de latencia, en la que la bacteria se adapta al medio de
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
69
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
cultivo y el número de células no aumenta, después de este período las
bacterias comienzan una fase de crecimiento exponencial, en la que la
reproducción celular alcanza una actividad máxima y el tiempo de
duplicación es constante.
MATERIAL
1.- Erlenmeyer
3.- Piceta.
5.- Pipeta Pasteur
7.- Estufa de cultivo
2.- Vasos precipitados
4.- Varilla de vidrio.
6.- pH metro
8.- Espectrofotómetro
MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS
- Conservar una colonia de E. coli de la práctica anterior.
- Aplicando siempre todos los protocolos de bioseguridad para
cultivos…
- Realizar una siembra de una colonia de E. coli en el medio nutritivo
líquido, mezclar e incubar a 37 °C hasta 48 horas en estufa de cultivo.
- Controlar cada 8 a 12 horas el crecimiento bacteriano, leyendo la
absorbancia en el espectrofotómetro a 540 nm de longitud de onda,
tomando como blanco el medio de cultivo sin bacterias.
RESULTADOS
Interpretar y realizar los resultados en una hoja de papel
milimetrado, mediante una curva de crecimiento bacteriano a
escala y señalar en el los periodos de tiempo que duran cada
fase…
CONCLUSION
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
70
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
CUESTIONARIO
1. ¿Detalle las fases de crecimiento bacteriano según el tiempo?
2. ¿A qué se debe el aumento de la absorbancia en el medio de
cultivo de E. coli?
3. ¿Qué ocurre con el número de bacterias en la fase de latencia?
4. ¿Cuál es el objetivo de realizar una curva de crecimiento
bacteriana?.
5. Indique los principales metabolitos primarios y según su curva de
crecimiento para E. coli cual sería el tiempo ideal para
obtenerlos?
6. Indique los principales metabolitos secundarios y según su curva
de crecimiento para E. coli cual sería el tiempo ideal para
obtenerlos?
7. Por qué no podemos predecir la fase de muerte o declive según
la curva obtenida en laboratorio?
8. En un cultivo bacteriano, se podrían obtener metabolitos
directamente secundarios sin pasar por la elaboración de los
primarios? Cómo?
9. Relacione las distintas fases de crecimiento bacteriano con las
fases de estadio de la enfermedad?
10.
Investigue curvas de crecimiento reales de algunos
microorganismos (mínimo 3 agentes biológicos).
BIBLIOGRAFÍA
- R. Díaz y col. Manual práctico de microbiología Edt. Masson
2da edc. 1999.
- Apunte de Clases de Biotecnología.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
71
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRACTICA - GIP # 7
TÍTULO: EXTRACCIÓN DE ÁCIDOS NUCLEICOS.
FECHA DE ENTREGA: 12ª semana de clases
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 13ª semana
OBJETIVOS
Extraer los ácidos nucleicos de una muestra vegetal.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.
La extracción de ADN de una muestra celular se basa en el hecho de que
los iones salinos son atraídos hacia las cargas negativas del ADN,
permitiendo su disolución y posterior extracción de la célula. Se empieza
por lisar (romper) las células mediante un detergente, vaciándose su
contenido molecular en una disolución tampón en la que se disuelve el
ADN. En ese momento, el tampón contiene ADN y todo un surtido de
restos moleculares: ARN, carbohidratos, proteínas y otras sustancias en
menor proporción. Las proteínas asociadas al ADN, de gran longitud, se
habrán fraccionado en cadenas más pequeñas y separadas de él por
acción del detergente. Sólo queda, por tanto, extraer el ADN de esa
mezcla de tampón y detergente, para lo cual se utiliza alcohol isoamílico
o isopropílico.
MATERIAL Y REACTIVOS





Muestra vegetal
Agua (destilada)
Cloruro de sodio
Bicarbonato sódico
LSS (lauril sulfato de sodio)
U N I V E R S I D A D
D E




A Q U I N O
72
D E
Trituradora o
mortero.
Centrifugadora
Vaso pp 100ml
Tubo de ensayo
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA

Alcohol isopropílico.

Varilla de vidrio
MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS
 Para esta práctica traer subgrupo una muestra vegetal
distinta.
1. Preparar el tampón con los siguientes reactivos y mantener en la
nevera o en un baño de hielo triturado:

120 ml de agua destilada

1,5 g de NaCl, preferiblemente puro.

5 g de bicarbonato sódico.

5 ml de detergente líquido.
2. Elegir la muestra que va a proporcionar el ADN entre los vegetales y
cortar en cuadraditos unos 20-30g.
3. Triturar la muestra con un poco de agua en el mortero. Así se
romperán muchas células.
4. Mezclar en un recipiente limpio 5 ml del triturado celular con 10 ml del
tampón y agitar vigorosamente durante al menos 2 minutos. Separar
después los restos vegetales más grandes del caldo molecular
centrifugando a baja velocidad 5 minutos y después pipetear el
sobrenadante.
5. Retirar 5 ml del caldo molecular a un tubo de ensayo y añadir con
pipeta 5 ml de alcohol isoamílico o isopropílico enfriado a 0ºC. Se
debe dejar escurrir lentamente el alcohol por la cara interna del
recipiente, teniendo éste inclinado. El alcohol quedará flotando sobre
el tampón.
6. Se introduce la punta de una varilla estrecha hasta justo debajo de la
separación entre el alcohol y el tampón. Remover la varilla hacia
delante y hacia atrás y poco a poco se irán enrollando los fragmentos
de mayor tamaño de ADN. Pasado un minuto retirar la varilla
atravesando la capa de alcohol con lo cual el ADN quedará adherido
a su extremo con el aspecto de un copo de algodón mojado.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
73
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
RESULTADOS
CONCLUSIÓN
CUESTIONARIO
1. ¿A qué se denominan ácidos nucleicos?
2. ¿Cuáles son los principales grupos de ácidos nucleicos?
3. ¿Explique en forma resumida el fundamento de la extracción de
ácidos nucleicos?
4. ¿Qué sustancia se usa en la técnica de extracción de ácidos
nucleicos para lisar la célula?
5. ¿De quéestá compuesto el grumo “pegajoso” de color blanco
que se obtiene al final de la técnica de extracción de ADN?
6. Realice una fórmula de ADN con 5 pares de bases nitrogenadas
escrito a mano.
7. Realice una fórmula de ARN con 10 bases nitrogenadas escrito a
mano.
8. Explique: DUPLICACIÓN de ADN, TRANSCRIPCIÓN de ARN y
TRADUCCIÓN de PROTEÍNAS.
9. Busque algún cuadro o esquema que señale cuantos genes tiene
cada cromosoma humano, indique el total de genes, quién tiene
más genes, el hombre o la mujer?
10.
A qué se denomina ADN basura…
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
74
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRACTICA - GIP # 8
TITULO: IDENTIFICACIÓN DE ÁCIDO ASCÓRBICO EN
FRUTAS
FECHA DE ENTREGA: 14ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 15ª semana
OBJETIVOS
Verificar la presencia de vitamina C (ácido ascórbico) en la fruta de la
naranja.
MATERIALES







Erlenmeyer
Hornilla Eléctrica
Tubos de ensayos
Vaso de precipitado
Pipetas
Termómetro
Cintas para medir pH
EQUIPOS

pH metro
REACTIVOS



Ácido ascórbico
Permanganato de potasio
Agua destilada estéril
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
75
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROCEDIMIENTO TEÓRICO
 Para esta práctica traer cáscara de naranja macerada en
alcohol y agua, una dilución 1:2 por un lapso de 4-5 días.

Filtrar el macerado.

Del producto obtenido del macerado se mide su pH (comprobando
así que tenga un pH ácido), luego se lleva a baño maría hasta completa
evaporación del alcohol.

El polvo resultante se le añade 2ml de agua destilada estéril
formando una suspensión.

En un Erlenmeyer aparte se prepara una solución de
permanganato de potasio.

En un tubo se añade 0,5ml de permanganato de potasio, se agrega
0,5ml de la suspensión anterior.

Si el color violeta del permanganato de potasio se decolora
(cambio de color), quiere decir, que hay presencia de ácido ascórbico
(Vitamina C) en la fruta de la naranja.
RESULTADOS
CONCLUSION
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
76
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
CUESTIONARIO
1. Investigue qué microorganismos producen ácido ascórbico
2. Realice los procedimientos de obtención de ácido ascórbico, a
partir de los microorganismos investigado en la pregunta 1.
3. Investigue acerca del arroz dorado y cómo se incluye en éste la
vitamina A.
4. Investigue acerca de las vitaminas liposolubles.
5. Realice un cuadro indicando al menos 10 vitaminas
hidrosolubles y la importancia de cada una de ellas.
BIBLIOGRAFÍA
- R. Diaz y col. Manual práctico de microbiología Edt. Masson
2da edc. 1999.
- Apuntes de Clases de Microbiología industrial y Biotecnología
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
77
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRACTICA - GIP # 9
TITULO: IDENTIFICANDO ENZIMAS EN LOS PRODUCTOS
PARA LAVAR ROPA
FECHA DE ENTREGA: 15ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 16ª semana
Las enzimas suelen detectarse por ensayos de difusión en placas de
Petri con agar y usando los sustratos correspondientes. La técnica, que
requiere de una manipulación en el laboratorio y algunos materiales,
puede ser bajada de Internet (Thiel T., 1999). Pero hay otros test útiles
para identificar cuáles son las enzimas presentes en un producto para el
lavado de ropa.
Las Actividades 1 a 4 muestran cómo detectar proteasas, celulasas,
amilasas y lipasas. Los experimentos se realizan con cucharitas y vasos
plásticos, que pueden ser reemplazados por frascos de vidrio y botellas
de plástico cortadas. Las medidas se hacen con los elementos
habitualmente usados en la cocina.
En algunas de las experiencias se añade el producto directamente sobre
el sustrato, un procedimiento que se aplica a proteasas, celulasas y
amilasas. Para identificar las lipasas, se usa una solución previamente
decantada o filtrada.
Los tiempos indicados son aproximados, ya que dependen de la
temperatura ambiente, de modo que cada uno deberá adaptar los
experimentos a las condiciones locales. Los controles son
indispensables.
EXPERIENCIA 1: QUÉ PRODUCTOS TIENEN PROTEASAS
Los productos para el lavado de ropa que se compran en almacenes y
supermercados tienen su composición detallada en el embalaje. Algunos
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
78
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
llevan enzimas, otros no. Entre las enzimas que pueden estar presentes
están las proteasas, que fragmentan las proteínas que pigmentan
algunas manchas, facilitando su remoción.
¿Cómo identificar cuáles son los productos que tienen proteasas?
Observando si al mezclarlas con una proteína como la gelatina, ésta
pierde su capacidad de formar un gel. ¿Por qué?
MATERIAL
Para 4 ensayos: 1 sobre de gelatina sin sabor, 5 vasos y 5 cucharas de
plástico, agua, 4 productos para el lavado de ropa, uno sin enzimas y
tres con enzimas, 1 marcador. Prever el acceso a una cocina para
preparar la gelatina.
PROCEDIMIENTO
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
79
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
EXPERIENCIA 2: QUÉ PRODUCTOS TIENEN CELULASAS
Los productos para el lavado de ropa que se compran en almacenes y
supermercados tienen su composición detallada en el embalaje. Algunos
llevan enzimas, otros no. Entre las enzimas que pueden estar presentes
están las celulasas, cuya acción elimina las "bolitas", suaviza las
prendas y realza los colores. ¿Cómo identificar entre los productos con
enzimas aquellos que contienen
celulasas en su formulación?
Observando si la cáscara de cebolla pierde el color en una solución del
producto. ¿Por qué?
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
80
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
MATERIAL
Para 3 ensayos: 1 cebolla, 1 tijera, 4 vasos y 4 cucharas de plástico,
agua, 3 productos para el lavado de ropas, uno sin enzimas y los dos
restantes con enzimas, 1 marcador.
PROCEDIMIENTO
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
81
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
EXPERIENCIA 3: QUÉ PRODUCTOS TIENEN AMILASAS
Los productos para el lavado de ropa que se compran en almacenes y
supermercados tienen su composición detallada en el embalaje. Algunos
llevan enzimas, otros no. Entre las enzimas que pueden estar presentes
están las amilasas que al fragmentar el almidón de postres y salsas
facilitan la remoción de las manchas correspondientes. ¿Cómo
reconocer la presencia de amilasas en un producto? Observando si al
mezclarlo con un postre a base de almidón, éste pierde su capacidad de
espesar. ¿Por qué?
MATERIAL
Para 3 ensayos: 1 caja de polvo para preparar postre (vainilla, frutilla o
chocolate), 4 vasos y 4 cucharas de plástico, arena lavada y seca, 3
productos para el lavado de ropa, uno sin enzimas y los dos restantes
con enzimas, 1 marcador. Prever el acceso a una cocina para preparar
el postre.
PROCEDIMIENTO
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
82
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
EXPERIENCIA 4: QUÉ PRODUCTOS TIENEN LIPASAS
Los productos para el lavado de ropa que se compran en almacenes y
supermercados tienen su composición detallada en el embalaje. Algunos
llevan enzimas, otros no. Entre las enzimas que pueden estar presentes
están las lipasas que al fragmentar los lípidos en una reacción que libera
ácidos grasos, facilitan la remoción de las manchas correspondientes.
¿Cómo reconocer la presencia de lipasas en un producto? Observando
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
83
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
si al mezclarlo con crema se produce un aumento de la acidez,
visualizado mediante el cambio de coloración de un indicador
(fenolftaleína). ¿Por qué?
MATERIAL
Para 3 ensayos: 1 caja de crema de leche, 8 vasos y 4 cucharas de
plástico, 4 productos para el lavado de ropa, uno de ellos sin enzimas y
los restantes con enzimas, frasco cuenta-gotas con fenolftaleína
(indicador), 1 marcador.
PROCEDIMIENTO
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
84
D E
B O L I V I A
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
RESULTADOS
 Exponer y presentar los resultados en la última clase
práctica
BIBLIOGRAFÍA
- Muñoz Ma. Antonia. “Limpiando la ropa con Enzimas” 2.007.
U N I V E R S I D A D
D E
A Q U I N O
85
D E
B O L I V I A