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    1/64

    La Revolución dela Biotecnología

    Prof. Juan A. Asenjo

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    3/64

    • Edward Jenner (1749 –1823): “cowpox” – smallpox – Vacuna viruela

    • 1850 Luis Pasteur:

    Microorganismos: fermentación no es espontánea

    • 1928: Alejandro Flemming : Penicilina

    • 1939: Florey, Chain purificación de penicilina y producción masiva

    USA-Pfizer Producción de ácido cítrico

    levadurasfermentación

    Esterilización (descubrió los microorganismos)(Enzimas)

    • 1945: Premio Nobel: Flemming, Florey, Chain

     azúcar

    levadura

    CO2 + H 2O

     alcohol 

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    4/64

    Obtención de Plasmidios

    2.- Sacar plasmidio desde bacteria

    1.- Se cuenta con bacterias que contienen plasmidios

    Cromosoma

     Plasmidio

     Bacteria

    Plasmidios

     Poración

    Producción & Purificación de Proteínas

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    5/64

    Principales pasos en la Clonación deun Segmento de DNA Foráneo

    Producción & Purificación de Proteínas

    1.- Obtención del DNA foráneo

    2.- Corte con Enzimas de restricción del plasmidio

     Extremos

     cohesivos

     Extremos

     cohesivos

    Plasmidio

    Corte

    Plasmidio Cortado

    (Enzimas de

     Restricción)

     Extremos

     cohesivos

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    • 60’s - 70’s Ingeniería Genética

    • 80’s INSULINA: Ingeniería genética de E.coli y S.cerevisiae

    Insulina comercial recombinante

    • Hoy: Eli-Lilly

     –  Novo-Nordisk

    • 90’s: tpA

    • Vacunas: Contra hepatítis B (Merck, Chiron)

    Sida

    • 1990 Sally y Dolly• Enzimas criofílicas

    • Terapia celular y génica

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    7/64

    Nueva Biología Molecular

    Proteínas “Clonadas”

    • Ingeniería Genética

     –  Enzimas de Restricción

     –  Plasmidios

    Producción & Purificación de Proteínas

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    8/64

    Principales pasos en la Clonación deun Segmento de DNA Foráneo

    Producción & Purificación de Proteínas

    1.- Obtención del DNA foráneo

    2.- Corte con Enzimas de restricción del plasmidio

     Extremos

     cohesivos

     Extremos

     cohesivos

    Plasmidio

    Corte

    Plasmidio Cortado

    (Enzimas de

     Restricción)

     Extremos

     cohesivos

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    4.b.- Introducción del plasmidio Recombinante en célula anfitriona

     Permeasa

    4.- Transformación

    4a.- Permeabilización de la célula mediante permeasa

    Producción & Purificación de Proteínas

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    Biotecnología• Nueva Biología Molecular

    • Proteínas “Clonadas”

    • Ingeniería de Proteínas

    • Ingeniería Metabólica (Systems Biology)

    • Genómica Funcional

    • Nuevos Productos Terapéuticos

    • Nuevas Vacunas• Nuevas Enzimas Industriales

    • Cultivo de Tejidos, Terapia Génica

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    11/64

    We haven’t the money, so we’ve got to

     think

    Ernest Lord Rutherford, 1871 - 1937

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    12/64

    Systems Biology

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    13/64

    Ogni parte ha

    inclinazione di

    ricongiungersi al

    suo tuttoper fuggire dalla

    sua imperfezione

    Leonardo da Vinci(Cod.Atl, fol 59 recto) 

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    14/64

    The part always

    has a tendency

    to reunite with

    its whole in order to escape from

    its imperfection

    Leonardo da Vinci(Cod.Atl, fol 59 recto) 

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    15/64

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    Estructura de las Proteínas

    • Estructura Primaria: secuencia lineal de aa

    • Estructura Secundaria: algunos aa interactuan

    • Estructura Terciaria: cadenas de aa interligadas

    • Estructura Nativa: proteína se encuentra activa

    • Proteína denaturada:

     –  No tiene actividad –  No posee puentes disúlfuro

    Producción & Purificación de Proteínas

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    17/64

    ProteínasCuatro niveles de

    estructura:desde 1 dimensión

    a 3 dimensiones

    Desde análisis

    estructural

    a análisis funcional

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    18/64

    Ingeniería de Proteinas: Predicción Estructural

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    19/64

    Ingeniería de Proteínas

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    21/64

    Proteasa criofílica antártica

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    22/64

    Ingeniería de Proteínas

    • Proteasas activas a baja temperatura(Criofílicas, Psicrofílicas)

    • para detergentes

    • para industria de alimentos

    • Para aplicaciones médicas

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    23/64

    Ingeniería de Proteínas

    • Estudios de Relación Estructura-Función

    • Mutagénesis Sitio-Dirigida

    • Mutagénesis al Azar

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    24/64

    Mutagénesis al azar (random)

    Evolución dirigida

    Mutagénesis de saturación

    “Gene shuffling”(“barajar” genes)

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    27/64

    Proteasa criofílica antártica

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    28/64

    Is there a Rational Method to

    Purify Proteins?

    from Expert Systems toProteomics

    J.A. Asenjo

    University of Chile

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    29/64

    The Combinatorial Characteristic of Choosing the

    Sequence of Operations for Protein Purification

    Third

    Stage

    C1

    C2

    C3

    C5

    C6

    n th

    Stage

    n1

    n2

    n3

    n5

    n6

    Second

    Stage

    B1

    B2

    B3

    B4

    B5

    B6

    First

    Stage

    A1

    A2

    A3

    A4

    A6

    1) Ion Exchange

    Chromatography

    3) Affinity

    Chromatography

    4) Aqueous Two-

    Phase Separation

    5) Gel Filtration

    2) Hydrophobic

    Interaction

    Chromatography

    6) HPLC

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    30/64

    FactsRules

    Knowledge base Workingmemory

    Knowledgeacquisition

    subsystem

    ControlInference

    Inference engine

    Userinterface

    Explanationsubsystem

    Expert orKnowledge

    engineer

    User

    The architecture of a knowledge based expert system. (taken from

    Asenjo, Herrera and Byrne, 1989)

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    31/64

    Determination of the Resolution Between Two Peaks

    V2-V1

     ½(W1+W2)

    RS =

    SC α RS

    η =

    DF DF

    SC α RS

    V1

    V2

    W1 W2

          A     b    s    o    r     b    a    n    c    e

    Time

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    32/64

    The model of database components for main protein contaminants in one of the

    production streams to be used in the selection of optimal separation operation

    CHARGE

    PROTEINS

    PRODUCT

    CONTAMINANT 1

    CONTAMINANT 2

    CONTAMINANT 3

    CONTAMINANT 4

    CONTAMINANT N

    pH 4.0 pH 4.5 . . . . pH 9.5 pH 10.0

    PROPERTYCONCENTRATION

    MOLECULAR

    WEIGHTISOELECTRIC

    POINT

    HYDROPHO-

    BICITY

    CONTAMINANT 5.

    .

    ..

    .

    .

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    33/64

    Concentration, molecular weight, hydrophobicity and charge at different pHs, for the main

    proteins (“contaminants” of the product) in Escherichia coli. Data from Woolston (1994)

    Contaminant

    Cont_1

    Cont_2

    Cont_3

    Cont_4

    Cont_5

    Cont_6

    Cont_7

    Cont_8

    Cont_9

    Cont_10

    Cont_11

    Cont_12

    Cont_13

    pH 7

    q G

    -2.15

    -3.50

    -0.85

    -1.73

    -3.07

    -3.05

    -1.00

    -3.32

    -0.21

    -0.53

    0.05

    0.50

    1.50

    g/litre

    weight

    11.29

    7.06

    4.63

    5.58

    4.83

    2.48

    7.70

    6.80

    7.53

    6.05

    3.89

    1.48

    0.83

    pI 1

    4.67

    4.72

    4.85

    4.92

    5.01

    5.16

    5.29

    5.57

    5.65

    6.02

    7.57

    8.29

    8.83

    Da

    Mol wt 2

    18,370

    85,570

    53,660

    120,000

    203,000

    69,380

    48,320

    93,380

    69,380

    114,450

    198,000

    30,400

    94,670

    *

    hydroph 3

    0.71

    0.48

    0.76

    1.50

    0.36

    0.36

    0.48

    0.93

    0.63

    0.06

    pH 4

    q A

    1.94

    2.35

    1.83

    3.29

    4.08

    5.22

    3.96

    10.90

    1.09

    10.40

    0.33

    5.17

    11.70

    pH 4,5

    q B

    0.25

    0.29

    0.67

    1.38

    1.83

    3.17

    3.16

    5.81

    0.55

    5.94

    0.03

    4.22

    7.94

    pH 5

    q C

    -0.80

    -1.17

    0.04

    -0.03

    0.04

    1.02

    1.12

    2.78

    0.26

    3.15

    0.05

    3.20

    5.39

    pH 5,5

    q D

    -1.41

    -2.17

    -0.30

    -0.69

    -1.17

    -0.72

    -0.58

    0.77

    0.10

    1.51

    0.05

    2.25

    3.73

    pH 6

    q E

    -1.76

    -2.83

    -0.49

    -1.07

    -1.92

    -1.90

    -1.36

    -0.81

    -0.03

    0.56

    0.05

    1.46

    2.66

    pH 6,5

    q F

    -1.97

    -3.24

    -0.65

    -1.34

    -2.46

    -2.60

    -1.34

    -2.18

    -0.12

    -0.05

    0.05

    0.87

    1.97

    pH 8,5

    q J

    -2.67

    -3.64

    -1.50

    -2.75

    -5.65

    -4.24

    -2.84

    -4.31

    -0.32

    -1.72

    -1.57

    0.08

    0.51

    pH 7,5

    q H

    -2.33

    -3.63

    -1.90

    -2.30

    -3.90

    -3.46

    -0.95

    -4.12

    -0.28

    -0.99

    -0.69

    0.30

    1.13

    pH 8

    q I

    -2.45

    -3.68

    -1.34

    -2.85

    -4.98

    -3.90

    -1.59

    -4.45

    -0.32

    -1.43

    -0.97

    0.20

    0.80

    Charge4 (Coulomb per molecule x 1E25)

    * Hydrophobicity expressed as the concentration (M) of ammonium sulphate at which the protein eluted.

    (Higher values represent lower hydrophobicity).1 Measured by isoelectric focusing using homogeneous poolyacrylamide gel in Phast System.2Molecular weight was measured by SDS-PAGE with PhastGel media in Phast System.3Hydrophobicity was measured by hydrophobic interaction chromatography using a phenyl-superose gel in an

    FPLC and a gradient elution from 2.0 M to 0.0 M (NH4)2SO4 in 20 mM Tris buffer.4Charge was measured by electrophoretic titration curve analysis with PhastGel IEF 3-9 in a Phast System.

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      DFi

    DFi

    B

    C AS

     A

    B

    b

    DFi

    B

    C A S

    DFi

    C

    S

     A

    B

    D

    Representation of the peaks of a chromatogram as triangles, showing how the variation in the value of DF

    leads to different concentrations of the contaminant protein in the product. The triangle on the left

    corresponds to the product protein and the triangle of the right corresponds to the peak of the protein

    being separated (contaminant).

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    35/64

    Genomics

    Proteomics

    Metabolomics

    Economics

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    36/64

    Genes

    Proteínas

    Metabolismo

    Sistemas Multicelulares

    Organismo

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    37/64

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    38/64

    MetabolómicaIngeniería Metabólica

    • Systems Biology: qué viene

    después de la Genómica

    • Uso de Análisis de Flujos

    Metabólicos y Tecnología de

    Microarrays de Genes

    M t b l i

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    39/64

    MetabolomicsGLUCGLUC

    GLUC6PGLUC6P

    FRUC6PFRUC6P

    3PG3PG

    GAPGAP

     PIRPIR

    PEPPEPACETACETEtOHEtOH

    ACAC

    RIBU5PRIBU5P

    XIL5PXIL5PRIB5PRIB5P

    GAPGAPSED7PSED7P

    FRUC6PFRUC6P

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    aaaaaaaaE4PE4P

    CARBCARB

    ATP ADPATP ADP

    RNARNA

    OO22EE  OO22

    COCO22  COCO22EE

    υ 2

    υ 3

    υ 5

    LIPLIP

    AcCoAAcCoAmitmit

    AcCoAAcCoAcitcit

    FUMFUM AKGAKG

    SUCCoASUCCoASUCSUC

    MALMAL ISOCITISOCIT

    OACOAC

    SODSOD

    SODSOD

    SODSOD

    SODSOD

    SODSOD

    PROTPROTPROTPROT

    PROTPROT

    PROTPROT

    PROTPROT

    υ 6

    υ 7

    υ 9

    υ 13

    υ 11

    υ 10

    υ 10

    υ 76

    υ

    77

       7 0 - a a O

     A C

    υ 69

     

    7  1 - a a O AC 

    υ 17

    υ 16

    υ 15

    υ 14

    υ 73-AcCoA

    υ

    30

    υ 70-aaAKG

    υ 71-aaAKG

    υ 70-aaPIR

    υPEP

    υPIR

    υ 74

    υ 31

    υ 3PG

    υ 28

    υ 27

    υ 26

    υE4P

    υ 19   υ20

    υ 21

    υ 22

    υ 23

    υ 18   υ1

    υ 25

    υ

    71-aaPIR

    υ 70-aa3PG

    υ 71-aaPEP

    υ 70-aaPEP

    υ 71-aa3PG

    υ 71-aaE4P

     υ70-aaE4P

    υ 70-aaR IB5P

     υ71-aaRIB5P

    υ 72-nuOAC

    υ 72-nuRIB5P

    υ 72-nu3PG

    NHNH44EE  NHNH44

    υ 78

    LIPLIP

     

      7 3 - G A

      P

    PROTPROTaaaa

    RNARNA SODSOD

    nunu

    υOAC

    nunuυRI B5P

    aaaa

    υAc CoAcit

    υ 71-aaAcCoA

    υ 70-aaAcCoA

    υAK G

    RNARNA

    nunu

    GLICGLIC

    AcCoAAcCoAcitcit

    υ 24

    υ 75

    υ 4

    υ 8

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    40/64

    dX/dt = S v - bdX/dt = S v - b

      in SS: S v = bin SS: S v = b oror S r = 0S r = 0 SScc rrcc + S+ Smm rrmm = 0= 0

    Metabolic Flux AnalysisMetabolic Flux AnalysisMetabolic Flux BalanceMetabolic Flux Balance

    AA

    EE

    BB

    CC

    DD FF

    ν

     

    ν

    3

    ν

    2

    ν

    5

    ν

    4

    S r=0=S r=0=1-0100D

    01-010C

    001-1-1B

    54321  ν  ν  ν  ν  ν  

    5

    4

    3

    2

    1

    ν

    ν

    ν

    ν

    ν

    100D

    010C

    1-1-1B

    321  ν  ν  ν  

    3

    2

    1

    ν  

    ν  

    ν  

    1-0D

    01-C

    00B

    54  ν  ν  

    5

    4

    ν  

    ν  

    +

    SS StoichiometricStoichiometric MatrixMatrix

    rr Rate (Flux) vectorRate (Flux) vector

    cc CalculatedCalculated

    mm MeasuredMeasured

    S i PS i P S i PS i P

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    41/64

    0

    3

    6

    9

    12

    15

    0 9 18 27 36 45Time, h

       G   l  u  c  o  s  e ,  g   /   L

    0.0

    0.7

    1.4

    2.1

    2.8

    3.5

       C  e   l   l  s ,

       E   t   h  a  n  o   l  a  n   d   S   O   D ,  g   /   L

    Strain P+Strain P+ Strain PStrain P--

    0

    3

    6

    9

    12

    15

    0 9 18 27 36 45

    Time, h

       G   l  u  c  o  s  e ,  g   /   L

    0.0

    0.7

    1.4

    2.1

    2.8

    3.5

       C  e   l   l  s  a  n   d   E   t   h  a  n  o   l ,  g   /   L

    0.0

    0.3

    0.6

    0.9

    1.2

    1.5

    0 9 18 27 36 45

    Time, h

       T  o   t  a   l   P  r  o   t  e   i  n  a  n   d   C  a

      r   b  o   h  y   d  r  a   t  e  s ,  g   /   L

    0.00

    0.05

    0.10

    0.15

    0.20

    0.25

       T  o   t  a   l   R   N   A ,  g   /   L

    Strain P+Strain P+ Strain PStrain P--

    0.0

    0.3

    0.6

    0.9

    1.2

    1.5

    0 9 18 27 36 45Time, h

       T  o   t  a   l   P  r  o   t  e   i  n  a  n   d   C  a  r   b

      o   h  y   d  r  a   t  e  s ,  g   /   L

    0.00

    0.05

    0.10

    0.15

    0.20

    0.25

       T  o   t  a   l   R   N   A ,

      g   /   L

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    42/64

    P+ GLUC

    GLUCGLUC

    GLUC6PGLUC6P

    FRUC6PFRUC6P

    3PG3PG

    GAPGAP

     PIRPIR

    PEPPEP

    ACETACETEtOHEtOH

    RIBU5PRIBU5P

    XIL5PXIL5PRIB5PRIB5P

    GAPGAPSED7PSED7P

    FRUC6PFRUC6P

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    E4PE4P

    CARBCARB

    3.844

    4.169

    6.256

    RNARNA

    GLICGLIC

    SODSOD

    SODSOD

    SODSOD

    PROTPROTPROTPROT

    6.151

    6.122

    0.029

    0.138

    0.208

    2.232

    0.105

    4.130 4.267

    0.029

    0.234 0.325

    0.177

    0.148

    0.559 4.611

    0.017

    0.048

    0.004

    0.025

    0.028

    0.0040.025

    0.006 0.0060.042

    0.019

    LIPLIP

      0 .  0  0  2

    PROTPROTaaaa

    RNARNASODSOD

    nunu

    nunu

    0.057

    0.177

    PEPPEP aaaaaaaa SODSODPROTPROT . 0.025

    0.0040.025

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    43/64

    P+ GLUC

    GLUCGLUC

    GLUC6PGLUC6P

    FRUC6PFRUC6P

    3PG3PG

    GAPGAP

     PIRPIR

    PEPPEP

    ACETACETEtOHEtOH

    ACAC

    RIBU5PRIBU5P

    XIL5PXIL5PRIB5PRIB5P

    GAPGAPSED7PSED7P

    FRUC6PFRUC6P

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    E4PE4P

    CARBCARB

    ATP ADPATP ADP

    RNARNA

    OO22EE  OO22

    COCO22  COCO

    22EE

    3.844

    4.169

    6.256

    LIPLIP

    AcCoAAcCoAmitmitAcCoAAcCoAcitcit

    FUMFUM AKGAKG

    SUCCoASUCCoASUCSUC

    MALMAL ISOCITISOCIT

    OACOAC

    RNARNA

    GLICGLIC

    SODSOD

    SODSOD

    SODSOD

    SODSOD

    SODSOD

    PROTPROTPROTPROT

    PROTPROT

    PROTPROT

    PROTPROT

    6.151

    6.122

    1.470

    8.850

    3.564

    0.079

    8.988

    0.025

    0.121

    0.102

    0.166

    0.097

    0.023

    0.069

    0.029

    0.138

    0.208

    2.232

    0.105

    0.137

    4.130 4.267

    0.029

    0.234 0.325

    0.177

    0.148

    0.559 4.611

    0.247

    0.017

    0.048

    0.004

    0.025

    0.028

    0.0040.025

    0.006 0.006

    0.022

    0.042

    0.019

    NHNH44EE  NHNH44

    0.724

    LIPLIP

      0 .  0  0  2

    PROTPROTaaaa

    RNARNASODSOD

    nunu

    nunu

    0.174

    nunu

    0.057

    aaaa0.063

    0.014

    0.046

    1.470

    1.470

    1.470

    1.345

    1.3491.349

    1.397

    1.397

    0.177

     PIRPIRACETACETEtOHEtOH

    ACAC

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    ATP ADPATP ADP

    RNARNA

    OO22EE  OO22

    COCO22  COCO22EE

    LIPLIP

    AcCoAAcCoAmitmitAcCoAAcCoAcitcit

    FUMFUM AKGAKG

    SUCCoASUCCoASUCSUC

    MALMAL ISOCITISOCIT

    OACOAC

    SODSOD

    SODSOD

    SODSOD

    PROTPROT

    PROTPROT

    PROTPROT

    6.122

    1.470

    8.850

    3.564

    0.079

    8.988

    0.025

    0.121

    0.102

    0.166

    0.097

    0.023

    0.069

    0.138

    0.137

    4.130 4.267

    0.247

    0.017

    0.004

    0.022

    NHNH44EE  NHNH44

    0.724nunu

    0.174

    aaaa

    0.063

    0.014

    0.046

    1.470

    1.470

    1.470

    1.345

    1.3491.349

    1.397

    1.397

    RATIO P-/P+ GLUC

    RNARNA

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    44/64

    GLUCGLUC

    GLUC6PGLUC6P

    FRUC6PFRUC6P

    3PG3PG

    GAPGAP

    PYRPYR

    PEPPEP

    ACETACETEtOHEtOH

    ACAC

    RIBU5PRIBU5P

    XIL5PXIL5PRIB5PRIB5P

    GAPGAPSED7PSED7P

    FRUC6PFRUC6P

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    E4PE4P

    CARBCARB

    RNARNA

    COCO22 COCO22EE

    0.92

    0.99

    1.23

    LIPLIP

    AcCoAAcCoAmitmitAcCoAAcCoAcitcit

    MALMAL ISOCITISOCIT

    OACOAC

    RNARNA

    GLYCGLYC

    PROTPROTPROTPROT

    PROTPROT

    PROTPROT

    1.23

    1.23

    1.60

    1.38

     1. 8 2 (  1

    . 3 9  )

    4.49

    3.34

    1.82(1.46)

    1.60

    1.39

    1.60

    0.36

    1.23

    3.73

    1.00 1.09

    1.60

    1.63 1.82

    1.80

    1.84

    1.74 1.05

    1.40

    1.82(1.16)

    1.82(1.60)1.82(1.60)

    1.82(0.96)

    1.11

    1.11

    1.11

    NHNH44EE NHNH44

    1.33

    LIPLIP

     4 . 4  9

    PROTPROTaaaa

    RNARNA

    nunu

    nunu

    1.32

    nunu

    1.10

    aaaa

    1.46

    1.82(1.41)

    1.60

    1.60

    1.60

    1.61

    1.61

    1.80

    RNARNA SODSOD

    P+P+ : GLUC, EtOH-Exp.

    ,  EtOH-Stat.

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    45/64

    GLUCGLUC

    GLUC6PGLUC6P

    FRUC6PFRUC6P

    3PG3PG

    GAPGAP

    PYRPYR

    PEPPEPACETACETEtOHEtOH

    ACAC

    RIBU5PRIBU5P

    XIL5PXIL5PRIB5PRIB5P

    GAPGAPSED7PSED7P

    FRUC6PFRUC6P

    aaaa

    aaaa

    aaaa

    aaaaaaaaE4PE4P

    CARBCARB

    COCO22 COCO22EE

    LIPLIP

    AcCoAAcCoAmitmit

    AcCoAAcCoAcitcit

    MALMAL ISOCITISOCIT

    OACOAC

    SODSOD

    SODSOD

    SODSOD

    SODSOD

    PROTPROTPROTPROT

    PROTPROT

    PROTPROT

    NHNH44EE NHNH44

    LIPLIP

    PROTPROTaaaa

    RNARNA SODSOD

    nunu

    aaaa

    RNARNA

    nunu

    GLYCGLYC

    AcCoAAcCoA

    3.844

    -0.250

    -0.246 

    4.169

    0.0000.000

    6.256

    -0.449

    0.626 

    6.122

    0.043

    0.577 

    1.470

    0.000

    0.526 

    8.850

    1.774

    2.476 

    0.079

    0.033

    0.008

    0.102   0.047   0.079

    0.166  1.836   0.6080.069  0.028   0.009

    0.029

    0.0100.007 

    0.138

    0.043

    0.051

    0.208

    0.065

    0.027 

    2.232

    0.218

    -0.780

    0.105

    0.029

    0.043

    0.137  1.826   0.598

    4.130-1.826

    -0.598 4.267

    0.000

    0.000

    0.029

    0.010

    0.007 

    0.234

    0.075

    0.082

    0.325

    0.109

    0.137 

    0.177   0.060   0.072

    0.148

    0.050

    0.065

    0.559

    0.185

    0.219

    4.611

    0.000

    0.000

    0.247

    0.000

    0.000

    0.048  0.020   0.005

    0.025  0.010   0.002

    0.006

    0.003

    0.001

    0.022

    0.006

    0.001

    0.042

    0.012

    0.002

    0.019

    0.006

    0.001

    0.724

    0.221

    0.221

      0 .  0  0  2

      0.  0  0  1

      0. 0 0  2

    0.174

    0.053

    0.046 

    0.057

    0.015

    0.011

    0.063

    0.021

    0.021

    0.046

    0.019

    0.007 

    1.470

    1.470

    1.158

    0.956 

    1.397

    1.7421.001

    0.000

    1.668

    0.394

    0.000

    0.531

    0.000

    0.014  0.000   0.025

    0.006

    0.000

    0.007 

    0.000

    0.140

    0.109

    6.151

    -0.478

    0.584

    0.177   0.060   0.072

    0 . 0 2 5   0 .0 0 0  0  .0  3  1 

    0.017  0.000   0.030

    0.028   0.000   0.035

    0.004  0.000   0.004

    0.004

    0.000

    0.004

    0.025

    0.010

    0.002

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    46/64

    eglu

    etoH 

    coseglu

    etoH 

    coseglu

    etoH 

    cosP-

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    47/64

    P-

    EtOH/Gluc

     

    Glucose Ethanol

    Central metabolic

    pathway

    82 genes

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    48/64

    Discrete mathematical modelsapplied to genetic regulation and

    metabolic networks

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    49/64

    Microarrays

    MetabolicFlux

     Analysis

    Gene network

    Metabolic network

    Models

    Traditionaltechnologies

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    50/64

    Phenomena to model

    Genetic and metabolic

    adaptation of E. coli to 3different carbon sources

    Substrates: Glucose, Glycerol

    and AcetateGlycolysis and TCA

    8 possible substrate combinations

    8 Phenotypes

    Phenomena has beendescribed using Microarrays

    (MA) and Metabolic Flux

     Analysis (MFA)

    Genes regulando el

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    51/64

    Genes regulando el

    metabolismo

    0 Inactivo

    1 Activo

    1 / 2 / 3 Activo

    0

    1 / 2 / 3

    Estados

    Señales = Biochemicals / Reguladores

    -1 / -2 / -3

    Flujo Metabólico de Enzima

    -1 Inactivo

    Gen

    Signal2 GeneSignal1

    EnzComp B1 Enz1

    Enz2 /

    Signal2Signal

    Enz1 /

    Signal1

    Estudio de dinámica

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    52/64

    Estudio de dinámica

    del modelo

    67 nodos

    28 genes21 enzimas

    18 reguladores / compuestosbioquímicos

    Reguladores Ficticiospara que modeloalcance Fenotipos

     AlgoritmoDefinir combinación de sustratos

    Generar 105 vectores aleatorios

     Actualizar en forma paralela

     Alcanzar atractor 

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    53/64

     Atractor = Phenotype

    Each atractor of model

    corresponds to a phenotype

     Atractors are very stable

    Similarity between Atractorswith:

    Glucose present

    Glycerol present and Glucose

    absentOnly Acetate present and All

    others absent

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    54/64

    Cultivo de Tejidos

    - tejidos

    - células (e.g. sanguíneas)

    - órganos

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    55/64

    Células para Terapia Celular

    Vectores para Terapia Génica

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    56/64

    Terapia Génica

    • Alcoholismo

    • Osteoporosis

    • Parkinson• Cancer (e. mama - gene BRCA-1)

    • Artritis

    • Hemochromatosis

    • Alzheimer

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    57/64

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    58/64

    Vector de Primera Generarión

    Vector de Tercera Generación o “gutless”

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    59/64

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    60/64

    Multiproduct and multihost batchplant

    Fermentation

    Microfilter 

    Homogenizer 

    Sterile filtration

    Ultrafilter 

    Chromatography

    Centrifuge

    Bead mill Microfilter  

    IB SolubilizationDiafiltration Sulfonation

    RefoldingUltrafiltration diafiltrater 

    Centrifuge

    ChromatographyChromatography

    Ultrafiltration diafiltrater 

     All the hosts

    Yeast intracellular and E. coli

    E. coli only

    E. coli and CHO cells

    OPTIMAL PROCESS SYNTHESIS FOR THE PRODUCTION OFMULTIPLE RECOMBINANT PROTEINS

    Iribarren, Montagna, Vecchietti, Andrews, Asenjo and Pinto

  • 8/17/2019 ac citrico.pdf

    61/64

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    62/64

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    64/64