Biotecnología Biotecnología Agustín López-MunguíaAgustín López-Munguía

Febrero, 2008.Febrero, 2008.

FQ-UNAM.

Diapositivas sobre: Proceso de producción de pulque;Hongos: cuitlacocheFermentación: industria vitivinícolaLuis PasteurA.Fleming

Stirred tank reactor (STR)

Tamaño promedio de los bio-reactores para diferentes procesos

Los retos: Procesos de escalamiento: del laboratorio a la industriaPurificación: influencia de la concentración en el fermentador en los costos finales del producto

PRODUCTOS DE LA BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL

Acidos orgánicosVitaminas

AminoácidosEnzimas

AntibióticosBiopolímeros

Esteroides modificadosSolventes: Acetona, Butanol

EtanolColorantes

Proteína UnicelularEdulcorantes

Vacunas

Caenorhabditis elegans97 millones pb18, 424 genes

Escherichia coli4.6 millones pb4,288 genes

Saccharomyces cerevisiae12 millones pb5, 800 genes

Drosophila melanogaster120 millones pb13, 600 genes

Arabidopsis thaliana120 millones pb26, 000 genes

La Ingeniería Genética

Areas de aplicación del DNA recombinante

• Primera fase: biofarmaceuticos (1980- )

• Segunda fase: biotecnología agrícola plantas transgénicas (1990- )

• Tercera fase: biotecnología industrial biocatálisis (2000- )

InsulinatPAEritropoyetinaInterferonesFactores de crecimiento InterleuquinasLactoferrina-lactoalbúmina humana

PROTEINAS TERAPEUTICAS

Anti-trombina-IIII-antitripsinaHormona de crecimientoFactor VIIIFactor IXProteína CCalcitocinaFibrinógeno

Productos farmaceúticos para humanos producidos en la leche de animales transgénicos de granja

Lactoferrina-lactoalbúmina humanaAnti-trombina-IIII-antitripsinaHormona de crecimientotPAFactor VIIIFactor IXProteína CCalcitocinaEritropoyetinaInsulinaFibrinógeno

VacasCabrasCerdosConejosOvejas

caseína -S1 bovinacaseína caprina, de conejoRetrovirus-lactoglobulina ovinaProteínas del suero

PROTEINA PROMOTORANIMALES

Diabetes

• Un cuarto de la población tiene diabetes sin detectar, 150 millones globalmente, de los cuales 90 millones son insulino-dependientes, y se estima se dupliquen en los próximos 25 años.

• La diabetes cuesta unos $100 mil millones anualmente en los USA.

• La diabetes provoca una cascada de enfermedades tales como las cardiovasculares, nerviosas, de los riñones, cataratas y amputaciones.

• 20-30% de los niños en USA tiene sobrepeso, lo que conlleva a predecir una futura epidemia de diabetes.

Industria Química vs Química Biológica

• ¿En qué difieren los procesos químicos naturales de los artificiales? ¿Qué componentes utilizan los seres vivos? ¿Existe alguna ventaja en imitar los procesos naturales y utilizar sus insumos?

• Procesos naturales: específicos, solución acuosa, temperatura y presión moderadas.

Miles de enzimas de fuentes naturales

La disponibilidad de genomas completos provee una cantera de cientos de miles de genes para enzimas distintas. Su aislamiento es inmediato a partir de la información disponible.

Poca disponibilidad

Marketed in Germany in 1914, Burnus was a product ahead of its time. It contained the enzyme trypsin. One tablet could be added to 10 litres of water to remove stains from clothes.

Miles de enzimas de fuentes naturales

Tecnología emergente permite también aislar los genes directamente del entorno, sin necesidad de cultivar los organismos. Acceso a 99% de la biodiversidad.

Poca disponibilidad

Diversidad Microbiana: Especies conocidas y estimadas

GRUPO

VirusArchaeaBacteria

FungiAlgae

ESPECIES ESTIMADAS

130,000?

40,0001 500,000

60,000

ESPECIES CONOCIDAS

5,000< 5004,80069,00040,000

% DE CONOCIDAS

4?12567

Ambiente

MarAgua dulceLagos mesotróficosAgua de estuariosLodos activados SedimentosSuelos

% de cultivables

0.001-0.10.25

0.1-1.00.1-3.0

1-150.250.3

Biotecnología

• Biocatálisis• Evolución Dirigida• Ingeniería de Células Completas• Transgénicos• Bioremediación• Fermentación• Terapéuticos• Acuacultura

• Cultivo de Tejidos• Bioconversiones• Bioprospectiva• Genoma• Proteoma• Dinámica de ARN• Metaboloma• Bioinformática

Definición: Aplicaciones a la industria de avances en las técnicas e instrumentos de las Ciencias Biológicas(Encyclopedia Britannica 2001)

• deforestación• calentamiento global• energía no-renovable• contaminación• enfermedades infecciosas• seguridad alimentaria

Problemas Globales y Soluciones Biotecnológicas

Lignocelulosa Azúcares

Etanol

Alimentos

CO2

OXIGENO

Fotosíntesis

Fermentación

DESARROLLO HISTORICO DE LA BIOTECNOLOGIA, EJEMPLIFICADO CON LA PRODUCCION DE CERVEZA

Biotecnología tradicional(4000 a.C. En adelante)

Biotecnología industrial

Biotecnología moderna

Evidencias arqueológicas en el Valle del NiloProceso empírico de malteadoUso empírico de levadurasExpansión y predominio de las técnicas deBavaria (fermentación baja)(XIX)

Naturaleza enzimática del malteado (control)Uso de papaína en clarificación (19911)Uso de cultivos puros (Carlsberg 1883)Primeros fermentadores cilindro-cónicos (1908-1927)Automatización y control de la fermentaciónUso de amilasas y -glucanasasUso de enzimas en cervezas ligeras

Ingeniería genética: levaduras amilolíticasdiacetilo (acetolactato decarboxilasa)cebada transgénica

Deforestación

Calentamiento Global

Energía No-

renovable

Contaminación

Enfermedades Infecciosas

Seguridad Alimentaria

OGM’s

AOM

Bioprospectiva

Bioremediación

Biofilms Proteínas

Terapéuticas

• usar el potencial de la biósfera

• proteger la biodiversidad existente

• pensar y actuar a largo plazo

• usar los recursos naturales

• usar productos biodegradables

• crear una alta diversificación adaptada a

las condiciones locales

• desarrollar nichos

• optimizar la eficiencia

• satisfacer primero las necesidades locales

• minimizar: ser humilde

ECOBIOTECNOLOGIA