Contenidos.Contenidos. Introducción. Introducción. Definición de la Definición de la Biotecnología. Sustrato, Biotecnología. Sustrato, Agente biológico, proceso y Agente biológico, proceso y producto. Escalas de un producto. Escalas de un proceso. Biotecnología de proceso. Biotecnología de primera, segunda, tercera y primera, segunda, tercera y cuarta generación. Influencia cuarta generación. Influencia de la Biotecnología en los de la Biotecnología en los sectores de Salud, sectores de Salud, Agropecuario y Agropecuario y Agroindustrial.Agroindustrial. Conclusiones. Conclusiones. (2 horas).(2 horas).

INTRODUCCION AL ESTUDIO DE LA BIOTECNOLOGÍA

OBJETIVOSOBJETIVOS

•Introducir el Introducir el concepto de concepto de biotecnología, biotecnología, profundizar en su profundizar en su evolución, así como evolución, así como destacar la destacar la influencian de la influencian de la biotecnología en los biotecnología en los sectores agropecuario sectores agropecuario y biofarmacéutico.y biofarmacéutico.

BIOTECNOLOGÍA AGROINDUSTRIA

La BIOTECNOLOGÍA permite: Obtener productos de alto valor agregado a partir de materias primas y residuos de la producción agropecuaria.

MICROORGANISMOS

Beneficiosos Perjudiciales

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Gram+ Gram-

SECTOR AGROPECUARIO

PROCESOS TRANSFORMA-

TIVOSANTES POSTERIOR

MATERIAS PRIMAS DE INTERÉS

PRODUCTOS PARA HUMANOS

Y ANIMALES

Agente biológico

Agente Biológico

Material o sustrato PRODUCTO

Útil para el hombre

Económicamente Viable

PROCESO BIOTECNOLÓGICO

IMPACTO DE LA IMPACTO DE LA BIOTECNOLOGIA EN LA VIDA BIOTECNOLOGIA EN LA VIDA

DEL HOMBREDEL HOMBREAlimentación SaludAlimentación Salud

Medio ambiente EnergíaMedio ambiente Energía

C. DEFINICIÓN DE BIOTECNOLOGÍAC. DEFINICIÓN DE BIOTECNOLOGÍA

Es el conjunto de tecnologías llevadas Es el conjunto de tecnologías llevadas a cabo por el hombre con la utilización a cabo por el hombre con la utilización directa o indirecta de directa o indirecta de microorganismosmicroorganismos y cultivos y cultivos celulares de plantas y animales que celulares de plantas y animales que conllevan a la formación de productos conllevan a la formación de productos con valor agregado y el máximo de con valor agregado y el máximo de eficiencia, economía y seguridad eficiencia, economía y seguridad (Federación Europea de Biotecnología, (Federación Europea de Biotecnología, 1978 Negrín, Pereira y 1978 Negrín, Pereira y Zumalacarregui, 1992; Bull, 1982, Zumalacarregui, 1992; Bull, 1982, CIGB, 2006).CIGB, 2006).

CLASIFICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA

CLASIFICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA

Biotecnología IndustrialBiotecnología IndustrialBiotecnología VegetalBiotecnología VegetalBiotecnología AnimalBiotecnología AnimalBiotecnología médico-farmacéuticaBiotecnología médico-farmacéuticaBiotecnología de los alimentosBiotecnología de los alimentosBiotecnología de tratamiento de residualesBiotecnología de tratamiento de residualesBiotecnología y EnergíaBiotecnología y Energía

SUSTRATOSUSTRATO (MATERIA PRIMA) (MATERIA PRIMA)

Tener bajo costoTener bajo costo Ser capaz de transformarse por la Ser capaz de transformarse por la

acción de elementos vivos en un acción de elementos vivos en un producto final con valor agregado.producto final con valor agregado.

Pueden ser materiales orgánicos o Pueden ser materiales orgánicos o inorgánicos (los subproductos de inorgánicos (los subproductos de grandes industrias son sustratos grandes industrias son sustratos altamente valorados para los procesos altamente valorados para los procesos biotecnológicos).biotecnológicos).

AGENTE BIOLÓGICOAGENTE BIOLÓGICO(Microorganismos participantes en el (Microorganismos participantes en el proceso).proceso).

Mutantes naturales.Mutantes naturales.Organismos Genéticamente Organismos Genéticamente modificados.modificados.

PROCESO:PROCESO: Transformación, Transformación, conversión o conversión o modificación de modificación de un sustrato por un sustrato por acción específica acción específica de los agentes de los agentes biológicos para biológicos para obtener obtener productos de productos de interés.interés.

PRODUCTOPRODUCTO

Es el resultado del desarrollo de Es el resultado del desarrollo de un proceso biotecnológico. un proceso biotecnológico.

Tiene que ser útil, fácil de obtener, Tiene que ser útil, fácil de obtener, duradero, con valor agregado y duradero, con valor agregado y económicamente viable.económicamente viable.

ESCALAS DE UN PROCESO ESCALAS DE UN PROCESO BIOTECNOLÓGICOBIOTECNOLÓGICO

LaboratorioLaboratorio BancoBanco PilotoPiloto Semi-industrialSemi-industrial IndustrialIndustrial

BIOTECNOLOGÍA DE PRIMERA, BIOTECNOLOGÍA DE PRIMERA, SEGUNDA, TERCERA Y CUARTA SEGUNDA, TERCERA Y CUARTA

GENERACIÓNGENERACIÓN

BIOTECNOLOGÍA DE PRIMERA BIOTECNOLOGÍA DE PRIMERA GENERACIÓNGENERACIÓN

Desde el año 6 000 a. C hasta principios del Desde el año 6 000 a. C hasta principios del siglo XIXsiglo XIX

Cultivo de plantas y domesticación Cultivo de plantas y domesticación de animales en el periodo Neolítico.de animales en el periodo Neolítico.

Descubrimiento de una tablilla Descubrimiento de una tablilla babilónica que data de 6 000 a. C babilónica que data de 6 000 a. C donde se describe la preparación de donde se describe la preparación de la cerveza.la cerveza.

Los Egipcios ya sabían fabricar pan 4 Los Egipcios ya sabían fabricar pan 4 000 años antes a. C.000 años antes a. C.

Los Sumerios eran capaces de Los Sumerios eran capaces de fabricar cerca de veinte tipos de fabricar cerca de veinte tipos de cervezas durante el Tercer Milenio a. cervezas durante el Tercer Milenio a. C.C.

Un ánfora con manchas de vino fue Un ánfora con manchas de vino fue encontrada en Irán y se demostró encontrada en Irán y se demostró que procedía de 3 500 años a. C.que procedía de 3 500 años a. C.

En las sagradas escrituras se En las sagradas escrituras se refieren el consumo de vino y leche refieren el consumo de vino y leche fermentada por algunos de sus fermentada por algunos de sus protagonistas.protagonistas.

Existen otros procesos Existen otros procesos biotecnológicos conocidos desde la biotecnológicos conocidos desde la antigüedad como la fabricación de antigüedad como la fabricación de quesos, leche ácida, cultivo de quesos, leche ácida, cultivo de champiñón, vinagre, alimento y champiñón, vinagre, alimento y bebidas fermentadas, entre otros.bebidas fermentadas, entre otros.

BIOTECNOLOGÍA DE SEGUNDA BIOTECNOLOGÍA DE SEGUNDA GENERACIÓNGENERACIÓN

DESDE EL SIGLO XVII HASTA MEDIADOS DE LOS AÑOS 1970

ANTECEDENTESANTECEDENTES

Elaboración de lentes de aumento por Elaboración de lentes de aumento por Antonie van Leeuwenhoek (siglo XVII) Antonie van Leeuwenhoek (siglo XVII) y observación de los microorganismos.y observación de los microorganismos.

Descubrimiento del carácter Descubrimiento del carácter microbiano de la fermentación por microbiano de la fermentación por Louis Pasteur en 1863.Louis Pasteur en 1863.

Técnica para la obtención de cultivos Técnica para la obtención de cultivos puros (Jodeph Lister, 1878).puros (Jodeph Lister, 1878).

Establecimiento de las bases Establecimiento de las bases metabólicas del proceso de metabólicas del proceso de fermentación con el desarrollo de la fermentación con el desarrollo de la Microbiología y la Bioquímica.Microbiología y la Bioquímica.

Descubrimiento de la penicilina por Descubrimiento de la penicilina por Alexander Fleming en 1928.Alexander Fleming en 1928.

PRODUCTOS PRODUCTOS BIOTECNOLÓGICOS BIOTECNOLÓGICOS

BIOINDUSTRIABIOINDUSTRIA

Producción de la penicilina y otros antibióticos.Producción de la penicilina y otros antibióticos. Obtención de reactivos para el diagnóstico.Obtención de reactivos para el diagnóstico. Obtención de alcohol industrial y de ácidos Obtención de alcohol industrial y de ácidos

orgánicos.orgánicos. Obtención de enzimas.Obtención de enzimas. Obtención de aminoácidos y SCP.Obtención de aminoácidos y SCP. Obtención de biopesticidas, bioplaguicidas, Obtención de biopesticidas, bioplaguicidas,

compost y biofertilizantes.compost y biofertilizantes. Obtención de biogás.Obtención de biogás. Obtención de etileno, acetona y butanol.Obtención de etileno, acetona y butanol. Producción de vacunas.Producción de vacunas.

PROCESO FERMENTATIVOPROCESO FERMENTATIVO

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICAFERMENTACIÓN ALCOHÓLICA FERMENTACIÓN HOMOLÁCTICAFERMENTACIÓN HOMOLÁCTICA

FERMENTACIONES MICROBIANASFERMENTACIONES MICROBIANAS

Almidones (Amilasas)Almidones (Amilasas)

Sacarosa (invertasas) Sacarosa (invertasas)

Glucosa, galactosaGlucosa, galactosa

y fructosay fructosa

Celulosa (Celulasas)Celulosa (Celulasas)

Lactosa (Lactasa)Lactosa (Lactasa)GLUCOSA

D-GLUCOSA

D-GLUCOSA-6-FOSFATO

D-FRUCTOSA-6-P

ÁCIDO PIRÚVICO

ACETALDEHIDO ACTIVADO

ACETALDEHIDO

ETANOLACIDO

LACTICO

LEVADURAS

BACTERIAS ÁCIDO LÁCTICAS,

BIFIDOBACTERIAS

Alcohol, Cervezas, Pan, Vinos,

Vinagre, etc.

Queso, leche ácida, yogur,

pan, etc.

Rendimiento neto: 2 ATP

RESPIRACIÓN MICROBIANARESPIRACIÓN MICROBIANA

D-GLUCOSA

ACIDO PIRÚVICO

Acetil-CoA

AMINOÁCIDOS Ácidos Grasos

Citrato

Cis-aconitato

Isocitrato

Alfa-OxoglutaratoSuccinil-CoASuccinato

Fumarato

Malato

Oxalacético

CICLO DE KREBS

2H 2H 2H 2H

CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICA Y SINTESIS DE ATP (FOSFORILACIÓN OXIDATIVA)

Rto. neto: 38 ATP

FERMENTACIÓN RESPIRACIÓN

ETANOL

ÁCIDOS ORGÁNICOSBIOMASA

Baja energía Alta energía

Antagonismo

2 ATP 38 ATP

FERMENTACIÓN VS. RESPIRACIÓN

BIOTECNOLOGÍA DE TERCERA BIOTECNOLOGÍA DE TERCERA GENERACIÓN O GENERACIÓN O

BIOTECNOLOGIA MODERNABIOTECNOLOGIA MODERNA

DESDE LA DÉCADA DE 1970

PRODUCTOS PRODUCTOS BIOTECNOLÓGICOS BIOTECNOLÓGICOS

MANIPULACIÓN DEL ADNMANIPULACIÓN DEL ADN(OMG)(OMG)

ANTECEDENTES

Se descubre el ADN como material de los genes por Oswald Avery en 1944.

Se describe la estructura en doble hélice del ADN por Watson y Crick en 1953.

Se demuestra el mecanismos de replicación del AND por Mattew en 1957.

Se descubre la enzima que intervine en la síntesis de los ácidos nucleicos y su aislamiento (ADN polimerasa) por Koenberg en 1958.

Se elucida el código genético en 1966. Se identifican las enzima específicas que

cortan y enlazan al ADN en 1970. Con este descubrimiento se logran las bases necesarias para modificar e intercambiar parte del ADN de un organismo vivo a otro.

Por primera vez se logra introducir fragmentos de ADN en una bacteria haciéndola capaz de sintetizar una proteína humana (insulina).

Producción de la insulina humana y la Producción de la insulina humana y la hormona del crecimiento por la bacteria hormona del crecimiento por la bacteria E. E. coli.coli.

Producción de la vacuna contra la hepatitis Producción de la vacuna contra la hepatitis B por la levadura B por la levadura Pichia pastorisPichia pastoris..

Plantas transgénicas para producir Plantas transgénicas para producir proteínas terapéutica y fármacos.proteínas terapéutica y fármacos.

Obtención de anticuerpos monoclonales y Obtención de anticuerpos monoclonales y su empleo en la terapia y diagnósticos de su empleo en la terapia y diagnósticos de enfermedades.enfermedades.

Empleo de la PCR para el diagnóstico de Empleo de la PCR para el diagnóstico de infecciones virales, bacterianas o infecciones virales, bacterianas o fúngicas.fúngicas.

Vacunas recombinantes que poseen Vacunas recombinantes que poseen mayor protección para su empleo en mayor protección para su empleo en animales y humanos.animales y humanos.

La clonación somática en animales y La clonación somática en animales y plantas para la conservación de recursos plantas para la conservación de recursos genéticos.genéticos.

REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LA OBTENCIÓN DE UNA PROTEÍNA RECOMBINANTE MEDIANTE INGENIERÍA GENÉTICA

BIOTECNOLOGÍA DE CUARTA BIOTECNOLOGÍA DE CUARTA GENERACIÓNGENERACIÓN

AÑOS 90 DEL SIGLO XX HASTA LA ACTUALIDAD

GenómicaGenómicaProteómicaProteómicaTerapia génica Terapia génica Medicina personalizadaMedicina personalizada

GENOMICAGENOMICA

GenomaGenoma: Un genoma es la totalidad : Un genoma es la totalidad del ADN de un organismo vivo. Es del ADN de un organismo vivo. Es decir, el conjunto completo de decir, el conjunto completo de instrucciones genéticas para la instrucciones genéticas para la construcción, funcionamiento y construcción, funcionamiento y mantenimiento de dicho organismo. mantenimiento de dicho organismo.

El Proyecto Genoma HumanoEl Proyecto Genoma Humano Coordinado por el Instituto Nacional de Salud y el Coordinado por el Instituto Nacional de Salud y el

Departamento de Energía de los EEUU y realizado por Departamento de Energía de los EEUU y realizado por laboratorios de Estados Unidos, Gran Bretaña y varios laboratorios de Estados Unidos, Gran Bretaña y varios centros de investigación de Japón, Francia, Alemania y centros de investigación de Japón, Francia, Alemania y China.China.

““Identificar genes presentes en el ADN humano, Identificar genes presentes en el ADN humano, determinar la secuencia de los 3 billones de pares de determinar la secuencia de los 3 billones de pares de bases químicas que conforman el ADN humano, bases químicas que conforman el ADN humano, almacenar información en bases de datos y desarrollar almacenar información en bases de datos y desarrollar herramientas para el procesamiento de análisis de los herramientas para el procesamiento de análisis de los datos (software, hardware, automatización, etc)”. datos (software, hardware, automatización, etc)”.

El Proyecto Genoma Humano se completó en 2003.El Proyecto Genoma Humano se completó en 2003.

ALGUNOS RESULTADOS DEL PGHALGUNOS RESULTADOS DEL PGH

El genoma humano consta El genoma humano consta aproximadamente de 3.000 millones de aproximadamente de 3.000 millones de pares de bases químicas (unidades que pares de bases químicas (unidades que constituyen al ADN).constituyen al ADN).

Se detectaron alrededor de 30.000 genes, Se detectaron alrededor de 30.000 genes, cuyas secuencias ya han sido descriptas.cuyas secuencias ya han sido descriptas.

Los genes tienen en promedio 3.000 pares Los genes tienen en promedio 3.000 pares de bases. de bases.

Se han determinado 100.000 Se han determinado 100.000 polimorfismospolimorfismos o o variaciones normales. Esto significa que variaciones normales. Esto significa que todas las personas, a pesar de sus todas las personas, a pesar de sus diferencias, tienen un 99,9 por ciento de diferencias, tienen un 99,9 por ciento de similitud en su genoma. similitud en su genoma.

Un ser humano comparte con el chimpancé el Un ser humano comparte con el chimpancé el 98% del genoma.98% del genoma.

Se conoce la función de sólo el 50% del los Se conoce la función de sólo el 50% del los genes.genes.

Sólo el 2% del genoma lleva información para Sólo el 2% del genoma lleva información para proteínas. proteínas.

A PARTIR DEL PGH ES POSIBLE AVERIGUARA PARTIR DEL PGH ES POSIBLE AVERIGUAR

La función de los genesLa función de los genesLa asociación entre genes y La asociación entre genes y enfermedadesenfermedades

La función de las regiones no La función de las regiones no codificantescodificantes

La información básica para la vidaLa información básica para la vidaEl origen de las especiesEl origen de las especiesEl origen de poblaciones humanasEl origen de poblaciones humanas

LOS RESULTADOS DEL PGH PERMITIRÍANLOS RESULTADOS DEL PGH PERMITIRÍAN

Mejorar el diagnóstico de enfermedades.Mejorar el diagnóstico de enfermedades. Detectar temprano la predisposición a las Detectar temprano la predisposición a las

enfermedades.enfermedades. Diseñar racionalmente drogas y Diseñar racionalmente drogas y

tratamientos.tratamientos. Identificar personas, resolver crímenes, Identificar personas, resolver crímenes,

medicina forense. medicina forense.

PROTEÓMICA: Conjunto de proteínas PROTEÓMICA: Conjunto de proteínas de un organismo. La proteómica de un organismo. La proteómica

estudio la expresión de las proteínasestudio la expresión de las proteínas

Proteínas: Resultado directo de la Proteínas: Resultado directo de la actividad del ADN.actividad del ADN.

Las proteínas intervienen en la síntesis Las proteínas intervienen en la síntesis de todas las moléculas, en su de todas las moléculas, en su distribución y control, determinan las distribución y control, determinan las funciones de las células.funciones de las células.

TERAPIAS GENICAS: TERAPIAS GENICAS: Modificar el genoma Modificar el genoma humano alterándolo o manipulándolo.humano alterándolo o manipulándolo.

TIPOS DE TERAPIAS GÉNICAS:TIPOS DE TERAPIAS GÉNICAS:

1)Terapia genética somática.1)Terapia genética somática. 2) Terapia genética en línea germinal.2) Terapia genética en línea germinal.

INFLUENCIA DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LOS INFLUENCIA DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LOS SECTORES DE SALUD, AGROPECUARIO Y SECTORES DE SALUD, AGROPECUARIO Y

AGROINDUSTRIALAGROINDUSTRIAL

Producción de fármacos terapéuticosProducción de fármacos terapéuticos Producción de vacunasProducción de vacunas Mejoramiento genético de plantasMejoramiento genético de plantas Producción de plantas “in vitro” (micropropagación acelerada)Producción de plantas “in vitro” (micropropagación acelerada) Bioproductos para el control fitosanitario en la agriculturaBioproductos para el control fitosanitario en la agricultura Bioproductos mejoradores de la fertilidad y productividad de Bioproductos mejoradores de la fertilidad y productividad de

los sueloslos suelos Biofertilizantes y bioestimulantesBiofertilizantes y bioestimulantes Reactivos diagnósticos para la detección de enfermedades Reactivos diagnósticos para la detección de enfermedades

en plantas, animales y en el hombreen plantas, animales y en el hombre Animales transgénicosAnimales transgénicos Producción de enzimas, aminoácidos, ácidos orgánicos, Producción de enzimas, aminoácidos, ácidos orgánicos,

vitaminas y productos probióticosvitaminas y productos probióticos

CONCLUSIONESCONCLUSIONES•Evolucionado de la biotecnología y su impacto en la vida moderna, posibilidades para el futuro..

•Significativa influencia en los sectores Significativa influencia en los sectores agropecuario y biofarmacéuticos. Se agropecuario y biofarmacéuticos. Se precisa continuar trabajando por precisa continuar trabajando por producciones más ventajosas para los producciones más ventajosas para los países subdesarrollados, el desarrollo y países subdesarrollados, el desarrollo y la transferencia de tecnologías.la transferencia de tecnologías.

GRACIASGRACIAS