INTRODUCCION AL ESTUDIO DE LA BIOTECNOLOGÍA
Contenidos. Introducción.
Definición de la
Biotecnología. Sustrato,
Agente biológico, proceso y
producto. Escalas de un
proceso. Biotecnología de
primera, segunda, tercera y
cuarta generación. Influencia
de la Biotecnología en los
sectores de Salud,
Agropecuario y
Agroindustrial. Conclusiones.
(2 horas).
OBJETIVOS
•Introducir
el
concepto
de
biotecnología,
profundizar
en
su
evolución, así como
destacar la influencian
de la biotecnología en
los
sectores
agropecuario
y
biofarmacéutico.
INTRODUCCIÓN
BIOTECNOLOGÍA
MICROORGANISMOS
Beneficiosos
Perjudiciales
Gram+
Gram-
SECTOR
AGROPECUARIO
AGROINDUSTRIA
La
BIOTECNOLOGÍA
permite: Obtener productos
de alto valor agregado a
partir de materias primas y
residuos de la producción
agropecuaria.
ANTES
PROCESOS
TRANSFORMATIVOS
MATERIAS PRIMAS
DE INTERÉS
POSTERIOR
PRODUCTOS
PARA HUMANOS
Y ANIMALES
PROCESO BIOTECNOLÓGICO
Agente
biológico
Material o
sustrato
PRODUCTO
Útil para el hombre
Agente
Biológico
Económicamente Viable
IMPACTO DE LA BIOTECNOLOGIA
EN LA VIDA DEL HOMBRE
Alimentación
Salud
Medio ambiente
Energía
C. DEFINICIÓN DE BIOTECNOLOGÍA
 Es el conjunto de tecnologías llevadas a
cabo por el hombre con la utilización
directa o indirecta de microorganismos y
cultivos celulares de plantas y animales
que conllevan
a la formación de
productos con valor agregado y el máximo
de eficiencia, economía y seguridad
(Federación Europea de Biotecnología,
1978 Negrín, Pereira y Zumalacarregui,
1992; Bull, 1982, CIGB, 2006).
Biotecnología
Biotecnología
Biotecnología
Biotecnología
Biotecnología
Biotecnología
residuales
Biotecnología
Industrial
Vegetal
Animal
médico-farmacéutica
de los alimentos
de tratamiento de
y Energía
SUSTRATO (MATERIA PRIMA)
 Tener bajo costo
 Ser capaz de transformarse por la acción de
elementos vivos en un producto final con
valor agregado.
 Pueden ser materiales orgánicos o
inorgánicos (los subproductos de grandes
industrias
son
sustratos
altamente
valorados
para
los
procesos
biotecnológicos).
AGENTE BIOLÓGICO
(Microorganismos
proceso).
participantes
en
el
Mutantes naturales.
Organismos
Genéticamente
modificados.
PROCESO:
Transformación,
conversión o
modificación de
un sustrato por
acción específica
de los agentes
biológicos para
obtener
productos de
interés.
PRODUCTO
 Es el resultado del desarrollo de
un proceso biotecnológico.
 Tiene que ser útil, fácil de obtener,
duradero, con valor agregado y
económicamente viable.
ESCALAS DE UN PROCESO
BIOTECNOLÓGICO
 Laboratorio
 Banco
 Piloto
 Semi-industrial
 Industrial
BIOTECNOLOGÍA DE PRIMERA,
SEGUNDA, TERCERA Y CUARTA
GENERACIÓN
BIOTECNOLOGÍA DE PRIMERA
GENERACIÓN
Desde el año 6 000 a. C hasta principios del
siglo XIX
 Cultivo de plantas y domesticación de
animales en el periodo Neolítico.
 Descubrimiento de una tablilla babilónica
que data de 6 000 a. C donde se describe
la preparación de la cerveza.
 Los Egipcios ya sabían fabricar pan 4 000
años antes a. C.
 Los Sumerios eran capaces de fabricar
cerca de veinte tipos de cervezas durante
el Tercer Milenio a. C.
Un ánfora con manchas de vino fue
encontrada en Irán y se demostró que
procedía de 3 500 años a. C.
En las sagradas escrituras se refieren el
consumo de vino y leche fermentada por
algunos de sus protagonistas.
Existen otros procesos biotecnológicos
conocidos desde la
antigüedad como la
fabricación de quesos, leche ácida, cultivo de
champiñón, vinagre, alimento y bebidas
fermentadas, entre otros.
BIOTECNOLOGÍA DE
SEGUNDA GENERACIÓN
DESDE EL SIGLO XVII HASTA
MEDIADOS DE LOS AÑOS 1970
ANTECEDENTES
 Elaboración de lentes de aumento por
Antonie van Leeuwenhoek (siglo XVII)
y observación de los microorganismos.
 Descubrimiento
del
carácter
microbiano de la fermentación por
Louis Pasteur en 1863.
 Técnica para la obtención de cultivos
puros (Jodeph Lister, 1878).
 Establecimiento
de
las
bases
metabólicas
del
proceso
de
fermentación con el desarrollo de la
Microbiología y la Bioquímica.
 Descubrimiento de la penicilina por
Alexander Fleming en 1928.
PRODUCTOS
BIOTECNOLÓGICOS
BIOINDUSTRIA
 Producción de la penicilina y otros antibióticos.
 Obtención de reactivos para el diagnóstico.
 Obtención de alcohol industrial y de ácidos
orgánicos.
 Obtención de enzimas.
 Obtención de aminoácidos y SCP.
 Obtención de biopesticidas, bioplaguicidas,
compost y biofertilizantes.
 Obtención de biogás.
 Obtención de etileno, acetona y butanol.
 Producción de vacunas.
PROCESO FERMENTATIVO
 FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
 FERMENTACIÓN HOMOLÁCTICA
FERMENTACIONES MICROBIANAS
Almidones (Amilasas)
Sacarosa (invertasas)
Glucosa, galactosa
y fructosa
Celulosa (Celulasas)
Lactosa (Lactasa)
GLUCOSA
D-GLUCOSA
Alcohol, Cervezas,
Pan, Vinos,
Vinagre, etc.
Queso, leche
ácida, yogur,
pan, etc.
D-GLUCOSA-6FOSFATO
D-FRUCTOSA-6-P
BACTERIAS ÁCIDO
LÁCTICAS,
BIFIDOBACTERIAS
LEVADURAS
ÁCIDO PIRÚVICO
ETANOL
ACETALDEHIDO
ACTIVADO
ACETALDEHIDO
Rendimiento neto: 2 ATP
ACIDO
LACTICO
RESPIRACIÓN MICROBIANA
AMINOÁCIDOS
D-GLUCOSA
Ácidos Grasos
ACIDO PIRÚVICO
Oxalacético
Malato
Acetil-CoA
CICLO DE
KREBS
Fumarato
Succinato
2H
Succinil-CoA
2H
2H
Citrato
Cis-aconitato
Isocitrato
Alfa-Oxoglutarato
2H
Rto. neto: 38 ATP
CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICA Y
SINTESIS DE ATP (FOSFORILACIÓN OXIDATIVA)
FERMENTACIÓN VS. RESPIRACIÓN
FERMENTACIÓN
Baja energía
2 ATP
ETANOL
ÁCIDOS ORGÁNICOS
Antagonismo
RESPIRACIÓN
Alta energía
38 ATP
BIOMASA
BIOTECNOLOGÍA DE
TERCERA GENERACIÓN O
BIOTECNOLOGIA MODERNA
DESDE LA DÉCADA DE 1970
PRODUCTOS
BIOTECNOLÓGICOS
MANIPULACIÓN DEL ADN
(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
hormona del crecimiento por la bacteria E.
coli.
 Producción de la vacuna contra la hepatitis
B por la levadura Pichia pastoris.
 Plantas
transgénicas
para
proteínas terapéutica y fármacos.
producir
 Obtención de anticuerpos monoclonales y
su empleo en la terapia y diagnósticos de
enfermedades.
 Empleo de la PCR para el diagnóstico de
infecciones
virales,
bacterianas
o
fúngicas.
 Vacunas recombinantes que poseen
mayor protección para su empleo en
animales y humanos.
 La clonación somática en animales y
plantas para la conservación de recursos
genéticos.
REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LA OBTENCIÓN DE UNA
PROTEÍNA RECOMBINANTE MEDIANTE INGENIERÍA GENÉTICA
BIOTECNOLOGÍA DE CUARTA
GENERACIÓN
AÑOS 90 DEL SIGLO XX HASTA LA
ACTUALIDAD
 Genómica
 Proteómica
 Terapia génica
 Medicina personalizada
GENOMICA
 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.
El Proyecto Genoma Humano
 Coordinado por el Instituto Nacional de 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.
 “Identificar 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 y desarrollar
herramientas para el procesamiento de análisis de los
datos (software, hardware, automatización, etc)”.
 El Proyecto Genoma Humano se completó en 2003.
ALGUNOS RESULTADOS DEL PGH
 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% del los
genes.
 Sólo el 2% del genoma lleva información para
proteínas.
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
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.
PROTEÓMICA: Conjunto de proteínas
de un organismo. La proteómica
estudio la expresión de las proteínas
 Proteínas: Resultado directo de la
actividad del ADN.
 Las proteínas intervienen en la síntesis
de todas las moléculas, en su
distribución y control, determinan las
funciones de las células.
TERAPIAS GENICAS: Modificar el genoma
humano alterándolo o manipulándolo.
TIPOS DE TERAPIAS GÉNICAS:
 1)Terapia genética somática.
 2) Terapia genética en línea germinal.
INFLUENCIA DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LOS
SECTORES DE SALUD, AGROPECUARIO Y
AGROINDUSTRIAL










Producción de fármacos terapéuticos
Producción de vacunas
Mejoramiento genético de plantas
Producción de plantas “in vitro” (micropropagación
acelerada)
Bioproductos para el control fitosanitario en la agricultura
Bioproductos mejoradores de la fertilidad y productividad
de los suelos
Biofertilizantes y bioestimulantes
Reactivos diagnósticos para la detección de enfermedades
en plantas, animales y en el hombre
Animales transgénicos
Producción de enzimas, aminoácidos, ácidos orgánicos,
vitaminas y productos probióticos
CONCLUSIONES
•Evolucionado de la biotecnología y su
impacto
en
la
vida
moderna,
posibilidades para el futuro.
•Significativa influencia en los sectores
agropecuario y biofarmacéuticos. Se
precisa
continuar
trabajando
por
producciones más ventajosas para los
países subdesarrollados, el desarrollo y
la transferencia de tecnologías.
GRACIAS
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