Esquema De La Historia De La Biotecnologia 5t4n4q

I.

Qué Qué es Biotecnologí Biotecnología

II.

IV. I. II. III.

Biotecnologí Biotecnología antí antígua I. II. III.

Domesticació Domesticación y agricultura Germoplasma de plantas Fermentaciones de comidas y bebidas I. II.

III.

Comidas fermentadas Bebidas fermentadas

Biotecnologí Biotecnología clá clásica I.

Revolució Revolución biotecnoló biotecnoló gica. gica. Lo nuevo se enfrenta a lo antiguo

Bases de la biotecnologí biotecnología actual: Biotecnologí Biotecnología molecular

V.

Primeros microscopios y observaciones Desarrollo de la teorí teorí a de la cé cé lula Papel de la bioquí bioquímica y gené genética en determinar la funció función de la cé cé lula

Naturaleza del Gen I. II.

El inicio de la Biologí Biología Molecular Primeros experimentos del DNA recombinante I.

III.

Revolució Revolución biotecnologí biotecnologíca: ca: descubrimiento del có código gené genético

Primer experimento de clonació clonación I.

¿Motivo de preocupació preocupación? Reacciones pú públicas a la tecnologí tecnología del DNA recombinante

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Objetivos I.

Definir el té té rmino “biotecnologí biotecnología ” y qué qué á reas cientí científicas está están implicadas Conocer la naturaleza multidisciplinaria de la biotecnologí biotecnología , sabiendo los distintos campos que la influencian Saber que la biotecnologí biotecnología tiene una larga historia, historia, retrocediendo hasta 10.000 años. os. Conocer las prá prá cticas de mejoras antiguas Conocer la importancia de un banco de germoplasma de plantas en tiempos antiguos y actuales Definir “fermentació fermentación ” y conocer los productos producidos en tiempos pasados. pasados. Conocer cómo ha evolucionado la fermentació fermentación actualmente. actualmente.

II. III. IV. V.

VI.

Comparar la biotecnologí biotecnología clá clásica con la la antí antígua y la actual. Conocer las escalas de tiempo de cada una y los mayores logros de cada etapa VII. Cuales son los eventos más importantes para la biotecnologí biotecnología actual VIII. Que eventos fueron necesarios para determinar la estructura del DNA. Qué Qué eventos posteriores generados en esta estructura fueron la base de la Biologí Biología Molecular IX. Introducció Introducció n al DNA recombinante, recombinante, electroforesis, electroforesis, y experimentos de clonació clonación de DNA.

La biotecnologí biotecnología es multidisciplinaria I.

Multidisciplinaria I. II. III. IV. V. VI. VII.

II.

Biologí Biología Molecular y celular Microbiologí Microbiología Gené Genética Fisiologí Fisiología y Anatomí Anatomía Bioquí Bioquímica Ingenierí Ingeniería Informá Informática

Multitud de Aplicaciones I. II. III. IV. V.

Plantas resistentes a virus, bacterias, bacterias, herbicidas… herbicidas… Diagnó Diagnóstico para la detecció detección de enfermedades gené genéticas y enfermedades hereditarias Terá Terápias que usan genes para curar enfermedades Vacunas recombinantes para prevenir enfermedades Ayuda al medioambiente por bioremediació bioremediación

Biotecnologí Biotecnología“Cualquier té técnica que usa organismos vivos o sustancias derivadas para hacer o modificar un producto, producto, mejorar plantas, plantas, animales o microorganismos para usos especí específicos. ficos.

¿Qué es la Biotecnología?

¿Qué se obtiene de la Biotecnología?

• Usar metodología científica usando organismos para producir nuevos productos o nuevos organismos • Cualquier técnica que usa organismos vivos o elementos de esos organismos para hacer o modificar un producto, mejorar plantas o animales, o desarrollar un microorganismo para un uso determinado

• Organismos modificados genéticamente GMO. • Organismos genéticamente mejorados GEO. • Usando ambas, el material genético inicial del organismo ha sido alterado. • Los inicios en fabricación de pan, vino, queso, fermentación de yogurt, así como mejora tradicional de cultivos y animales.

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¿Qué es la Biotecnología molecular?

Biotecnologí Biotecnología antigua (primitiva (primitiva)) I.

Historia de la Domesticació Domesticació n y Agricultura I.

• Manipulación de genes se denomina ingeniería genética o tecnología del DNA recombinante • Ingeniería genética implica tomar uno o más genes de un organismo y bien:

II. III. IV. V.

– Transferirlo a otro organismo – Ponerlo de vuelta en el organismo original en combinanciones distintas

La gente del paleolí paleolítico comenzó comenzó a establecerse y desarrollar sociedades agrarias hace 10,000 años Los primeros granjeros en el cercano este cultivaron trigo, trigo, cebada y rye. Hace 7,000 años, os, pastores se establecieron en el Sahara con ovejas, ovejas, cabras, cabras, vacas. vacas. En egipto se establecieron hace 6,000 años con ganado, (ovejas (ovejas,, cabras) cabras) y cultivos como cebada y guisantes. guisantes. No se está está seguro porqué porqué se comenzó comenzó a ser sedentario. sedentario. I. II. III.

VI.

Incremento de poblaci població ó n e incremento de demanda de alimentos La posibilidad de controlar el ambiente ambiente:: seguridad ????

Se comenzó comenzó a recolectar semillas de plantas silvestres para su cultivo y domesticar animales salvajes realizando cruces selectivos

Germplasma de plantas viene desde hace mucho

Bancos de germoplasmas

I.

Los egipcios antiguos guardaron semillas y tubé tubérculos, rculos, es decir “germoplasma” germoplasma” o recursos gené genéticos

II.

Nikolai Vavilov, Vavilov, un genetista de plantas ideó ideó el primer plan de manejo de recurso gené gené tico

III.

La expansió expansión agrí agrícola y el uso de herbicidas ha puesto la variabilidad gené genética en peligro y se está está n generando esfuerzos globales para la creació creació n de bancos de germoplasmas

“Hervir” Hervir” Comidas fermentadas: fermentadas: Levaduras - zumo de fruto fruto,, vino Fabricar cerveza - CO2 Fabricar pan, alcohol Egipcios usaron levaduras en 1500 B.C. 1915-1920 Levaduras de panadero

Leningrado – Primer banco de genes Vavilov 1882 –1943 Lamark vs Mendel

Primeros agricultores cultivaron trigo, trigo, cebada y posiblemente otros cereales

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Fermentació Fermentación: proceso microbiano en que

Bebidas fermentadas

ocurre transformació transformaci ón enzimá enzim ática controlada de compuestos orgá org ánicos

Fabricació Fabricación de cerveza comenzó comenzó entre 6000-5000 B.C.

Se ha practicado durante añ a ños y ha resultado en alimentos como pan, vino y cerveza 9000 B.C. - Dibujo de una vaca orde ordeñá ñándola ndola

Egipto ~5000 B.C hicieron vino a partir de vid

Yogur - 4000 B.C. China Queso curado de leche hace - 5000-9000

Monasterios - Generadores tradicionales de bebidas

dough fermentado se descubrió descubrió por accidente cuando no se horneó horneó inmediatamente

Biotecnologí Biotecnología clá clá sica • Describe el desarrollo que ha tenido lugar en la fermentació fermentación desde tiempos antiguos hasta hoy en dí día • Fermentaci Fermentació ón superior - se desarroll desarrolló ó primero,, la levadura sube a la superficie primero • 1833 - Fermentaci Fermentació ón inferior - la levadura permanece en el interior • 1886 – Equipo de fermentació fermentaci ón fabricado por E.C. Hansen y todav todavíía usado • I guerra mundial – fermentació fermentaci ón de solventes orgá org ánicos para explosivos (glicerol) glicerol ) • II guerra mundial – bioreactor or fermentador:: fermentador •Antibi Antibió óticos •Colesterol – esteroides •Amino Aminoá á cidos

Manufactura de queso implica: implica :

1680 - Leeuwenhoek observó observó la levadura bajo un microscopio

1.Inocular leche con bacteria llá 1.Inocular á ctica 2.A 2. Añ adir enzimas 3.Calentar 3. Calentar 4.Separaci 4. Separació ó n del fermentado 5.Salar 5. Salar 6.Presionar 6. Presionar 7.Maduraci 7. Maduració ón

Entre 1866 y 1876 - Pasteur estableció estableción que la levadura y otros microorganismos eran los responsables de la fermentació fermentación.

Avances de la biotenologí biotenología clá clásica • En los 1950’ 1950’s, el colesterol se convirtió convirtió en cortisol y hormonas sexuales debidos a reacciones como hidroxilació hidroxilación microbiana (adició adición de grupo -OH) • A mediados de -1950’ -1950’s, se produjeron aminoá aminoácidos y otros metabolitos primarios (necesario para el crecimiento celular) celular) así así como enzimas y vitaminas • En los1960’ los1960’s, los microorganismos se usaron como fuentes de proteí proteínas y otras molé moléculas llamadas metabolitos secundarios (no necesarios para el crecimiento celular) celular) • Hoy se producen gran cantidad de productos: productos: – – – – –

Compuestos farmacé farmac éuticos como antibió antibi óticos (Tabla 1.3) Aminoá Amino á cidos (Tabla 1.4) Muchos compuestos quí qu ímicos, micos , hormonas y pigmentos Enzimas con muchas utilidades distintas Biomasa para consumo animal

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Revolució Revolución Biotecnoló Biotecnológica: gica: lo antiguo se enfrenta a lo nuevo • Fermentació Fermentación e ingenierí ingeniería gené genética se ha usado en la producció producción de comida desde los 1980s • Organismos modificado gené genéticamente son cultivados en fermentadores producen grandes cantidades de enzimas, enzimas, que son extraí extraídos y purificados • Los enzimas se usan en la producció producción de leche, leche, queso, queso, cerveza, cerveza, vino, vino, dulces, dulces, vitaminas y suplementos minerales • La ingenierí ingeniería gené genética se ha usado para incrementar la cantidad y pureza de enzimas, enzimas, para mejorar su funció función y para producir metó metódos más eficientes y baratos en su producció producción – Quimosina, Quimosina , usada en la produci produció ón de queso fue uno de los primeros producidos

Bases de la Biotecnologí Biotecnología moderna o molecular (Microscop (Microscopíía)

Microscopio de Leeuwenhoek’ Leeuwenhoek’s (200x)

1590 - Zacharias Janssen - Primer microscopio de dos lentes (30x)

1665 - Robert Hooke - Corcho “Cellulae” Cellulae” (Pequeñ Pequeñas celdas) celdas)

Anthony van Leeuwenhoek – (200x) 1676 - animalculos (en agua de estanque) estanque) 1684 - protozos/ protozos/hongos

Dibujos de Leeuwenhoek

1684 Levaduras

Pub: 1684

Bases de la biotecnologí biotecnología moderna (Teorí Teoría de la célula) lula) •

1838, Matthias Schleiden Schleiden,, determinó determin ó que todos los tejidos de plantas se componen de ccé é lulas y que cada planta proviene de una ssó ó la cé célula

•

1839, Theodor Schwann, Schwann , teor teoríía similar a la de Schleiden para animales

•

1858, Rudolf Virchow Virchow,, concluyó concluy ó que todas las “cé lulas provienen de ccé élulas” lulas ” y que es la unidad b bá ásica de la vida

•

Antes de la teor teoríía ccé é lular la creencia principal era el vitalismo vitalismo:: el organismo completo,, y no partes individuales poseen vida completo

•

A principio de los 1880s, microscopios microscopios,, tté é cnica de preservació preservaci ón y te teñ ñido de tejidos permitió permiti ó a los cient cientííficos un mejor conocimiento de la estructura y funció funci ó n celular

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¿Qué es una célula? • • • • •

Célula- Una unidad discreta de vida Organismo unicelularorganismo de una sola célula Organismo multicelularorganismo de muchas células Procariota- célula que carece de núcleo específico Eucariota- célula con núcleo definido

¿Qué es una célula? • Celulas son la base estructural de la vida – Tejido- conjunto de células con funciones específicas – Órganos- conjunto de tejidos con funciones específicas – Conjunto de órganos. Ser vivo

Importancia del concepto en la obtención de OMG

Papel de la Bioquí Bioquímica y la Gené Gené tica en le funció función de la cé lula Investigadores en los 1880’ 1880 ’s cre creíían que el mundo vivo y el no vivo estaban separados,, y el las leyes de la qu separados quíímica solo aplicaba al mundo no vivo 1828 - Friedric Wohler - sintetiz sintetizó ó qu quíímicamente urea de cianato de amonio 1850-1880 - Louis Pasteur - desarroll desarrolló ó la pasteurizació pasteurizaci ón , calentar para matar los organismos vivos y probar la teor teoríía de la generació generaci ón espontá espont ánea 1858 - Gregor Mendel - Gen Gené ética redescubierta en 1900 1869 - Johann Miescher - Aisl Aisló ó nucle nucleíína de WBC (una sustancia que contiene ácidos nuclé nucl éicos) icos) 1882 - Walter Flemming - Cuerpos visibles durante divisió divisi ón celular con distribuci distribució ón celular en ccé élulas hijas (mitosis - divisió divisi ón celular celular)) 1903 - Walter Sutton - Los cromosomas contienen la unidad hereditaria descrita por Mendel estudiando meiosis 1909 - Wilhelm Johannsen nombró nombr ó las unidades de herencia de Mendel como genes 1932 - Ernst Ruska - Primer microscopio electró electr ónico (400x)

Naturaleza del Gen • Experimentos diseñ diseñados para ligar genes con proteí proteínas – George Beadle y Boris Euphrussi determinaron conexiones entre genes y enzimas en la mosca de la fruta Drosophila – Beadle y Edward Tatum realizaron experimentos similares en el hongo Neurospora – Charles Yanofsky et.al. realizaron experimentos con la bacteria Escherichia coli, provando que los genes determinan la estructura de las prote proteíínas – Fred Griffith realiz realizó ó experimentos usando Streptococcus pneumoniae adquiriendo conocimientos sobre el “principio de la transformaci transformació ón ” – 1944 Avery, MacLeod, y McCarty extendieron el trabajo de Griffith encontrando el DNA como el “ principio de la transformació transformaci ó n” – 1952, Alfred Hershey y Martha Chase realizaron un experimento usando azufre radiactivo y fosforo, fosforo , demostrando sin dudas que el DNA es el material gené gen ético – 1953 James Watson y Francis Crick determinaron la estructura del DNA con la ayuda de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins (difracci ( difracció ón de rayos X) as asíí como de Erwin Chargaff (razones de bases nitrogenadas del DNA)

1935 - Se aislaron los primeros 20 amino aminoá ácidos

El “Principio de transformació transformación”

1944 - Avery, MacLeod, y McCarty expandió expandió el trabajo de Griffith • Mezcl Mezcló ó cepa R con DNA de la cepa S strain y aisló aisló bacterias S

1928 - Fred Griffith realizó realizó experimentos usando Streptococcus pneumonia

• DNAsa que hidroliza DNA y preven preveníí a que la bacteria R se transformase en S • Proteasas ((hidrolizan hidrolizan prote proteíínas) nas) no preven preveníía la transformació transformaci ón • Se determin determinó ó el DNA como el “principio de la transformaci transformació ón”

Dos cepas: cepas: Smooth (S) - Virulenta (en un gel) Rough (R) - Menos Virulenta

Inyectó Inyectó R y esterilizdas por calor S - los ratones murieron y contení contenía bacteria S

No se sabí sabía lo que cambiaba R a S, que el llamó llamó “Principio de transformació transformación”

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1952 - Alfred Hershey y Martha Chase 1953 - Watson y Crick

• Usaron bacterió bacteri ófago T2, un virus que infecta bacteria. • Marcaron radiactivamente el bacteri bacterió ófago con

S35 ( Prote Proteíína na))

y

P32

(DNA)

• Se infectaron bacterias y se eliminaron las part partíículas de fagos en un agitador • El an aná álisis demostró demostr ó DNA marcado dentro de la bacteria y que era el material gen gené ético

Determinaron la estructura del DNA Rosalind Franklin y Maurice Wilkins generaron difracció difracción de rayos X Erwin Chargaff determinó determinó las razones de las bases nitrogenadas del DNA Modelo de replicació replicación del DNA 1953 Bases del DNA hechas de purina y pirimidina Premio Nobel - 1962

Primer experimento de DNA recombinante

• 1971 cientí científicos manipularon el DNA y lo colocaron dentro de una bacteria

Primer experimento de DNA recombinante • Herbert Boyer en Cold Spring Harbor Laboratories desarrolló desarrolló una té té cnica nueva denominada electroforesis en gel para separar fragmentos de DNA – Se aplica una corriente elé elé ctrica de manera que el DNA cargado negativamente migra hacia el polo positivo y separando las molé moléculas por tamañ tamaño

• 1972 cientí científicos unieron dos molé molé culas de DNA de fuentes diferentes unsando la endonucleasea EcoRI (para cortar) cortar) and DNA ligase (para unir) unir)

Revolució Revolución Biotecnoló Biotecnológica: gica: Desvelando el Có Código

Primer experimento de clonació clonación • Boyer, Cohen, y Chang unieron fragmentos de DNA en un vector, y trasformaron cé células de E. coli

• 1961, Nirenberg y Mattei hicieron el primer intento de desvelar el có código gené genético, tico, usando RNA mensajero sinté é tico (mRNA) sint

• 1963, Nirenberg y Leder desarrollaron un ensayo de unió unión que les permitió permitió determinar que triplete (codó codón) especifica el aminoá aminoácido correspondiente usando secuencias de RNA de codones especí específicos

• Cohen y Chang descubrieron que podí podían colocar DNA bacteriano en especies bacterianas no relacionadas • En 1980 Boyer y Cohen obtuvieron una patente para los mé mé todos bá sicos de clonació clonación de DNA y transformació transformació n

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Reacciones pú públicas a la tecnologí tecnología del DNA recombinante • Tecnologí Tecnología del DNA recombinante encendió encendió debates hace más de 30 años entre cientí científicos, ficos, eticos, eticos, prensa, prensa, abogados y otros • En los 1980’ 1980’s se concluyó concluyó que esta tecnologí tecnología no ha causado ningú ningún desastre y no es una amenaza para la salud pú pública o el medio ambiente • Sin embargo, preocupaciones se centran tanto en aplicaciones como en implicaciones éticas – Terapia gé g énica ha provocado la duda de la eugenia (selecci ( selecció ón humana artificial) as asíí como el estudio de enfermedades hereditarias sin cura – Se han desarrollado clones animales y hay miedo que esto conlleve el clonaje humano – En agricultura hay preocupació preocupaci ón sobre la contenci contenció ón de genes y la creaci creació ón de la “super mala hierba” hierba ” ((resistentes resistentes a herbicidas y pesticidas pesticidas)) – Hoy los miedos se centran en alimentos modificados gené gen éticamente en el mercado y ha resultado en el crecimiento de alimentos orgá org ánicos

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El progreso continú continúa • Muchas plantas gené genéticamente modificadas que confieren resistencia a enfermedades, enfermedades, plagas y herbidas esperan aprobació aprobación para comercializació comercializació n • Genes implicados en enfermedades se han identificado • Se está están desarrollando nuevos tratamientos médicos • “Farmacia” Farmacia” molecular “ en que las plantas se usan para producir medicamentos (biomedicamentos (biomedicamentos)) se está está n desarrollando

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