BIOTECNOLOGÍA
BIOTECNOLOGÍA
¿QUÉ ES LA BIOTECNOLOGÍA?
Empleo de microorganismos vivos para la
obtención de algún producto o servicio útil
para el hombre.
Tradicional
Biotecnología tradicional
Las civilizaciones Sumeria y Babilónica (6000 años a.C.) ya conocían cómo elaborar cerveza.
Los egipcios ya sabían fabricar pan a partir del trigo hacia el 4000 a.C.
Antes de la escritura del libro del Génesis, se disfrutaba del vino en el Cercano Oriente.
Otros procesos biotecnológicos conocidos de modo empírico desde la antigüedad:
fabricación de queso cultivo de champiñones
Biotecnología “moderna”
La biotecnología moderna se basa en la utilización de las técnicas del ADN recombinante o de ingeniería genética, los anticuerpos monoclonales y los nuevos métodos de cultivo de células y tejidos. Así, se puede decir que la
biotecnología es un conjunto de innovaciones tecnológicas basadas en la utilización de microorganismos para la
Alimentación
Alimentación EcologíaEcología AgriculturaAgricultura SaludSalud
Ing. Genética
Ing. Genética BioingenieríaBioingeniería
Biología Molecular
Biología Molecular MedicinaMedicina Microbiología
Microbiología BioquímicaBioquímica
Biotecnología
Biotecnología
Avances
Avances
Disciplinas
HERRAMIENTAS DE LA
BIOTECNOLOGÍA
Para poder manipular el ADN se utilizan una
serie de técnicas específicas:
Enzimas de restricción par cortarlo.
HERRAMIENTAS DE LA
BIOTECNOLOGÍA
En 1975 Daniel Nathans y Hamilton O.
Smith descubrieron un tipo de proteínas – las enzimas endonucleasas o enzimas de
restricción- que actúan como “tijeras
moleculares”, cortando la doble cadena de ADN a través del esqueleto de fosfatos sin dañar las bases. El descubrimiento de estas enzimas condujo a dichos microbiólogos al Nobel en 1978 y dio origen a la ingeniería genética.
Las enzimas de restricción son producidas por
bacterias como método de defensa contra virus y degradan el ADN extraño.
La enzima de restricción puede reconocer
HERRAMIENTAS DE LA
BIOTECNOLOGÍA
ADN-ligasa: enzima capaz de
reparar fracturas en un filamento de ADN sintetizando una unión entre nucleótidos adyacentes. También puede unir dos
extremos sueltos de cadenas de ADN y a veces reparar rupturas de ARN.
En biotecnología se utiliza para unir los fragmentos de ADN
HERRAMIENTAS DE LA
BIOTECNOLOGÍA
Los plásmidos son moléculas de
ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN
cromosómico. Están presentes normalmente en bacterias.
Se utilizan en ingeniería genética
por su capacidad de reproducirse de manera independiente del ADN
cromosomal como así también por que es relativamente fácil
HERRAMIENTAS DE LA
BIOTECNOLOGÍA
Esto fue lo que hicieron Stanley
Cohen y Herbert Boyer de la Universidad de California en San
Francisco – cortaron el gen de un virus y lo pegaron en una bacteria. Cuando la bacteria se reprodujo, hizo copias del gen del virus. Los investigadores
demostraron que las bacterias podían convertirse en fábricas de proteínas. Al recombinar genes de esta manera,
Cohen y Boyer fundaron la tecnología de “recombinación” del ADN.
HERRAMIENTAS DE LA
BIOTECNOLOGÍA
Los plásmidos usados en Ingeniería
Genética suelen contener uno o dos genes que les confieren resistencia a antibióticos y permiten seleccionar clones recombinantes. Hay otros métodos de selección además de la resistencia a antibióticos, como los
basados en fluorescencia o en proteínas que destruyen las células sin uso de antibióticos. Estos nuevos métodos de selección de
plásmidos son de uso frecuente en
BIOTECNOLOGÍA
La lista de usos y aplicaciones de la
biotecnología aumenta día con día (medicina,
ganadería, agricultura, etc).
Su impacto en la sociedad es tan grande,
que incluso se prevé que ésta será la
revolución tecnológica de mayor envergadura
para la humanidad en el sigo XXI.
APLICACIONES
AGRICULTURA
a).-Producción de plantas resistentes a plagas, enfermedades, sequías y sal
b).-Propagación en masa de clones vegetales
c).-Desarrollo de insecticidas biológicos
d).-Mejoramiento de características nutricionales
GANADERÍA
a).-Control de la fertilidad
b).-Producción de ganado genéticamente mejorado
MEDICINA
a).-Producción de vacunas y hormonas en microorganismos recombinantes
b).-Diagnóstico molecular de enfermedades
c).-Terapia génica de enfermedades hereditarias
MEDIO AMBIENTE
a).-Biorremediación de agua y suelos contaminados con:
-petróleo
-solventes
-desechos orgánicos
-metales
LA BIOTECNOLOGÍA MEDIO
ADECUADO PARA ALIVIAR
ENFERMEDADES Y MITIGAR EL
HAMBRE
Tratamiento para la Diabetes Tratamiento para el Cáncer Terapia Génica
Maíz transgénico resistente a plagas
FABRICACIÓN DE
PROTEÍNAS
El primer producto obtenido mediante la
FABRICACIÓN DE PROTEÍNAS
El interferón es una proteína producida naturalmente
por el sistema inmunitario de la mayoría de los animales como respuesta a agentes externos, tales como virus y células cancerígenas.
La producción de interferón era cara hasta 1980 cuando
genes de interferón fueron introducidos en bacterias usando tecnología de recombinación de ADN,
permitiendo el cultivo masivo y purificación de las emisiones bacterianas.
Actualmente existen varios tipos de interferón que han
FABRICACIÓN DE PROTEÍNAS
La hormona del crecimiento (GH) o somatotropina es
producida por la glándula Hipófisis. Esta hormona facilita el aumento de tamaño de las células y estimula la
mitosis, con lo que se desarrolla un número creciente de células y tiene lugar la diferenciación de determinados tipos de células, como las células de crecimiento óseo.
Gracias a la utilización de la biotecnología para la
producción de hormona de crecimiento recombinante hay una mayor disponibilidad de GH, por lo que un
número mayor de pacientes se puedan beneficiar de sus efectos. Además se evitan infecciones, ya que en el
FABRICACIÓN DE PROTEÍNAS
Otras proteínas obtenidas mediante
procedimientos biotecnológicos son:
ADN polimerasa útil en el tratamiento de la
Fibrosis quística.
Algunas vacunas como la de la Hepatitis B.
Otras de uso en la industria alimentaria y de
Análisis de muestras reducidas
de ADN
Otra de las posibilidades que permite la
biotecnología es al análisis de muestras muy
reducidas de ADN. Para ello mediante una
novedosa técnica, la reacción en cadena de
la polimerasa (PCR), esta muestra se amplia
enormemente y posteriormente se analiza sin
problemas con la metodología que ya se
PCR (reacción en cadena de la
polimerasa)
Mediante la técnica de la reacción en cadena de la
polimerasa (
Polymerase Chain Reaction
PCR en
inglés) se pueden obtener grandes cantidades de
ADN que permiten diferentes análisis, a partir de
cantidades mínimas.
Se basa en el proceso de replicación del ADN, para
ello se utilizan unos oligonucleótidos que se han de
diseñar como cebadores que inician la replicación
"in vitro". La replicación se repite multitud de veces
duplicando en cada ciclo la cantidad de ADN
Clonación de ADN por la reacción en cadena de la polimerasa
PCR (reacción en cadena de la
polimerasa)
Esta síntesis artificial de ADN se ha de realizar a altas
temperaturas para que las dos cadenas de ADN no se enrollen entre sí, lo cual puede realizarse gracias a una enzima ADN polimerasa obtenida de una bacteria
termófila.
Esta técnica tiene múltiples utilidades:
realizar pruebas de paternidad o averiguar la autoría de un
delito.
diagnosticar enfermedades hereditarias antes del
nacimiento.
analizar restos de tejidos en huesos para hacer estudios
filogenéticos (evolución).
realizar secuenciaciones de genomas (mucho más rápido
¿QUÉ ES UN TRANSGÉNICO?
Un organismo modificado genéticamente (OMG u
organismo transgénico) se caracteriza por contener una fracción del ADN de otro organismo integrado en su propio ADN.
Usualmente, él o los genes insertados determinan la
presencia específica de nuevas proteínas. Como
resultado, el organismo transgénico gana una nueva función o un nuevo rasgo.
En sentido estricto las bacterias productoras de
TRANSGÉNICOS
Las diferencias entre los alimentos de la Biotecnología tradicional
y los Transgénicos son sólo técnicas.
Mediante la biotecnología tradicional se combinan de forma
aleatoria los miles de genes de los genomas de dos cepas
precursoras intentando encontrar un genoma que reúna los genes beneficiosos de ambos progenitores.
La ingeniería genética:
Es mucho mas precisa. Implica direccionalidad.
Permite transferir genes de unas especies a otras e incluso
Gluten apto para celíacos
Gluten apto para celíacos
Tomate con mayor
Tomate con mayor
contenido licopeno
contenido licopeno
Arroz Dorado
Arroz Dorado
Café descafeinado
Café descafeinado
Soja menos alérgica
Soja menos alérgica
Etc.
Etc.
Gluten apto para celíacos
La enfermedad celíaca se desencadena cuando los individuos susceptibles ingieren proteínas del gluten (prolaminas) presentes en los cereales (trigo, centeno, avena y cebada).
El tratamiento actual consiste en eliminar el gluten de la dieta.
Tomate con antioxidantes
Los flavonoides y compuestos fenólicos
relacionados tienen actividad antioxidante.
Mediante ingeniería metabólica se
incrementa la expresión de genes que codifican enzimas clave de rutas biosintéticas
Se han obtenido tomates con alto contenido
de flavonoides
El licopeno es un carotenoide antioxidante,
neutraliza los radicales libres que se producen en el organismo y que llevan al envejecimiento celular y al desarrollo de enfermedades cardiovasculares y ciertos tipos de cáncer.
Se pueden aumentar los niveles de estos
Arroz dorado
Por ingeniería genética se logró completar en el arroz común la ruta para la síntesis de pro-vitamina A (precursora de la vitamina A), y obtener así el arroz dorado.
La carencia de vitamina A en estas poblaciones (asiática principalmente) provoca altos niveles de ceguera y mortalidad.
Este producto sería de mucha importancia en poblaciones que basan su alimentación en el arroz, alimento que naturalmente no posee pro-vitamina A.
Café descafeinado
En todo el mundo existe un gran interés por el desarrollo de café sin
cafeína. Los métodos actuales para prepararlo emplean solventes orgánicos para extraer la cafeína, lo cual genera la preocupación de la posible presencia de residuos de los solventes en el café. Otros métodos son criticados por alterar el sabor final de la bebida.
Soja menos alergénica
La soja es uno de los alimentos que puede producir alergia en ciertas personas. La mitad de los casos se deben específicamente a una proteína, denominada P34.
Colza con una proporción de
ácidos grasos más sana
La colza es un importante cultivo oleaginoso. La biotecnología se propone mejorar la calidad del aceite modificando su composición de ácidos grasos, como por ejemplo, elevando la proporción de ácido oleico.
Otros desarrollos:
Fresas resistentes a bajas temperaturas. Obtener cultivos
de fresas que resisten las bajas temperaturas, ya que llevan insertados genes que sintetizan proteínas con propiedades
anticongelantes, procedentes de pescado del Ártico (“Platija ártica”).
Tomate transgénico “FLAVR SAVR”. El tomate “FLAVR SAVR” consiste en reducir el ablandamiento que se produce
durante el almacenamiento. En el caso del tomate “Flavr Savr” el enzima cuya síntesis se inhibe es la poligalacturonasa responsable del ablandamiento y senescencia del fruto maduro. Al no ser activo este proceso es muy lento y los tomates pueden cogerse maduros de la planta.
Maíz resistente a los insectos. Incorpora un gen que produce una toxina.
Riesgos potenciales
Expresión inesperada de genes. Proteínas con potencial alérgeno. Impacto medioambiental.
Alteración de la calidad nutricional. Amenaza a la diversidad biológica.
Generación de resistencias a antibióticos. Potencial tóxico.
Las organizaciones ecologistas son
radicalmente contrarias a los Transgénicos.
Riesgos
Riesgos potenciales
La FAO apoya un sistema de evaluación de base
científica que determine objetivamente los beneficios y riesgos de cada organismo modificado genéticamente.
Es necesario evaluar los posibles efectos en la
biodiversidad, el medio ambiente y la inocuidad de los alimentos, y la medida en que los beneficios del producto o proceso compensan los riesgos calculados.
El proceso de evaluación deberá tener en cuenta la
Otros desarrollos de
Transgénicos
Bacterias con mayor poder de degradación
del petróleo.
Bacterias productoras de plásticos
CÉLULAS MADRE
Una
célula madre
o
célula indiferenciada
es una
célula que tiene capacidad de autorrenovarse
mediante divisiones mitóticas o bien de continuar la
vía de diferenciación para la que está programada
y, por lo tanto, producir uno o más tejidos maduros,
funcionales y plenamente diferenciados en función
de su grado de multipotencialidad.
Una célula madre es una célula indiferenciada
proveniente de un embrión, feto o adulto.
Poseen la capacidad de dividirse ilimitadamente.
Su función es reparar los tejidos de nuestro
organismo.
Bajo ciertas condiciones pueden convertirse o dar
Hay 3 tipos básicos de Células
Hay 3 tipos básicos de Células
Madres
Madres
Célula madre totipotenteCélula madre totipotente puede crecer y formar un puede crecer y formar un
organismo completo, tanto los componentes embrionarios
organismo completo, tanto los componentes embrionarios
(como por ejemplo, las tres capas embrionarias, el linaje
(como por ejemplo, las tres capas embrionarias, el linaje
germinal y los tejidos que darán lugar al saco vitelino), como
germinal y los tejidos que darán lugar al saco vitelino), como
los extraembrionarios (como la placenta).
los extraembrionarios (como la placenta).
Célula madre pluripotenteCélula madre pluripotente no puede formar un organismo no puede formar un organismo
completo, pero puede formar cualquier otro tipo de célula
completo, pero puede formar cualquier otro tipo de célula
proveniente de los tres linajes embrionarios (endodermo,
proveniente de los tres linajes embrionarios (endodermo,
ectodermo y mesodermo), así como el germinal y el saco
ectodermo y mesodermo), así como el germinal y el saco
vitelino.
vitelino.
Células madre multipotentesCélulas madre multipotentes son aquellas que solo son aquellas que solo
pueden generar células de su propia capa o linaje
pueden generar células de su propia capa o linaje
embrionario de origen (por ejemplo: una célula madre
embrionario de origen (por ejemplo: una célula madre
mesenquimal de médula ósea, al tener naturaleza
mesenquimal de médula ósea, al tener naturaleza
mesodérmica, dará origen a células de esa capa como
Básicamente, en biología se trabaja sobre dos tipos de células madre:
* Célula madre embrionaria (pluripotentes): En la actualidad se utilizan como modelo para estudiar el desarrollo embrionario y para entender cuáles son los mecanismos y las señales que permiten a una célula pluripotente llegar a formar cualquier célula plenamente diferenciada del organismo.
* Célula madre adulta: En un individuo adulto se conocen hasta ahora
alrededor de 20 tipos distintos de células madre, que son las encargadas de regenerar tejidos en continuo desgaste (como la piel o la sangre) o dañados (como el hígado). Su capacidad es más limitada para generar células
especializadas. Las células madre hematopoyéticas de médula ósea (encargadas de la formación de la sangre) son las más conocidas y empleadas en la clínica desde hace tiempo.
La célula madre por excelencia es el cigoto, formado cuando un óvulo es
fecundado por un espermatozoide. El cigoto es totipotente, es decir, puede dar lugar a todas las células del feto y a la parte embrionaria de la placenta. Conforme el embrión se va desarrollando, sus células van perdiendo esta propiedad (totipotencia) de forma progresiva, llegando a la fase de blástula o blastocisto en la que contiene células pluripotentes (células madre
embrionarias) capaces de diferenciarse en cualquier célula del organismo salvo las de la parte embrionaria de la placenta. Conforme avanza el
desarrollo embrionario se forman diferentes poblaciones de células madre con una potencialidad de regenerar tejidos cada vez más restringida y que en la edad adulta se encuentran en "nichos" en algunos tejidos del
Reprogramación celular
Hace pocos años científicos japoneses han
conseguido reprogramar células adultas
(normales) para convertirlas en células
madre pluripotentes. Para ello,
activaron cuatro genes que habitualmente
están inactivos en esas células, pero que son
absolutamente necesarios para el correcto
Utilización de las células
madre
Se han propuesto varias posibilidades, pero la principal es emplearlas como
herramienta para regenerar órganos y tejidos dañados del organismo.
Trasplantes terapéuticos. Los dos grandes problemas de la terapia de
trasplantes convencional son la falta de donantes y el riesgo de rechazo del órgano recibido. Las células madre, al ser capaces de originar cualquier órgano o tejido, podrían constituir una solución muy valiosa, además en función de su procedencia se evitaría el rechazo. Algunas de las
enfermedades que se podrían tratar con estas células son, por ejemplo, el Parkinson, la diabetes, la distrofia muscular, infartos y lesiones medulares (parálisis).
Trasplante de células madre adultas de la médula ósea: Probablemente
es la terapia basada en células madre más conocida y que se usa para
tratar leucemias y otros tipos de cáncer, así como alteraciones de la sangre.
Trasplante de células madre del cordón umbilical: El cordón umbilical
de los niños recién nacidos tradicionalmente se eliminaba tras el
Pretende lograr estructuras tridimensionales organizadas: Reconstrucción de vejigas.
Arterias funcionales artificiales. Prótesis óseas biológicas.
Células encapsuladas que liberan sustancias terapéuticas.
C. Vacanti de la Universidad de
Massachusetts usó un andamio
biodegradable con forma de oreja sobre el cual creció células de cartílago y de
piel y los implantó en un ratón que proveía
Clonación
La clonación puede definirse como el
proceso por el que se consiguen copias idénticas de un organismo ya
desarrollado, de forma asexual. Estas dos características son importantes:
Se parte de un animal ya desarrollado,
porque la clonación responde a un interés por obtener copias de un determinado
animal que nos interesa, y sólo cuando es adulto conocemos sus características.
Por otro lado, se trata de crearlo de forma
Clonación de organismos
de manera artificial
Es una técnica basada en la transferencia nuclear, en la que participan dos células; la que dona su material genético y la que lo acepta. Esta última suele ser un ovocito al que se le ha extraído su núcleo. Luego, mediante electrochoques se fusiona el ovocito con la célula que contiene el material genético del individuo que se quiere
En 1997, Dolly la oveja fue el primer
mamífero clonado.
Hubo 276 intentos antes de que el
experimento fuera un suceso.
Desde entonces varios tipos de
animales, como vacas, cerdos y otros mamíferos han sido clonados.
Dolly
Como lo hicieron (simplificado)
Muere 14 Feb 2003
Cancer de pulmón, artritis. Era genéticamente más
Terapia genética
Consiste en la introducción de genes “sanos” en las células de personas que padecen una enfermedad hereditaria, debida a la presencia de
Respecto al uso terapéutico de vectores genéticamente modificados, cabe la posibilidad de que haya
recombinación en el organismo humano. Si la célula
blanco ya está infectada por un virus, una recombinación puede transformar el vector en virus infeccioso. Se eligen retrovirus que no tengan secuencias homólogas con los virus que infectan al hombre.
Dependiendo del tipo de células a las que se aplique podemos distinguir entre terapia génica somática y germinal.
Tipos de terapia génica
En el caso de las células germinales los efectos
terapéuticos se manifestarían sobre los descendientes,
aquéllos que se originan a
partir de las células germinales tratadas, pero no sobre los
*
Ex vivo
. Consiste en extraer células de un paciente,modificarlas in vitro mediante un vector retrovírico y reimplantarlas en el organismo. El riesgo de
rechazo es mínimo y, por ello, es la técnica más utilizada. Se usa fundamentalmente en el
tratamiento de cánceres.
En terapia génica se utilizan
dos grandes estrategias
En terapia génica se utilizan
dos grandes estrategias
actualmente:
*
In vivo
. Se trata deadministrar el gen
La mayoría de los riesgos están relacionados con la
producción y utilización de vectores para transmitir un gen extraño a una célula.
Otra clase de riesgos está relacionada con las
modificaciones genéticamente de células germinales. Ya se han transformado células precursoras de espermatozoides en ratones; estas modificaciones se transmitirán a la
descendencia.
Otro tipo de peligro se debe a la capacidad de los vectores retrovíricos de inducir la producción de tumores. Para
evitarlo, se insertan en los vectores retrovíricos genes suicidas.
Identificación genética
La identificación genética consiste en
determinar, mediante el análisis del ADN, la
“huella genética” de un individuo.
(ver página
109 del libro).
