Biotecnología Ambiental introducción

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Biotecnología Ambiental

Facilitador: Raúl Vegas (Biólogo)

4 Horas semanales 16 Semanas

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Objetivo General Conocer la biotecnología ambiental en su contexto actual.

Últimas tendencias que incorporan las técnicas de ADN

recombinante.

Aplicación de las herramientas y técnicas biotecnológicas al

estudio, monitorización, restauración y conservación del

medioambiente.

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Objetivo General

Proporcionar al alumno una visión general de las importantes y numerosas aplicaciones de los microorganismos y/o sus enzimas para el control, mejora y gestión del ambiente.

Desarrollar en los estudiantes criterios claves para sustentar la toma de decisiones en lo que respecta a la aplicación de la biotecnología al estudio y la conservación del ambiente.

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TEMA 1. Biotecnología

Facilitador: Raúl Vegas

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Biotecnología

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Biotecnología Tecnologías basada en biología.

Aprovecha procesos celulares y biomoleculares para desarrollar productos.

Uso de cualquier organismo en beneficio del hombre.

Uso de organismos para llevar acabo

procesos para la aplicación industrial

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Biotecnología

"Aplicación de principios de la ciencia y la ingeniería para tratamientos de materiales orgánicos e inorgánicos por sistemas biológicos para producir bienes y servicios".

Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE)

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Biotecnología• Desde antiguo los hombres han aplicado la biotecnología para

obtener alimentos o fármacos aunque el término es muy reciente. Fue acuñado por Kart Ereky (1878–1952) en 1919; para describir la interacción entre biología y tecnología.

• La cerveza, el pan, el yogur y el queso son alimentos que se han consumido desde hace mucho tiempo. Sin embargo, se hacen por procesos biotecnológicos.

• Actualmente se modifican genéticamente los microorganismos que los realizan para mejorar la producción.

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Biotecnología

Clásica Fermentación

Moderna ADN

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Biotecnología:Clásica

Fermentación

Proceso microbiano: Ocurre transformación

enzimática controlada de compuestos orgánicos.

Yogur (4000 a.C. China).

Queso curado de leche (5000-9000 a.C.).

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Biotecnología:Clásica

• Basada en el uso de seres vivos naturales para la obtención de productos de interés o el aumento de la producción.

• Los individuos que se utilizan han sido escogidos mediante técnicas de selección artificial, esto quiere decir que el hombre ha potenciado el desarrollo de estos organismos por el beneficio que le proporcionan.

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Selección Artificial

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Selección Artificial

Decidir cuales de los individuos de una generación podrán ser progenitores de la

siguiente, y cuanto descendientes se permitirá que tengan.

• Objetivo de Selección: Característica(s); susceptibles a cambios genéticos.

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Selección Artificial

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Selección Artificial

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Selección Artificial

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Selección Artificial

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¿Características?

Hol

anda

s. X

VII O

rang

e

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Solanum lycopersicum vs S. pimpinellifolium

Pietro Andrea Mattioli (Bot.): “pomodoro”, manzana

dorada

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Zea mays (taíno) o elote (náhuatl)

25Solamun spp.

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Selección Natural

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Selección Natural

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Biotecnología:“Moderna”

Ingeniería Genética (década de los '80). Modificar y transferir genes de un organismo a otro.

Zacharias Janssen (1595)

Kary Mullis (1983)

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Biotecnología:“Moderna”

• Consiste en la utilización de técnicas de manipulación del ADN para la obtención de individuos que den lugar a productos de interés o a la mejora de la producción.

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Ingeniería GenéticaEs el conjunto de técnicas utilizadas en la manipulación del ADN. De esta forma podemos: Quitar uno o más genes.

• Añadir uno o más genes.

• Aumentar el número de moléculas de ADN.

• Clonar células.

• Clonar individuos.

• Crear organismos genéticamente modificados (OGM).

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Ingeniería GenéticaLa técnica para obtener una proteína por ingeniería genética se realiza en varios pasos:

• Selección y obtención del gen.

• Selección de un vector.

• Formación de un ADN recombinante.

• Selección de una célula anfitriona.

• Síntesis y obtención de proteínas correspondientes al gen manipulado.

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La clonación

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La clonaciónLa palabra CLON significa copia exacta. Con la ingeniería genética podemos obtener clones de ADN, de células o de organismos completos.

Se pueden distinguir tres tipos de clonación:

• Clonación celular: se utiliza para obtener copias de ADN mediante unas células llamadas células anfitrionas. Existe otra técnica más rápida en la que se obtiene un mayor número de copias, llamada PCR o Amplificación del ADN.

• Clonación de células: con esta técnica podemos obtener células iguales. De esta forma se crean tejidos reparadores de otros que estén enfermos o deteriorados, sin que se produzca rechazo por parte del enfermo.

• Clonación de organismos completos: se obtienen individuos que son genéticamente idénticos.

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La clonación

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Organismos genéticamente modificados (OGM)

OGM: Aquellos a los que, mediante técnicas de ingeniería genética, se les han alterado su ADN.

TRANSGÉNICOS: (Un tipo de OGM). Se crean introduciendo un gen de un ser vivo en el ADN de otro individuo de una especie totalmente distinta.

De esta forma se consiguen individuos con características distintas a los individuos naturales.

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Transgénicos

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Implicaciones de los avances tecnológicos

La Biotecnología y la Ingeniería Genética han proporcionado grandes beneficios a la humanidad, pero también pueden producir consecuencias negativas.

Se han elaborado una serie de normas éticas y legales, algunas de aplicación mundial.

• Declaración Universal sobre el Genoma Humano y los Derechos Humanos (UNESCO 1977): art 1º: “El Genoma Humano es Patrimonio de la Humanidad”.

• Prohibición de clonación con fines reproductivos o experimentales en seres humanos (Consejo de Europa 1977).

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Biotecnología:Relación con otras disciplinas

42Victoria amazonica o Victoria regia

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The Crystal PalaceLondres , 1851.

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Joseph Paxton, experimentado constructor de invernaderos

• Paxton había sido jardinero en Chatsworth, al servicio del Duque de Devonshire. Allí había experimentado con grandes invernaderos de hierro y vidrio, por lo que pudo aplicar sus conocimientos al palacio con resultados asombrosos.

• Paxton elabora un proyecto y se lo hace llegar a un miembro del comité. Sin embargo, el comité ya se encuentra comprometido, por lo que Paxton se asocia con los contratistas Fox y Henderson y lo presenta a concurso como una variante del proyecto base.

• El proyecto de Paxton fue elegido por varias razones, era la propuesta más barata y se podía ejecutar rápidamente. El proyecto conjugaba la resistencia y durabilidad de la construcción con la facilidad y rapidez en el montaje. Paxton pudo inspirarse3 en parte en la estructura orgánica de la Victoria amazónica, un género de lirios de agua gigantes, que él cultivó con éxito.

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48RÍO verde 013 2014

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Comprende las aplicaciones terapéuticas, diagnósticas, de salud

animal y de investigación biomédica: Diagnóstico molecular y biosensores. Ingeniería celular y de tejidos. Terapia génica. Dianas terapéuticas, nuevos fármacos y nuevas vacunas. Administración de fármacos y vacunas: Nanotecnología. Genética de poblaciones y farmacogenética.

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• Aplicación de métodos moleculares y biológicos a los

organismos marinos y de agua dulce.

• Implica el uso de estos organismos, y sus derivados, para fines

tales como aumentar la oferta de productos del mar y la

seguridad, el control de la proliferación de microorganismos

nocivos transmitidos por el agua y el desarrollo de nuevos

medicamentos.

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Aquella dedicada a dar productos y servicios en el área

agroalimentaria:

Organismos Modificados Genéticamente y plantas transgénicas.

Bacterias y levaduras transgénicas.

Alimentos funcionales: Productos vegetales enriquecidos en

macronutrientes y en micronutrientes (vitaminas, minerales).

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Industria y procesos industriales, es decir, la aplicación de las

herramientas de la naturaleza a la industria.

Esta categoría es muy amplia y engloba muchos sectores

industriales, incluyendo el sector químico, alimentos, medio

ambiente, energía, entre otros.

Incluye también a la biotecnología ambiental: aplicación de la

biotecnología en la conservación del ambiente

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Medidas de seguridad, legislación, valores y principios ético-morales

establecidos en materias y aplicaciones biotecnológicas: Bioética.

Plantas transgénicas (protocolo de Cartagena, 2000). Manejo de los residuos patogénicos. Protección de los datos de carácter personal (información

genómica de un paciente). Animales, reproducción asistida, clonación, terapia génica.

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Desarrollos y procesos bioinformáticos.

Aplicación de métodos informáticos y computación en el análisis de

datos experimentales y simulación de los sistemas biológicos.

Minería de datos. Simulación y comparación de genomas y proteínas. Secuenciación y microarrays o biochips: genomas y proteínas

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Biotecnología:Relación con otras disciplinas

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Breve evolución histórica de la Biotecnología

Elaboración del vino. Pintura en una tumba de egipcia, ca. 1500 a.C.

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Breve evolución histórica de la Biotecnología

Los primeros indicios de biotecnología pueden remontarse hasta la Revolución Neolítica.

Los seres humanos comenzaron a usar masivamente la agricultura y la ganadería.

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Breve evolución histórica de la Biotecnología

•Sin saberlo, a lo largo de los siglos los agricultores y ganaderos han ido modificando genéticamente cultivos y ganado; al seleccionar aquellos individuos que mejor rendimiento les daban.

Pintura del Antiguo Egipto mostrando

la trilla del trigo

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Çatal Hüyük está situada en Turquía y tiene una antigüedad de 9000 años. Comprendía más de 1000 viviendas y su población se estima entre 5000 y 10000 hab.

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La Primera Ciudad de Mesopotamia: UrukUn poema babilónico narra su creación por el gran dios Marduk cuando

«no había brotado ningún junco, no se había creado ningún árbol, no se había colocado ningún ladrillo [...] no se había construido ninguna casa, no se había creado ninguna ciudad»; entonces, «cuando el mundo era un marjal y un cañaveral», el dios construyó Uruk.

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La Primera Ciudad de Mesopotamia: Uruk

Amplias murallas e imponentes templos, Uruk fue la ciudad más notable de Mesopotamia en el IV milenio a.C. Tenía una zona amurallada de unos 6,5 km², estimándose su población entre 50.000 y 80.000 habitantes.

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Se ven panes de varias formas, incluyendo formas de animales. Tumba de Ramsés III, Valle de los Reyes, dinastía XX, (1150 A.E.C.)

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Breve evolución histórica de la Biotecnología

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Breve evolución histórica de la BiotecnologíaSe denomina revolución neolítica a

la primera transformación radical de

la forma de vida de la humanidad,

que pasa de ser nómada a

sedentaria y de economía

depredadora (caza, pesca y

recolección) a productiva

(agricultura y ganadería).

Más de 9000 años (VIII milenio a.C)

El término se debe a Vere Gordon

Childe (1936).

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Breve evolución histórica de la Biotecnología

• 8000 a.C. Primeras recolectas de semillas para replantar. En Mesopotamia se aplicaba la crianza selectiva de animales para consumo.

•6000 a.C. Oriente Medio: primera utilización de levadura en la elaboración de cerveza.

• 4000 a.C. En China se elabora yogurt y queso usando bacterias lácteas.

• 2300 a.C. Egipto inicia la producción de pan con levadura.

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Breve evolución histórica de la BiotecnologíaGeorgia e Irán (Montes Zagros), desde el 6000 al 5000 a. C.

Los primeros cultivos de la uva (Vitis vinifera)

Edad del bronce en lugares cercanos al Oriente Próximo, Sumeria y Antiguo Egipto alrededor del III milenio a. C.

Elaboración del vino. Pintura en una tumba de

egipcia, ca. 1500 a.C.

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Breve evolución histórica de la Biotecnología

Ley de la pureza (Reinheitsgebot en alemán):

Establecía "la cerveza solamente se debía elaborar a partir de 3 ingredientes: agua, malta de cebada y lúpulo".

Primera regulación legal de un alimento.

La ley no menciona la levadura, descubierta en 1880s por Pasteur como parte del proceso de fermentación .

1526 Guillermo IV de Baviera redacta la 1ª Ley que

fija qué es la cerveza

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Breve evolución histórica de la Biotecnología

1590 Zacarías Janssen aporta el microscopio a la Ciencia.1665 Robert Hooke utiliza el término célula en el libro Micrographia. 1676 Anton van Leeuwenhoek, animáculos. 1856 Gregor Mendel hace estudios característicos de ciertas

plantas, que pasan a las futuras generaciones. 1861 Louis Pasteur define el rol de los microorganismos y establece

las bases de la Microbiología.1919 Karl Ereky, utiliza el término Biotecnología. 1928 Fleming descubre la penicilina.

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Breve evolución histórica de la Biotecnología

1953 Watson y Crick describen la estructura del ADN.1970 Har Gobind Khorana reconstruye en el laboratorio todo un gen.1973 Cohen y Boyer descubren cómo cortar y pegar genes.1976 Har Gobind Khorana sintetiza una molécula de ácido nucleico

compuesta por 206 bases.1976 Robert Swanson y Dr. Herbert Boyer crean Genentech, la

primera Compañía de Biotecnología.1977 La primera proteína humana (somatostatin) se produce en un

bacteria. 1982 El primer producto recombinante (insulina humana) llega al

mercado. Su nombre comercial Humulina® la comercializa la Compañía Eli-Lilly.

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Breve evolución histórica de la Biotecnología

1982 El primer producto recombinante (insulina humana) llega al mercado. Humulina® la comercializa la Compañía Eli-Lilly.

1983 Se aprueban los alimentos transgénicos por Calgene.1983 Mullis inventa la PCR, que permite amplificar genes.1989 Primera publicación sobre drogas con rigor científico. Historia

General de las Drogas de Antonio Escohotado.1990 Comienza el Proyecto Genoma Humano.1995 Secuencia del primer organismo (Haemophilus influenzae)2003 Se completa la secuencia del ser humano. 2004 La ONU y Chile organizan el Primer Foro Global de

Biotecnología, la Concepción.Hoy Cientos de secuencias de virus y procariotas ya están

disponibles en las bases de datos on-line.

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Breve evolución histórica de la Biotecnología

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• La noticia es una verdadera revolución científico-social para la vida de todos nosotros. La voz cantante, Larry Page, CEO y co-fundador de Google, quien con este proyecto CALICO sacó el carnet definitivo de líder entre los titanes de la innovación mundial.

"Calico será una nueva

compañía que se

centrará en la salud y en

el bienestar,

particularmente en los

desafíos alrededor de la

vejez y de las

enfermedades asociadas

con la edad…

…para prolongar la

vida y la salud de las

personas", escribió

Page (Google +)

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