Date post: | 04-Jan-2016 |
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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