Post on 25-Jun-2015
Aplicación de la Biotecnolog ía en Malas hierbas: Proteómica
Dra: Esther Giraldo Ramos. INTAEX
Aplicación de la Biotecnología
¿ Principal Motor para el progreso de la humanidad ?
La Ciencia y la Tecnología
Aplicación de la Biotecnología
son los principales motores para el progreso de la sociedad y la econom ía.
Los estudios Biotecnológicos al servicio de la innovación industrial y
del desarrollo empresarial
La Ciencia y la Tecnología
• Aplicación Tecnológica que hace uso de los sistemas Biológicos.
• Carácter multidisciplinario: Biológia, Bioquímica, Vi rología, Ingeniería, Medicina, Veterinario...
Aplicación de la Biotecnología
BIOTECNOLOGÍA
• La biotecnología moderna utiliza diversas técnicas pa ra acercarse a su objeto de estudio:
– Microbiología
– Ingeniería genética
– Biología molecular
– Bioquímica
– Genómica
– Bioinform ática
– Proteómica
Técnicas moleculares han supuesto un gran impulso t ecnológico
BIOTECNOLOGÍA
Aplicación de la Biotecnología
• Ocupa a 2 millones en Europa
• 80% de todas las patentes
• 1283 empresas/327 en bolsa (EEUU)
• Facturan 18.600M$ e invierten 10.000 M$
Aplicación de la Biotecnología
EL NEGOCIO DE LA BIOTECNOLOG ÍA
BIOTECNOLOGÍA
Aplicación de la Biotecnología
• Tiene gran repercusión en Farmacia, M edicina,
Veterinaria, Alimentación, Industria y Agricultura entre o tros
•Actualmente se utiliza en cuatro sectores :
Dentro de la denominada biotecnología morada o viol eta se engloban las medidas de seguridad, la legislación y los valores y principios ético-
morales establecidos por la sociedad en materias y aplicaciones biotecnológicas.
La Biotecnología Dorada incluye los desarrollos y p rocesos Bioinformáticos. La bioinformática puededefinirse c omo la aplicación de
métodos informáticos y computación en el análisis d e datos experimentales y simulación de los sistemas biológi cos.
BIOTECNOLOGÍA
Aplicación de la Biotecnología
La Ciencia y la Tecnología
Aplicación de la Biotecnología
son los principales motores para el progreso de la sociedad y la econom ía.
Los estudios Biotecnológicos al servicio de la innovación industrial y del desarrollo
empresarial
Importantes Científicos
• Han protagonizado el Progreso
Sociedad
Aplicación de la Biotecnología
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA
Han protagonizado el Desarrollo
La Biotecnología Verde
Importantes Científicos AGRÍCOLA.
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA
CHALRES DARWIN
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA
Aplicación de la Biotecnología
• Observó que la vida es cambiante
• Propuso la teoría de la Evolución
Mendel
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA
Aplicación de la Biotecnología
Determinó la base genética de la vida
Describió científicamenteel proceso de Pasteurizacióny comprobó la imposibilidad de la generación espontánea
Pasteur
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA
Aplicación de la Biotecnología
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOG ÍA
Aplicación de la Biotecnología
Watson y Crick (Wilkins)
Determinaron la naturaleza molecular de la información Genética
Estructura del ADN
En los últimos años
Ha experimentado una revolución
Técnicas molecularesestán abriendo un enorme abanico de
Nuevas Líneas de Investigación ,
Aplicaciones prometedoras
Nuevos retos a encarar
Ofrece Oportunidades
Permitir al sector productivo mantener una posición de liderazgo ante el reto de una agricultura cada vez m ás basada en el conocimiento.
La Biotecnología Verde
Biotecnología Agrícola
� Herramienta que puede mejorar la calidad, seguridad y sanidad de los productos agrícolas. Aumentar los rendimientos, permitir una agricultura con un uso más racional de agroquímicos. Asi como ayudar a paliar la creciente demanda de alimentos
La Biotecnología Verde
Técnicas moleculares Biología molecular
Estudiar los procesos que se desarrollan
en los seres vivos desde un punto de vista molecular
Estudio de las “ómicas”neologismo
Genomica, Metabolomica, Proteomica y Tra nscriptomica
(ADN, Metabolitos, Proteinas, ARN) para conseguir un correcto funcionamiento de la célula .
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
¿Que es la célula?
La unidad esencial morfológica y funcional de los s eres vivosTodos los seres vivos están constituidos por celula s que contiene el ADN
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
¿Que es el ADN?
El DNA constituidos por genes. El ADN almacena la i nformación genética Genes se heredan. Genes constituyen el genoma. Cienc ia estudia Geonómica
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
¿Qué beneficios puede traer el estudio del genoma?
� Diagnóstico y prevención de enfermedades
� Diagnostico prenatal
� Susceptibilidad en las enfermedades
� Técnicas para tratar enfermedades hereditarias
� Terapia génica y farmocogenómica
� Nuevas vías en el estudio de la evolución
� Aplicaciones en biotecnología
GENÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
Consorcio del secuenciación del Genoma Humano. 2.20 0 millones $
Inicio 1990, participación: Alemania, Australia, Brasil, Canadá, Corea,
Dinamarca, Francia, Holanda, Israel, Italia, Japón, México, Rusia y Suecia
Enorme Desafío Científico…Descifrar Genoma Humano
(2001): Se publica La secuencia del genoma humano. Un logro en la historia de la humanidad. El libro d e la vida
GENÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
Impacto político
Se requiere Centros de genómica
GENÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
¿Qué está pasando ?
GENÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
SECUENCIACIÓN GENOMA HUMANO
GENÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
Evolución conjunta del genoma Animal y Vegetal
30.000 Genes
27.000 Genes + pequeño
Las primeras leyes de la genética se descubrieron e n plantas (Mendel con el guisante )
GENÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
Secuenciación de Genomas
1Mb = 106bp
Genoma Humano 10 veces + pequeños
Genoma de la Salamandra
200 veces + pequeñoGenoma Ameba
Diferencia entre ADN de 2 personas 0.2%
Genoma Trigo 5 veces > Genoma
ser humano
GENÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
Herramienta para almacenar de secuencias de nucleótidos,
búsquedas de genes disponibles en las bases de datos
comparación de distintas secuencias genómicas,
similitud entre el DNA de dos organismos...
Analizar y Procesar ingente cantidad de datos generados en los proyectos genomicos
Esenciar para poder navegar por el mar de información
Integrar y las diferentes base de datos
que contienen información biológica
BIOINFORMATICA
BIOTECNOLOGÍA DORADA
Utilización de la información
Antes Ahora
+
Aplicación de tecnología de computadores para la ge stión y análisis de datos biológicos generados
Datos Genómicos Bioinformática
BIOTECNOLOGÍA DORADA
BIOINFORMATICA
2009
1965
1980
1995
ADN doble hélice
1953
Primera secuencia de proteína
1955
1964
Primera secuencia nucleotídica
Primera Molécula de ADN recombinante
1972
1975Electroforesis 2D
1977
Secuenciamiento de ADN
Estructura 2a del ARN
Primer genoma viral secuenciado (Φλ)
PCRMapa físico de E.coli
Inicio del proyecto Genoma Humano
Genebank
19811982
1985
1987
1990Blast/Clustal 1991
Primera vez que se usa Bioinformática en la literatura científica
Primer genoma de bacteria
Primer genoma eucariota
Primer genoma vegetal
1996
2000
2001
Primer borrador del genoma Humano
2004
Término del genoma Humano
2008
Primer genoma de la mujer y primer genoma bacteriano artificial/
proteoma humano
BIOTECNOLOGÍA DORADA
Nace una nueva era. La era Post-genómica.
Nace una nueva era, la Proteómica
Enorme cantidad de Información generadaProyecto de Geonómica
Desarrollo Bioinformática
Nueva etapa de la investigación biológica que emana de la Geonómica
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA
.
Dogma de la Biología
Gen
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
Obreros de las células Cruciales para la vida
FUNCIONES
• Defensiva, Ej. Anticuerpos como la inmunoglobulinas
• Reguladoras Ej. hormonas, enzimas y vitaminas
• Enzimática Actúan como biocatalizadores acelerando l as reacciones químicas del
metabolismo.
• Homeostática como amortiguadores
• Contráctil Ej. actina, miosina
• Estructural Ej. colágeno, queratina
• Reserva Ej. lactoalbúmina reserva de aminoácidos
• Transportadorasn Ej. hemoglobina y la mioglobina, t ransportadoras del oxígeno
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÍNAS
Proteoma: conjunto de todas las proteínas que componen una célula en una condiciones determinadas
Constelación de proteínas que otorgan a las células su estructura y función.
La proteomica: herramienta fundamental para el progreso de la Ciencia
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA
Proteómica: Ciencia que estudia los proteomas
GenomasContiene la información para crear los
organismos La tipología del organismo
Proteínas Como funciona el organismo
Al entender las proteínas se podrá resolver mecanism os metabólicos básicosfundamentales de las enfermedades y salud seres viv os
Traducen
GENOMICA Y PROTEÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
Human proteome project: 10 years, $1 billion?
Proyecto Proteoma del Cancer
un consorcio internacional, (Human Proteome Organiza tion),
PROTEÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
Hay tantas estrellas en el cielo como proteínas en la Tierra
El genoma de la levadura
6225 proteínas diferentes
Recurrir técnicas muy sofisticadas
PROBLEMATICA DE LA PROTEÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
Los proteomas son dinámicos
Cambian
• Con el tiempo
• Estadio de desarrollo
• Condiciones intra y extracelulares
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROBLEMATICA DE LA PROTEÓMICA
• Proteómica Descriptiva . Identificar a gran escala del mayor número de proteínas expresadas por un organismo en una condic ión biológica particular
• Proteómica de expresión diferencial (Comparativa): consiste en evaluar los cambios en la expresión de proteínas de un organism o sometido a dos o varias condiciones biológicas diferentes. (resisten cia o sensibilidad)
• Estudio de modificaciones postraducionales
• Interactomica: Interacción entre Proteínas, y entre proteínas y ot ras moléculas.
PROTEÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
La proteómica incluye diversos campos de investigació n:
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA
Etapas para el desarrollo del proteoma de un organismo
1. Preparación de la muestra
2. Separación de la muestra (2DE)
2.1 Separación por punto isoelectrico
2.2 Separación por tamaño
2.3 Detección
2.4 Análisis de im ágenes de geles
2.5. Selección de proteínas de interés
2.6. Digestión de la proteína de interés
3. Análisis mediante espectrometría de masas
4. identificación proteica. Mediante búsquedas en ba se de datos
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN PLANTAS
A) Proteómica Descriptiva.
+ Atención se le ha dedicado. Caracterizar el proteoma de los órganos (hoja, raíz) orgánulos (mitocondrias)
• Utilizada para validad la variabilidad génica, dentro y entre especies
• Información sobre aspectos de la biología de las plan tas: germinación, desarrollo, organogénesis, respuesta a es trese tanto abióticos (sequía, salinidad, Tª, metales, xenobiot icos, herbicidas) como bióticos (patógenos y plantas parasitas)
• Productos alimentarios. Ej: Comparación 2 líneas de tomates, uno modificadas mediante ingeniería genética y otro no. Ambos difieren en su re sistencia a virus. No presentaron diferencias significativas en el resto de las proteínas
PROTEÓMICA EN PLANTAS
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
B) Proteómica de expresión diferencial (Comparativa):
PROTEÓMICA EN PLANTAS
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
C) Estudio de modificaciones postraducionales
Determinan:
* Función de la proteína
* Localización
* Estabilidad
* Interacciones con otras proteínas o biomoleculasSe han descrito has 300 MPTs
Proyecto en el que estamos trabajando en el INTAEX
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN PLANTAS
• Influencia de la Tª en el almacenamiento postcosecha de la Nectarina
• Momento optimo de recolección del Albaricoque
• Influencia del riego en la calidad postcosecha de la Cereza
Fruta de hueso
Uva
• Influencia del riego en el desarrollo de la baya
Malas hierbas
• Conocimiento de los mecanismos implicados en la resi stencia de las malas hierbas del arroz
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
OBJETIVO:
Identificar las proteinas de la mala hierba del arro z “Echinochloa phyllopogon”implicadas en el proceso de resistencia por metabol ismo del fenoxaprop
METODOLOGÍA:
Detección las proteínas diferenciales entre Echinoc hloa Resistente y Sensible antes y después de ser tratadas.
Para la obtención de proteomas:A) Extracción ProteicaB) Separación Proteica (Electroforesi bidimensional)C) Identificación proteínas diferenciales (Espectrom etria de masas)
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
2 DE
Separación de Proteínas
IDENTIFICACIÓN PROTEINAS ESPECTROFOTOMETRÍA DE MASAS
MUESTRA EXTRACCIÓN PROTEINAS
Tienen menor contenido de proteínas, contienen m ás proteasas y otros compuestos que interfieren en la estabilidad de las proteínas: polisacáridos, lípidos , compuestos fenólicos y metabolitos secundarios que pueden inter ferir en el proceso de extracción, fraccionamiento y análisis
La extracción de proteínas en tejidos vegetales es m ás complicada que otras fuentes biológicas.
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
1) Se planteo la optimización del protocolos de extr acción en Echinochloa
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
1) Se optimizaron 3 protocolos de extracción en Echin ochloa
Basados en Phenol, TCA y KCL
D)
C)
B)
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA LA EXTRACCIÓN PROTEI CAA)
RECEPCIÓN DE MACETAS
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PHENOL TCA KCL
Los protocolos de extracción presentaron diferente capacidad de extracciónTanto en el numero de proteínas como en el tipo de proteínas extraídas
El resto del estudio fue realizado mediante el prot ocolo basado en
Identificación de las proteínas implicadas en los m ecanismos de resistencia a herbicidas en Echinochloa
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
EchinochloaResistente
EchinochloaSensible
EchinochloaSensible
EchinochloaResistente
Antes de ser tratada con herbicida Después de ser tratada con herbicida
Concluimos
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
La identificación de los spot diferenciales podrían indicarnos
que proteínas podrían estar relacionadas con los me canismos de
resistencia a herbicidas preemitiéndonos el desarro llo herbicidas eficaces
• Amelia Díaz M éndez
• Joaquín Frutos Blancos
• Esther Giraldo Ramos
LABORATORIO DE PROTEÓMICA DEL INTAEX
Se creó en el año 2009
Ha participado en números congresos nacionales, int ernacionales, ha participado como réferi y ha publicado trabajos en revistas esp ecializadas con un alto IP.
¿¿Esta Extremadura preparada para utilizar estas nuevas tecnologías???
Dra. Esther Giraldo Ramos. INTAEX