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Biotecnología Marina:Socialización de conceptos,
aplicaciones y beneficios
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Biotecnología Marina
Contenidos de la presentación:
Comprender la importancia de la biodiversidad de los ecosistemas marinos.Entender los conceptos de biotecnología marina, bioprospección y herramientas para la bioprospecciónmarina.Conocer las aplicaciones de la biotecnología marina en diferentes áreas.
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Océanos: 70% superficie terrestre total80% organismos
vivos 40000 especies
Biodiversidad marina y recursos del océano
Figura 1. Diversidad marina. Tomado de http://www.glycomar.com/marine_natural_products.htm
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Gran desconocimiento sobre los ecosistemas marinos
recursos marinos están subutilizados
BIOTECNOLOGÍA MARINA (AZUL)
la aplicación de técnicas de biotecnología a agentes biológicos u
organismos marinos, o sus derivados, para el desarrollo de nuevos
productos, bienes o servicios, y también para el desarrollo de
nuevos procesos
Bioprospección marina
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Biotecnología y bioprospección marina
Recursos marinosy biodiversidad
Cultivo
Herramientasbiotecnológicas
Biología MolecularNanotecnologíaBioinformática
Genómica, Proteómica,
Transcriptómica
Servicios
•Investigación•Manejo de ecosistemas
•Bioremediación
•Fármacos•Biocombustibles•Electricidad•Enzimas•Comidas
•Otros compuestos
Productos
Valor agregado
Figura 2. Esquema representativo del concepto de biotecnología marina (Fuente: Kim y Venkatesan, 2015).
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Estudio y búsqueda sistematizada en hábitats naturales de
organismos y/o productos derivados de éstos que puedan
aprovecharse para desarrollar o aplicar nuevas herramientas
biotecnológicas en beneficio de la sociedad.
Bioprospección marina
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Bioprospección marina
1. Selección de hábitats naturales
2. Recolección y almacenamiento de material biológico
Caracterización de las muestras recolectadas.
Desarrollo de productos
comerciales
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En la práctica, pocos productos marinos se comercializan con éxito.
Ingeniería de bioprocesos marinos
Ingeniería de bioprocesos
marinos
Mayor eficiencia de los procesos
Sostenibilidad de los procesos
Producción de moléculas complejas
Uso de organismos
como FÁBRICAS
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Pasos involucrados en el desarrollo de un bioproceso para la síntesis de compuestos a partir de organismos marinos
Paso 2ª:Selección de la
cepa/manipulación genética
Paso 5: Purificación del
producto
Paso 3: Producción de biomasa en
bioreactores
Producto final
Paso 3ª:Estrategias para
elicitar el producto
Paso 4:Cosecha de células y
extracción del producto
Paso 2: Desarrollo de
protocolos para cultivo in vitro
Organismo marino
Ingeniería en bioprocesos marinos
Paso 1:Descubrimiento del
producto
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PCR: una perspectivamarina
Descubrimiento de la ADN polimerasa resistente a altas temperaturas
A partir de la bacteria Thermusaquaticus
Automatización de la reacción en cadena de la polimerasa
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Tecnología transgénica en organismos marinos
Definición: El término de organismo marino genéticamente modificado, hace referencia a cualquier organismo marino en el cual se ha introducido un gen foráneo o un segmento de ADN no codificante por técnicas de ingeniería genética
Especies transgénicas: peces, moluscos, camarones, macroalgasy erizos de mar utilizados como especies modelo.
Los métodos de transformación más utilizados para modificar genéticamente organismos marinos son: microinyección, electroporación y transfección.
Microinyecciónde embriones
Pez fundador (Quimera o mosaico)
Obtención de embriones
Cruce
Transgénico No transgénico
Generación filial inicial (F0)
Primera generación filial
(F1)
Figura 4. Protocolo para la transformación genética de peces cebra (Daniorerio) mediante la técnica de microinyección (Fuente: http://zgenebio.weebly.com/transgenic-fish-services.html)
Métodos de transformación mediante microinyección
SALMÓN TRANSGÉNICO
Aprovechamiento de enzimas marinas
Ventajas del uso de enzimas marinas:Disminuir cantidad de subproductos contaminantes y
energía requerida en el proceso.
Requerimientos:Enzima debe ser estable y funcional bajo condiciones
específicas requeridas.
Búsqueda de enzimas en organismos EXTREMÓFILOS ambientes extremos (profundidades oceánicas,
fuentes hidrotermales, cuerpos de agua salinos, mares polares.
Aprovechamiento de enzimas marinas
INDUSTRIAS:FarmacéuticaProductos de limpiezaEnergíaBioremediación
PRINCIPALES GRUPOS DE ENZIMAS:proteasas, lipasas, amilasas, celulasas, quitinasas y xilanasas
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Farmacéuticos derivados de organismos marinos: desdehace mas de 2000 años
◦Suplemento dietético: aceite de hígado de bacalao◦Toxinas antitumorales: holothurin del pepino de mar de lasBahamas◦Antibióticos (Cephalosporinas a partir de hongos)
Actinopyga agassizii
Acremonium furcatum
Biotecnología Marina
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Farmacéuticos derivados de organismos marinos:◦Proteínas fluorescentes (Algas rojas y medusas) como genesreporteros◦Enzimas (bacterias termófilas, biología molecular)◦Anticáncer (Ara-C, leucemia y linfomas) y antivirales (Ara-A,herpes) de esponjas marinas
Aequorea victoriaTectitethya crypta
Extracción de metabolitos secundarios de interés producidos por organismos marinos
Degradación de almidón para la producción de etanol
Fuelzyme amilasa extraída de una fosa oceánica resistente a altas temperaturas.
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Aprovechamiento de metabolitos secundarios producidos por organismos marinos
Gageosatina C
Holoturina B
Goniodomina A
Curcufenol y Curcudiol
Triterpenoidesulfatado
Fusarielina E
Derivado de aldehídos
Diketopiperazina
Figura 7. Distintas moléculas con actividad antifúngica de importancia para la salud humana que han sido aislados de bacterias marinas (A), hongos marinos (B), dinoflagelados (C), algas rojas (D), esponjas marinas (E), pepinos de mar (F), macroalgas (G), especies de hongos simbiontes o comensalistas (H).
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◦Adhesivos poderosos de moluscos (bivalvos) y cirripedios(crustaceos)
Aprovechamiento de metabolitos secundarios producidos por organismos marinos
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◦Revestimientos anti-bioincrustaciónes (biocidas) parainfraestructuras en acuicultura y barcos
Aprovechamiento de metabolitos secundarios producidos por organismos marinos
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más del 50% del peso seco de las algas corresponde al almacenamiento de carbohidratos. Las tres principales divisiones de algas a partir de las cuales se aprovechan sus polisacáridos son:
Aprovechamiento de polisacáridos extraídos de algas marinas
A B C
Figura 6. Algas marinas comúnmente utilizadas industrialmente debido a la alta producción de polisacáridos. A. Ulva lactuca (Chlorophyta). B. Gracilaria sp. (Rhodophyta) y C. Ascophyllum nodosum (Phaeophyta)
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Aprovechamiento de polisacáridos extraídos de algas marinas
Fuente: http://escalera.bio.ucm.es/
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Descontaminación de ambientes marinos en India:◦Contaminación industrial contiene metales pesadostóxicos, no biodegradables (Hg, Pb, Cd)◦Bacterias marinas resistentes pueden remover estosmetales
Bioremediación de aguas y sedimentos
Fuente: http://escalera.bio.ucm.es/
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Descontaminación de ambientes marinos:◦Contaminación de océanos con hidrocarburos depetróleo◦Bacterias marinas resistentes pueden degradar estoshidrocarburos
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A nivel nacional…
Actinoporinas◦Caracterización de proteínas con capacidad hemolítica deanemonas marinas◦Inmunotoxinas para tratamiento de tumores y cáncer◦UNA, UCR, Universidad de la Habana
Anthopleura nigrescens
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Camarones◦Reversión sexual para cultivos monosexuales de camaronesmarinos◦UNA-UCR
Litopenaeus vannamei
A nivel nacional…
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Bacterias luminiscentes◦Uso potencial como indicadoras de contaminación◦UNA
A nivel nacional…
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Acuicultura amigable con el ambiente◦Incorporación de la tecnología de bioflocs (BFT) o bio-flóculos ytapetes microbianos para el tratamiento de aguas y generaciónde proteína in situ◦UNA
A nivel nacional…
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¿Preguntas?
La biotecnología está orientada a mejorar nuestracalidad de vida y dar respuesta a los grandes retos de lasociedad
◦Asociación europea de bioindustrias.
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