Uso de los recursos genéticos del océano

Uso de los recursos genéticos
del océano
Jesús M. Arrieta
Carlos M. Duarte
Departamento de Investigación del Cambio Global
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA)
Biodiversidad marina
• Los mares cubren >70% de la superficie terrestre.
• La investigación en biodiversidad marina supone ~10%
de la investigación en biodiversidad a nivel global.
• Aproximadamente un 10% de las especies descritas son
marinas.
• El número de especies marinas descritas crece un 0.9%
anual.
• A pesar de la pequeña proporción del esfuerzo
investigador que se les dedica, los sistemas marinos
continúan sorprendiéndonos.
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Hitos recientes en la exploración del
“espacio interior”
•
1977. Se descubre un ecosistema singular
basado en la quimiosíntesis en el fondo del
oceáno.
•
1983. Se descubre un nuevo phylum de
animales marinos Loricifera.
•
1988. Descubrimiento de Prochlorococcus, el
orgamismo fotosintético más abundante del
planeta.
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Uso de los recursos
naturales:
Domesticación
•
En tierra
El 90% de los
organismos
domesticados hace
>2000 años.
•
En el mar
El 90% de los
organismos
domesticados en el
último siglo.
Duarte et al 2007
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Recursos Genéticos
• Productos Naturales
– Moléculas producidas por un organismo que pueden
ser utilizadas como medicamentos, cosméticos,
suplementos nutricionales...
• Secuencias de ADN
– Genes que codifican una proteína o enzima de
interés o secuencias de ADN de utilidad para el
diagnóstico o la detección. Susceptibles de ser
patentadas.
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Ejemplos de productos naturales
Product
Use
Source
Ara‐A (acyclovir)
Antiviral drug (herpes infections)
Marine sponge, Cryptotethya cryta
Ara‐C (cytosar‐U, cytarabine)
Anticancer drug (leukemia and non‐
Hodgkin’s lymphoma)
Marine sponge, Cryptotethya cryta
Okadaic acid
Phosphatase inhibitor
Dinoflagellate
Manoalide
Phospholipase A2 inhibitor
Marine sponge, Luffariella variabilis
“Marine extract” additive
Caribbean gorgonian, Pseudopterogorgia
elisabethae
Fatty acids used as additive in infant formula nutritional supplement
Marine microalga
Conjugated antibodies used in ELISAs
and flow cytometry
Red algae
Pharmaceuticals
Molecular Probes
Cosmetic additives
Resilience (Estée Lauder)
Nutritional Supplements
Formulaid (Martek Biosciences)
Pigment
Phycoerythrin
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Ejemplos de genes
Product
Use
Source
Aequorin
Bioluminescent calcium indicator
Reporter gene
Bioluminescent jellyfish, Aequora victoria
Green fluorescent protein (GFP)
Reporter gene
Bioluminescent jellyfish, Aequora victoria
Vent and Deep Vent DNA polymerase (New England BioLabs)
Polymerase chain reaction enzyme
Deep‐sea hydrothermal vent bacterium
Fish proteases
Fish scaling
Ripening of salted fish
Tenderization of squid
Production of caviar
Many fish species. Cold adapted enzymes
Proteases, lipases for detergents
Extraction of carotenoproteins for food coloring
Caviar production
Meat tenderizing
B‐galactosidases for lactose removal from milk
Psichrophylic microorganisms
Molecular Probes
Enzymes
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Genes patentados y productos naturales de origen
marino descritos en la literatura científica.
Productos naturales descritos
Secuencias patentadas
Numero de especies marinas utilizadas
Tasa de crecimiento anual
Descritas
Fuente de PN
Patentes
Domesticadas
Descritas
0.91%
Domesticadas
2.75%
Patentadas
12%
Numero total de organismos
Domesticados
294
Patentes
558
Productos naturales
4800
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Numero de especies marinas descritas
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Comparación con especies terrestres
•
•
•
Los procariotas (Bacteria, Archaea) son mejores candidatos para la
obtención de genes útiles.
El porcentaje de especies que proporcionan genes patentables es doble
para organismos marinos que para los terrestres.
Se estima que la probabilidad de obtener productos naturales de
organismos marinos es 500 veces mayor que para los terrestres
(Venugopal, 2008)
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Estimas de diversidad marina
• El número total de especies descritas en
sistemas marinos está entre 15000 y
300000 especies.
• Se estima que puede haber ente 1.4 y 1.6
millones de especies marinas en total.
• Al ritmo actual de descripción de nuevas
especies aún quedan entre 250 y 1000
años para que se puedan describir todas
las especies marinas.
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Estimas de diversidad microbiana
marina
Algunos ejemplos recientes:
– Rowher et al (2002) Æ 430 species la mayoría nuevas en 14
fragmentos de coral.
– Venter et al. (2004) Æ 1800 OTUsen un m3 de agua del Mar de
los Sargazos, 148 de ellas desconocidas.
– Rusch et al (2007 ) Æ 811 OTUs en un conjunto de 45
estaciones costeras de las cuales el 52% desconocidas hasta
entonces.
– Sogin et al (2006) Æ >6000 OTUs en un litro de agua de mar,
estimas estadísticas ~25000 especies.
Estos estudios sugieren que la diversidad microbiana marina
global es de varios millones de especies.
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Sostenibilidad de la explotación de
recursos genéticos marinos
• La mayor parte de la diversidad marina está por
descubrir Æ las oportunidades de descubrir
nuevos genes y productos naturales en el futuro
son enormes.
• La bioprospección de genes y productos
naturales no requiere grandes recolecciones de
biomasa en la mayor parte de los casos Æ
procesos sostenibles.
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
¿Están en peligro estos recursos?
•
•
•
Un tercio de los arrecifes de coral están en peligro de extinción
(Carpenter, 2008)
Pérdida de extensión del hielo Ártico (ACIA, 2004).
De las 340 especies de eucariotas marinas descritas como fuentes
de genes de interés:
– Sólo 36 aparecen en la lista de especies amenazadas de la IUCN
•
•
•
•
2 como “Endangered”
6 como “Vulnerable”
7 como “Near Threatened”
10 como “Data deficient”
A medida que se complete la lista de especies amenazadas,
aparecerán más…
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Biopiratería
• La prospección y explotación de genes y
productos naturales sólo está al alcance de los
países más avanzados.
• Los recursos genéticos se encuentran a
menudo en países en vías de desarrollo o en
aguas internacionales.
• Biopiratería: Apropiación de materiales biológicos
naturales por un país tecnológicamente avanzado u
organización sin una justa compensación a los pueblos
o naciones en cuyos territorios se descubrieron estos
materiales.
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Protección de los recursos genéticos marinos
• Convención de las Naciones Unidas sobre el
Derecho del mar (UNCLOS)
– Establece la extensión de las aguas territoriales
– Regula el uso de los recursos minerales fuera de las aguas territoriales.
– No regula la utilización de recursos biológicos en aguas internacionales
• El convenio para la diversidad biológica (CBD)
– Establece los derechos soberanos nacionales sobre los recursos biológicos y
compromete a los países miembros a conservarlos, a desarrollarlos para la
sostenibilidad y a compartir los beneficios resultantes de su uso.
No todos los países han ratificado estos dos acuerdos
• Los recursos genéticos marinos en aguas internacionales
están en un vacío legal.
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Patentes de recursos biológicos
• Tanto genes como productos naturales se
pueden patentar.
• No existen requerimientos en cuanto a la
procedencia de estos recursos.
• Sin esta información es imposible
controlar el acceso y el reparto justo de
beneficios los de los recursos genéticos
marinos.
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es
Resumen
1.
2.
3.
4.
Los sistemas marinos son particularmente apropiados para el
descubrimiento de recursos genéticos
La enorme biodiversidad que queda por descubrir y el pequeño
impacto ecológico asociado hacen que la explotación de recursos
genéticos marinos sea un proceso potencialmente sostenible.
El necesario tener en cuenta estos recursos a la hora de
establecer medidas de protección, ya que el deterioro de los
ecosistemas marinos puede poner en peligro estos recursos
genéticos
Es necesario llegar a acuerdos internacionales para la regular la
protección, el aprovechamiento y el reparto equitativo de la
riqueza generada por estos recursos genéticos en aguas
internacionales.
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC‐UIB) imedea.uib‐csic.es