Cultivos transgénicos, Es hora de comprender más y temer menos ArgenBio Mayo 2019 2 Contenidos Segunda Parte: Primera Parte: 1.! Los cultivos transgénicos en el contexto del mejoramiento vegetal 1.! Biotecnología, definiciones e historia 2.! Transformación genética de plantas 2.! Biotecnología tradicional y sus aplicaciones 3.! Situación actual y desarrollos de cultivos transgénicos 3.! Ingeniería genética y biotecnología moderna 4.! Preocupaciones del público: seguridad, percepción pública y buenas prácticas agrícolas 4.! Proteínas recombinantes, industria farmacéutica y de alimentos 5.! Clonación y transformación genética de animales, aplicaciones Tercera Parte: Recreo Preguntas Encuesta •! Recursos para la divulgación de la biotecnología agrícola 3 1. La biotecnología Es el empleo de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre 4 ¡Biotecnología! !...3.000 años antes de nuestra era los egipcios y babilonios sabían cómo usar las levaduras salvajes para hacer pan. !...antes aún (6.000 años), en la Mesopotamia se producían 24 clases de cerveza diferentes! Biotecnología tradicional (microbios útiles) 5 Microorganismos Principalmente bacterias (eubacterias, archea) y hongos (levaduras, filamentosos) Placas de Petri/ colonias Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) Microscopios 6 Luis Pasteur (1822-1895) •! Los microorganismos provienen de otros pre-existentes (¡no existe la generación espontánea!) •! Origen microbiano de la fermentación •! Vacunación - atenuación •! Pasteurización Levaduras del vino, según Pasteur "La ciencia y las aplicaciones de la ciencia están unidas como el fruto al árbol” 2. Biotecnología tradicional y sus aplicaciones 8 Hongos y biotecnología Saccharomyce cerevisiae Pan, vino, cerveza Penicillium camemberti Queso Camembert Aspergillus niger Ácido cítrico en alimentos Penicillium roqueforti Queso Roquefort 9 Hongos y biotecnología Penicillium notatum Penicilina 10 Bacterias y biotecnología Streptomyces sp. (estreptomicina, cloranfenicol, neomicina) Bifidobacterium Lactobacillus sp. y Streptococcus sp. breve Yogurt Probióticos Bacterias ácidolácticas 11 Enzimas en detergentes Bacillus sp amilasas, proteasas, lipasas, celulasas, mananasas, etc. Enzimas de organismos extremófilos termófilos mesófilos psicrófilos halófilos 12 13 Enzimas en la industria textil Ejemplos: v! Para eliminar el almidón que recubre a las telas (desengomado) v! Limpiar - sacar manchas v! Suavizar las telas – efecto pre-lavado v! Colorear telas 14 Bacterias en agricultura Bacillus thuringiensis (insecticida) Rhizobium spp. (inoculante) 15 Biotecnología y biocombustibles Bio (biomasa) + combustible Bioetanol, a partir de! Almidón (maíz, trigo, papa, mandioca) Sacarosa (caña de azúcar, remolacha, sorgo dulce) Celulosa (residuos agrícolas y forestales, en desarrollo) Biodiesel, a partir de! Aceites vegetales de colza, soja, canola, girasol, jatropha, etc. Obtención de etanol a partir de caña de azúcar (o remolacha) caña de azúcar “crushing” jugo de caña bagazo concentración 110ºC, decantación molasas fermentación AZÚCAR ETANOL PAPEL fermentación 16 17 Biodiesel Ácido graso Metanol Glicerol Éster monoalquílico de ácido graso BIODIESEL Aceites de colza, soja, girasol, jatropha, mostaza, lino, canola, palma, cáñamo, algas, aceites usados y grasas de origen animal, etc. 18 Producción de biodiesel a partir de algas 19 Plásticos biodegradables (¿quizás en el futuro en plantas?) polihidroxialcanoatos PHA (bioplástico) Plásticos biodegradables Almidón (maíz, aunque también papa, mandioca, etc.) Bacterias Ácido láctico Poliláctido PLA (bioplástico) 20 21 Tratamiento de residuos y efluentes + Producción de biogás y electricidad Biorremediación Degradación, absorción, acumulación y/o transformación de metales pesados, petróleo, otros contaminantes Caso Exxon Valdez En 1989 se derramaron 40 millones de litros de petróleo en Alaska. La biorremediación involucró la acción de microorganismos autóctonos y la bioestimulación con fósforo (P), nitrógeno (N) y potasio (K). Como resultado, se incrementó unas 4 veces la velocidad de degradación. Biotecnología tradicional: Empleo de (micro)organismos para la obtención de un producto útil para la industria Probióticos Enzimas Alcoholes Ácidos orgánicos Aminoácidos Polímeros Antibióticos Bacterias Bacterias yogurt detergentes bebidas alcohólicas gaseosas edulcorantes plásticos medicamentos biorremediación inoculantes, insecticidas 22 23 Biotecnología tradicional (Empleo de organismos para la obtención de un producto útil para la industria). Desde 7.000 a.c. Ingeniería genética o metodología del ADN recombinante. Desde 1970s Biotecnología moderna (Emplea la ingeniería genética). Desde 1980s Biotecnología, hoy Investigación científica 3. Ingeniería genética y biotecnología moderna 25 El ADN y los genes 26 ADN codones en el ADN proteína 27 El código genético es universal Ingeniería genética = Metodología del ADN recombinante 28 Conjunto de técnicas que permiten transferir genes de un organismo a otro Transgénesis gen de interés transgén * * Organismo de origen con característica deseada bacterias células en cultivo levaduras Organismo receptor plantas animales Organismo transgénico o genéticamente modificado (OGM) o recombinante produce una proteína recombinante 29 (introduciendo un gen de un pez en el cultivo de frutilla no se obtiene un frutipez) 30 Biotecnología moderna Es la que emplea las técnicas de ingeniería genética (permite transferir genes de un organismo a otro) ¿Para qué? Producción o sobre-producción de enzimas, fármacos y otras moléculas Mejoramiento animal y vegetal 4. Proteínas recombinantes, industria farmacéutica y de alimentos 32 Producción de proteínas recombinantes con valor terapéutico Escherichia coli Primer fermentador para la producción de fármacos a partir de microorganismos genéticamente modificados. Liverpool, 1982 (insulina en Escherichia coli) 33 Antes... Ahora... Páncreas purificación bioquímica Insulina de cerdo ADN (gen de la insulina humana) bacterias o levaduras (ingeniería genética) Insulina humana (recombinante) 34 gen insulina humana construcción genética (para que se fabrique insulina en la bacteria) Introducción del la construcción en las bacterias (transformación) Insulina humana recombinante Purificación Las bacterias producen insulina humana Producción de insulina a gran escala Insulina para distribución 35 Hormona de crecimiento (somatotropina) humana recombinante Antes, a partir de cadáveres Ahora, a partir de bacterias recombinantes 36 Proteínas recombinantes empleadas como fármacos Escherichia coli Levaduras Cultivo de células animales y vegetales (Próximamente... también en plantas transgénicas y animales transgénicos) Producto Indicación terapéutica Factores de coagulación Hemofilia Insulina Diebates mellitus Hormona de crecimiento Eritropoyetina (EPO) Deficiencia de la hormona en niños Anemia Interferón alfa (IFN alfa) Hepatitis B y C, cáncer Vacuna anti-hepatitis B Inmunización contra la hepatitis B Anticuerpos monoclonales recombinantes Asma, arthritis reumatoidea Proteína C Sepsis severa Beta-glucocerebrosidasa Enfermedad de Gaucher DNAsa Fibrosis quística Porcentaje de las enzimas recombinantes que se emplean en diferentes industrias Industria Porcentaje de todas las enzimas 1985 1994 2000 Detergentes Proteasas, amilasas, celulasas, lipasas 0 80 95 Almidón y derivados Amilasas, maltasas, isomerasas 0 95 95 Panadería Amilasas, glucanasa, xilanasa, proteasas 0 20 50 Aceites y grasas Lipasas, esterasas 0 10 100 Alimentos para animales Fitasas, amilasas, glucanasa, xilanasa 0 30 90 37 38 Enzimas recombinantes que se emplean en la industria alimenticia Enzima Aplicación (elaboración de...) Alfa-amilasa Pan, bebidas, almidón Aminopeptidasa Queso, lácteos, sabores Fosfolipasa Pan, grasas Glucosa isomerasa Almidón Hemicelulasa Pan, almidón Bacterias Lactasa Lácteos Hongos Lipasa Grasas, quesos, sabores, pan Pectinasa Bebidas, derivados de frutas Proteasa Quimosina Queso, pan, bebidas, derivados de carne y pescado Queso Xilanasa Bebidas, almidón, pan 39 Biotecnología moderna (la que emplea a la ingeniería genética) Medicamentos y vacunas (insulina, interferón, hormona de crecimiento, vacuna contra la hepatitis B) quesos, galletitas, pan, embutidos, bebidas, etc. textil papel Enzimas alcohol Reactivos de diagnóstico jabones en polvo Animales mejorados y modelos de estudio Edulcorantes y resaltadores de sabor Cultivos vegetales mejorados 5. Clonación y transformación genética de animales, aplicaciones 41 Biotecnología animal: ratones transgénicos ¿Para qué sirven los ratones transgénicos? - Como herramientas para estudiar la función y la expresión de los genes - Como modelos de enfermedades para el desarrollo de drogas y estrategias de tratamiento Se demostró que un gen de otra especie puede introducirse en el ratón, integrarse a su genoma, ser funcional y transmitirse a la descendencia 1982 - Ratón transgénico para el gen de la hormona de crecimiento de rata 42 Animales transgénicos y biotecnología (objetivos) 1)! Para mejoramiento del ganado y otros animales de importancia económica (peces, animales de granja, etc.) 2) Para producir leche con mayor valor nutricional o que contenga proteínas de importancia farmacéutica 43 Transgénicos: mejoramiento animal Annie, una vaca transgénica resistente a la mastitis (en desarrollo) 44 Transgénicos: mejoramiento animal Salmones transgénicos con más hormona de crecimiento para que crezcan más rápido 45 Animales transgénicos que producen fármacos Tracy (1991-1998), la primera oveja transgénica. Producía 40g/L de alfa-1antitripsina en la leche. 46 Dolly (1997-2003) La primera oveja obtenida por clonación a partir de células adultas 47 Clonación de animales Oveja adulta A céula de ubre de la oveja A fusión entre la célula de la oveja A y el óvulo no fecundado sin núcleo Oveja adulta receptora implante del embrión en el útero de una oveja receptora Oveja adulta donante óvulo no fecundado de la oveja donante eliminación de núcleo (ADN) del óvulo desarrollo del embrión (in vitro) Dolly (clon de A) 48 En 2007 Argentina (Goyaike) obtiene el primer clon ovino de América, y se transforma en el 5to. país en clonar ovinos, luego de Escocia, Nueva Zelandia, Australia e Italia. 49 Los Caballos de Cambiaso Colibrí, Lapa, Nona, Aiken Cura, Cuartetera y Small Person Foto: Infobae N°5, 2010 ! 50 Clonación de mascotas Foto: revista Variety Barbra Streisand con los dos clones de su perra Samantha: Miss Violet y Miss Scarlett. Clonación y trangénesis La introducción de genes por transfección y posterior selección de células totipotenciales permite producir animales transgénicos con muy alta eficiencia. 51 52 Transgénicos: proteínas de interés Mansa (nació en 2002) Primera ternera clonada y transgénica. Produce la hormona de crecimiento humana en la leche. 53 ¿Cómo se genera una vaca transgénica? Dinastía Patagonia Produce insulina humana en su leche 54 Transgénicos: proteínas de interés Rosita-ISA Posee dos genes humanos que codifican dos proteínas presentes en la leche humana, de gran importancia para la nutrición de los lactantes: lactoferrina y lisozima Tienen funciones antibacterianas, de captura de hierro y, además, son inmunomoduladores 55 56 FIN de la primera parte
