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BiotecnologĂ­a de origen marino aplicada a la salud


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BiotecnologĂ­a de origen marino aplicada a la salud


Índice Biotecnología 1.- LA NATURALEZA ES EXPERTA EN EMPAQUETAR INFORMACIÓN 2.- IMPACTO DEL CONOCIMIENTO GENÉTICO EN LA CLÍNICA 3.- B  IOMEDICINA Y BASES DE LA ENFERMEDAD MOLECULAR 3.1.- Bases de la enfermedad molecular 3.2.- Transcripción del ARNm 3.3.- Lesiones del material genético 3.4.- P atrones de respuesta ante una lesión 3.5.- M  edicina clínica y medicina molecular 3.6.- Anomalías genéticas

4.- GENOMA HUMANO UN CAMBIO SISTEMICO SILENTE Un Cambio Sistémico Silente

5.- SECTOR BIOTECNOLOGICO: BIOTECNOLOGÍA SANITARIA 5.1 Qué es la biotecnología 5.2 Actores del Sector 5.3 Evolución de Estrategias Terapéuticas 5.4 Tecnologías más prometedoras


Biotecnología azul 6.- BIOTECNOLOGÍA MARINA 6.1 Campos de aplicación 6.2 Biodiversidad Marina 6.3 Niveles de Biodiversidad 6.4 El ecosistema Marino

7.-EL ESTUDIO DE LA BIODIVERSIDAD MARINA 7.1 Orígenes 7.2 Soluciones terapéuticas de origen marino 7.3 Técnicas de estudio de la biodiversidad marina

8.- P ROCESO DE DESCUBIMIENTO DE MEDICAMENTOS DE ORIGEN MARINO 8.1 Bioprospecciones 8.2 Colección de muestras y trazabilidad 8.3 Microbiología 8.4 Screening de actividad tumoral 8.5 Screening de mecanismo de acción 8.6 Proceso de aseguración de suministro

Biotecnología y futuro 9.- ÁREAS DE MAYOR IMPACTO EN BIOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR DE LA SALUD 10.- Factores facilitadores del sector biotecnológico


BIOTECNOLOGÍA


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¿ESTAMOS GOBERNados por las MOLÉCULAS? La información son datos ordenados que desde el origen del mundo mantienen el recuerdo y las instrucciones de experiencias pasadas, y que nos permiten aprender de ellas para adaptarnos y progresar. Esto ha sido un principio constante que podemos aplicar de igual manera a los individuos y a todas las formas de vida desde los organismos más simples a los más complejos. La información original reside en nuestros genes. Nuestro genoma tiene aproximadamente 3.000 millones de pares de bases que forman 30.000 genes repartidos en 23 pares de cromosomas por célula y un cuerpo humano tiene en torno a 100 billones de células. La diferencia entre los genomas de dos humanos es 1/1000 de sus bases (A, T, C, G) lo que implica unos 3 millones de variaciones, que están relacionadas con nuestras diferencias individuales. Todas las células de cualquier organismo pueden leer un gen y traducirlo a una proteína. Hemos necesitado varias generaciones de científicos para comprender como funciona el proceso que transmite la información de experiencias pasadas en el plano biológico y ahora sabemos que:

1. Las propiedades de los seres vivos proceden de las proteínas 2. Las propiedades de las proteínas dependen de la disposición de aminoácidos 3. La disposición de aminoácidos se determina por la secuencia de nucleótidos 4. Una secuencia de nucleótidos de DNA es un gen


Biotecnología

Si hacemos un viaje hacia el infinito interior siempre nos acabamos encontrando con las moléculas Estamos gobernados por moléculas, gracias a ellas, respiramos, nos movemos, guiñamos un ojo, parpadeamos y también pensamos, imaginamos, soñamos. Estas moléculas no son nada por sí mismas, sólo simples combinaciones de media docena de elementos:

CARBONO HIDRÓGENO NITRÓGENO OXÍGENO FÓSFORO AZUFRE

Todos los seres vivos, una planta o un hombre, funcionamos de forma idéntica si se opera a nivel molecular, en este punto desaparecen las barreras entre especies, y las complejas danzas moleculares en cada caso hacen de cada ser vivo lo que es. Todo ser viviente empieza su vida como una célula individual. La información se transmite por las células reproductoras de los progenitores. Los cromosomas son cuerpos que absorben el colorante en forma de filamento dentro del núcleo de la célula antes de su división. Cada especie tiene un número específico de cromosomas que está formado por genes que forman el ADN. EL GENOMA HUMANO Es una secuencia de 3.000 Millones de Nucleótidos (conjunto de genes de un organismo).

Estamos gobernados por moléculas, gracias a ellas, respiramos, nos movemos, guiñamos un ojo, parpadeamos y también pensamos, imaginamos, soñamos

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1. LA NATURALEZA ES EXPERTA EN EMPAQUETAR INFORMACIÓN

Sin embargo ahora la información ha sido capaz de escapar de este estuche biológico. En las pinturas rupestres ya detectamos transferencia de información extra-biológica y después vinieron los jeroglíficos egipcios y la imprenta, recientemente hemos incorporado otros códigos como el binario que solo con dos signos (0, 1) es capaz de transmitir información de imágenes, dibujos, sonidos o palabras.

· Un cromosoma = 40% de ADN

Las cuatro letras del código genético (A, C, G, T) han movido el mundo desde sus primeros tiempos hace 4.600 MM de años y sólo ahora empezamos a comprender tímidamente como funcionan, el punto común en todas las especies es que existe un “stock” de información dentro de sus moléculas y con esta información un determinado individuo o especie, compite con el resto para perpetuarse en el tiempo, crece como especie y se desarrolla.

· Un filamento de ADN = 500 millones de nucleótidos. mide unos 5 cm. · Los 46 cromosomas de cada célula humana = 2m. De ADN desplegado. · Un cuerpo humano = cien billones de células. en línea recta se cubriría la distancia que nos separa del sol unas mil veces

Cada especie tiene un número específico de cromosomas que está formado por genes que forman el ADN


Biotecnología

Un cromosoma

40% ADN de

En ese tortuoso camino las células se han asociado y cooperado para formar organismos más complejos que compitan mejor por los recursos. El denominador común es LA INFORMACIÓN y curiosamente ha conseguido salir de los estuches naturales desde hace más de 3 MM de años, con el primer ancestro homínido conocido.

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2. IMPACTO DEL CONOCIMIENTO GENÉTICO EN LA CLÍNICA

25 Abril 1953 James Watson y Francis Crick publican en “Nature” la propuesta de estructura de doble hélice del ADN.

Los Genes Un gen contiene la información necesaria para que se manifieste una característica heredable de un ser vivo.

Descubrimientos científicos

Aplicaciones en el área de la salud

Aplicaciones en producción primaria

Aplicaciones industriales

1985- Invención de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR).

1980s- Aprobadas las primeras vacunas humanas recombinantes. Primer diagnóstico preimplantacional desarrollado para identificar enfermedades ligadas al sexo.

1980s- Una oveja es clonada a partir de embriones tempranos, primera prueba de que se pueden clonar mamíferos por transferencia nuclear. Aprobadas las primeras vacunas recombinantes animales

1980- Brasil comienza a producir a gran escala bioetanol a partir de caña de azúcar.

1992- Se desarrolla la inyección intracitoplasmática de espermatozoide para asistir casos severos de infertilidad masculina.

1994- Primer alimento genéticamente modificado llega al mercado, tomates FLAVRSVR.

1998- Aparición de la terapia génica

1996-. La oveja “Dolly” es el primer clon de mamífero concebido por transferencia nuclear.

1990- Producción de riboflavina modificada por ingeniería en un solo paso de fermentación.

2001- Gleevec. Fármaco basado en la terapia génica, es aprobado por la FDA para el tratamiento de leucemia.

2002- Vacuno clonado con fines comerciales.

1986- Desarrollo del primer aparato de secuenciación automática.

1990- Lanzamiento del proyecto genoma humano. 1998- Células madre embrionarias cultivadas en el laboratorio. 1999- Secuencia del primer cromosoma humano completo. 2000- Borrador del proyecto genoma humano. 2001- Identificación del ARN de interferencia. 2003- Publicación del genoma humano completo. Síntesis del genoma vírico a partir de cero.

2003- Primera aplicación farmacogenética en el mercado, un chip para una enzima del metabolismo de un fármaco. 1997-2004- el 16% de los nuevos fármacos están basados en procesos biotecnológicos.

2003- Cargill Dow introduce un plástico 100% renovable en el mercado, producido en un prototipo de biorefinería.


Biotecnología

En términos de estructura es un fragmento de una molécula de DNA que es capaz de almacenar información para fabricar una determinada proteína. Las proteínas formadas determinan las características de un organismo como por ejemplo el color de los ojos pero también otras características que no se ven como la resistencia o predisposición a padecer una enfermedad. Estos conceptos básicos suponen el punto de partida de la BIOMEDICINA con el acceso a la secuencia completa del Genoma Humano.

Descubrimientos científicos

Aplicaciones en el área de la salud

Con estos conocimientos de base, el objetivo de la medicina se traslada a cuestiones como:

Estructura de los genes. Funciones de los genes. Interacciones entre genes y proteínas.

Aplicaciones en producción primaria

Aplicaciones industriales

1950- inseminación artificial de ganado usando semen congelado.

1950- se utilizan enzimas para la manufactura de detergentes.

1865- George Medel descubre las leyes de la genética. 1900- El trabajo de Medel es redescubierto. 1928- Alexander Fleming descubre las propiedades bactericidas del moho Penicillium. 1944- Primera fecundación in vitro satisfactoria de un huevo inmaduro. 1952- Clonación de células embriónicas de rana por transferencia nuclear que resulta en el nacimiento de renacuajos. 1953- Watson y Crick describen la estructura de la doble hélice del ADN. 1972- Producción de las primeras moléculas de ADN recombinante.

1942- Manufacturación a gran escala de penicilina.

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3. BIOMEDICINA Y BASES DE LA ENFERMEDAD MOLECULAR En el proceso de Investigación hacia el control de enfermedades humanas deben conjugarse estudios de: GENÉTICA BIOQUÍMICA BIOLOGÍA ESTRUCTURAL Con estas disciplinas entenderemos el funcionamiento de las células, el de los organismos y cómo interaccionan los genes y proteínas a nivel funcional. Si entendemos sus circunstancias patológicas podremos diseñar nuevas estrategias diagnósticas y terapéuticas

3.1. B  ases de la enfermedad molecular Genoma humano Como ya hemos avanzado se trata de una secuencia de 3.000 Millones de Nucleótidos (conjunto de genes de un organismo). Los genes se organizan en largas moléculas de DNA que se denominan cromosomas y se encuentran en todas las células de un organismo vivo desde las bacterias a un ser humano encontramos un funcionamiento similar El conjunto de todos los cromosomas de una célula se denomina Genoma.

Un Genoma contiene toda la información necesaria para construir un individuo completo y también para poner en marcha todos los mecanismos que requiere la supervivencia de este organismo. Un ejemplo clásico pero muy didáctico es la comparación del genoma con una enciclopedia, cada gen equivaldría a un capítulo de la enciclopedia y cada cromosoma sería un volumen de la misma. Si hablamos por ejemplo de una planta la enciclopedia que contiene toda su información debería tener 25.000 capítulos que es el número de genes de esta planta. Una enciclopedia humana contendría unos 50.000 capítulos repartidos en 23 volúmenes. La base con la que la Biotecnología puede operar de igual manera en todos los seres vivos es por el hecho de que todas las enciclopedias de todas las especies se escriben con un lenguaje idéntico que llamamos CÓDIGO GENÉTICO. Para alguien profano en esta materia entender los mecanismos que hacen posible traducir en información una disposición espacial determinada de un grupo de moléculas supone un hecho extraordinario que está más cerca de la ciencia ficción que de la razón comprensible. Sin embargo estos fundamentos están absolutamente contrastados y siguen un patrón universal que es idéntico en todas las formas de vida que conocemos. El código genético son las reglas que la célula eucariota utiliza para transcribir una cadena de ácidos nucléicos en una cadena de aminoácidos y esta cadena ordenada de aminoácidos forman una proteína. Existen dos categorías fundamentales de proteínas, las estructurales y las enzimáticas, estas últimas participan en la mayoría de los procesos químicos que se desarrollan en un organismo complejo. Una proteína es estructural cuando forma tejidos como el conectivo, óseo o constitutivo de órganos como el cardiaco, hepático o el tejido nervioso. Estas estructuras están relacionadas con el soporte de las células que forman un individuo.


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Con solo tres tipos de elementos químicos, un azúcar, un fosfato y una base nitrogenada se forman las hebras de DNA y a partir de ellas toda la información necesaria para obtener los planos que construyen la arquitectura biológica de un cuerpo humano completo.

El orden en el que encontramos estas cadenas de nucleótidos confiere las propiedades individuales de cada ser humano. El código genético es capaz de traducir una secuencia de nucleótidos del RNAm en una secuencia de aminoácidos de las cadenas polipeptídicas. A continuación en unas líneas podemos explicar de forma conceptual muy simple, como funciona esa traducción en la que una cadena determinada de nucleótidos forma los aminoácidos y una cadena de estos forma una proteína determinada. Cada grupo de tres nucleótidos llamado codón codifica para un aminoácido. Un Codón es un conjunto de tres nucleótidos y por tanto las posibles combinaciones teniendo en cuenta que existen cuatro bases (Adenina, Citosina, Guanina y Timina) Son 4x4x4=64 combinaciones posibles de nucleótidos que codifican para 20 aminoácidos y tres codones de combinación.

C

G

T

A G

ADN- ácido desoxirribonucleico Formado por tres elementos químicos: DESOXIRRIBOSA Azúcar de 5 átomos de carbono FOSFATO BASE NITROGENADA Púrica (A, G) pirimidínica (C, T)

C

C G

A

T

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3.2. TRANSCRIPCIÓN DEL ARNm · Cada cadena de ARNm está compuesta de nucleótidos. · Cada conjunto de tres nucleótidos es un CODÓN · Y es capaz de codificar un aminoácido Cada cadena de ARNm está compuesta de nucleótidos. Cada conjunto de tres nucleótidos es un CODÓN y es capaz de codificar un aminoácido Es interesante conocer además que la información original, primigenia permanece dentro del núcleo de la célula eucariota como si se tratara de un santuario y solo sale de este con un ingenioso mecanismo de duplicación que explicamos a continuación.

Sobre la cadena ADN duplicado se formará una cadena de ARNm a través de la síntesis de nucleótidos complementarios. La cadena de ADN servirá de molde para la síntesis de ARNm, esta reacción es catalizada por ARN-POLIMERASA. A partir de la secuencia de codones de una molécula de ARNm se puede descifrar una secuencia de aminoácidos que conforman una proteína concreta, hay por lo tanto una correspondencia entre codón y un determinado aminoácido.


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3.3. LESIONES DEL MATERIAL GENÉTICO Se conoce como lesión ADN la modificación que puede sufrir como consecuencia de una mutación, debido a:

Estructura del ADN

Radiaciones, factores ambientales, agentes alquilantes Las alteraciones de la composición molecular pueden ocurrir por una pérdida de bases púricas o pirimidínicas en la cadena de ADN. La deaminación que es la pérdida de grupos amino en las bases. La dimerización de las bases, que provoca una distorsión de la doble hélice.

Eje pentosa-fosfato

La modificación química por transferencia de grupos Metilo y etilo (alteran la transcripción de la información genética).

Bases


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3.4. PATRONES DE RESPUESTA ANTE UNA LESIÓN Existen tres posibles patrones de respuesta: · LA CÉLULA “REPARA” LA LESIÓN: Mediante mecanismos propios (DNA REPAIR) · LA CÉLULA SE AUTODESTRUYE (APOPTOSIS) · PERSISTENCIA DE LESIÓN EN EL MATERIAL GENÉTICO: El daño se transmite a través de la duplicación del ADN. La lesión no tendría consecuencias si se produce una inversión, corte o tolerancia de la lesión.

3.5. MEDICINA CLÍNICA Y MEDICINA MOLECULAR Tradicionalmente el abarcaba tres partes:

proceso

de

diagnóstico

· ANAMNESIS · EXPLORACIÓN CLÍNICA · REALIZACIÓN DE EXPLORACIONES COMPLEMENTARIAS. Este proceso nos llevaría a una “detección clínica” de la enfermedad.

El nuevo concepto que ahora podemos acuñar con estas técnicas pretende obtener una “detección subclínica” Hoy con las modernas técnicas moleculares, podríamos alcanzar un diagnóstico en estadios más precoces de la enfermedad e incluso en una fase previa a las alteraciones clínicas. La identificación de genes defectuosos de un paciente proporciona el diagnóstico molecular de una enfermedad, evaluando los riesgos a ser portadores de enfermedades genéticas. Un diagnóstico molecular es por tanto de gran ayuda para emitir un pronóstico a padecer enfermedades mucho antes de que se produzcan las manifestaciones de esta enfermedad , incluso identificando estos potenciales problemas en el claustro materno.

3.6.ANOMALÍAS GENÉTICAS Pueden afectar a tres niveles: · ALTERACIONES EN EL ADN: Modificaciones del GENOMA. · ALTERACIONES EN LA TRANSCRIPCIÓN DEL ARNm: Modificaciones del TRANSCRIPTOMA. · ALTERACIONES EN LA CONSTITUCIÓN DE LAS PROTEINAS: Modificación del PROTEOMA. · Genoma · Transcriptoma · Proteoma


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Los Humanos tenemos una historia muy joven en el Planeta, si tenemos en cuenta que las moléculas ya estaban presentes desde su inicio, hace 4.600 MM de años

Puede aportar elementos moleculares decisorios a la hora de realizar un diagnóstico o un tratamiento más preciso de ciertas enfermedades.

4. GENOMA HUMANO

Gracias al estudio del nivel de expresión de un determinado gen y de su resultado final (perfil proteico) podemos aproximarnos al “fenotipo molecular” de un individuo.

Contamos con una identificación del genoma humano muy próxima al 100%

Hoy disponemos de la tecnología y por el momento la principal barrera es la carencia de muestras de individuos clínicamente bien definidos en la cantidad suficiente. La identificación de una enfermedad se podrá hacer no solo al describir los genes del enfermo, sino también según los genes que se expresan o que se encuentran reprimidos en comparación con el resto de individuos.

Contamos con una base de datos que reúne los más de seis millones de polimorfismos de nucleótidos. Contamos con un notable progreso en el estudio de la expresión de los genes en diferentes situaciones clínicas (fenotipo proteico). La nueva medicina molecular va a permitir el diagnóstico molecular y tratar las enfermedades y antes de que se manifiesten clínicamente.

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Un Cambio Sistémico Silente Los humanos tenemos una historia muy joven en el Planeta, si tenemos en cuenta que las moléculas ya estaban presentes desde su inicio, hace 4.600 MM de años… Si hiciéramos un calendario de un año que comprendiera todo este tiempo, el uno de Enero en nuestro Planeta encontraríamos una superficie sólida formada por Magma y Océanos, los fósiles más antiguos son parecidos a las bacterias modernas, datan de 3.500 MM de años. Hace 500 MM de años aún no había sobre la tierra plantas o animales, pero un 15 de Septiembre de nuestro año de evolución aparecen los primeros Eucariotas

unicelulares que emergen de las costas marinas de todo el planeta y de ellos descienden muchas formas de vida, la historia de los seres humanos supone apenas un instante.


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1 día = 41 MM años 1 hora = 1,7 MM años 1 minuto = 28.320 años 1 segundo = 472 años

1 Enero La formación del planeta se remonta a 4.600 MM años MAGMA OCÉANOS= H2O

+

ATMÓSFERA= amoniaco, metano, nitrógeno, vapor de agua C+N+H+O (carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno) Radiación UV

15 Marzo M  oléculas orgánicas (proteínas, azúcares, bases nitrogenadas) ADN PROGENOTES

1 Septiembre Procariotes 15 Septiembre Eucarioties unicelulares 1 Noviembre Eucarioties pluricelulares 12 Diciembre Insectos (plantas, animales) 20 Diciembre Vertebrados 31 Diciembre 23:15 h Hombre

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Pero la evolución va cada vez más deprisa, fueron necesarios 3.000 MM de años para que las células de las bacterias primitivas se convirtieran en plantas y animales grandes. Con el hombre llegó la era del conocimiento y ahora avanza a gran velocidad desde que sabemos mover los datos a través del espacio y tiempo, hubo un momento previo cuando las pinturas rupestres no se movían de sus cavernas. Los jeroglíficos egipcios hicieron posible la transferencia de información a través de los papiros que se movían desde el alto al bajo Egipto (cambio sistémico).

Biotecnología es el uso de organismos vivos para modificar o crear productos, mejorar plantas o animales, desarrollar microorganismos para usos específicos o para proporcionar bienes y servicios.

Cuando supimos transmitir la información mediante 29 letras y después de que se inventara la imprenta para su difusión asistimos a otro cambio sistémico. Hoy, antes de salir de un mundo con distintas velocidades en la época de la lectura en papel que distingue entre alfabetización y analfabetos, ya hemos incorporado otros códigos para los nuevos analfabetos del mundo digital. Solo con dos signos (0,1) este código es capaz de transmitir información de imágenes, dibujos, sonidos o palabras.alabras. Con cada nuevo cambio sistémico se han producido cambios de poder que han aprovechado quienes mejor han sabido adaptarse a los nuevos lenguajes. Sin embargo existe un cambio sistémico que siempre ha estado ahí, progresando por sí mismo, que sin la ayuda de la mano del hombre ha sabido transmitir la información a través de la ecuación de Einstein, incluso antes de que se inventara la relatividad. Las cuatro letras del código genético (A, C, G, T) han movido el mundo desde el primer tiempo biológico hace 4.600 MM de años y ahora que empezamos a comprender tímidamente como funcionan, asistiremos a otro nuevo cambio sistémico.

Para entenderlo más fácilmente proponemos un ejemplo sobre el CAMBIO SISTÉMICO que está en marcha. Si trasladamos estos comentarios al mundo de la empresa, cuando apliquemos estos nuevos conocimientos, podremos desarrollar fábricas biológicas, donde una sola cabra podría producir fármacos en su leche para sustituir la producción actual de una fábrica completa. Este “nuevo” cambio sistémico es imperceptible, pero pronto volveremos a enfrentar el rendimiento de dos tipos de empresas: las que tienen cabras de 1 millón de $ y otras donde sus cabras siguen produciendo requesón.


Biotecnología

Esto es la BIOTECNOLOGÍA: “la comercialización de la biología celular”, técnicas que utilizan la capacidad de los seres vivos para proporcionar productos o servicios.

5.1. Q  ué es la biotecnología

Existen dos tendencias para la ciencia vanguardista: LA HUÍDA HACIA ADELANTE de David Deutsch o el CAMBIO DE RUMBO, de Fritjof Capra, hacia la humildad, desde una comprensión cada vez más profunda de la realidad en la era del conocimiento.

La biotecnología usa un enfoque multidisciplinar para abordar desafíos de distintos sectores de la industria

Las dos estrategias pretenden garantizar la supervivencia de la especie humana, pero la supervivencia de las Compañías dependerá de su alfabetización tecnológica.

Ninguna Empresa con vocación de participar en los cambios del futuro y con el deseo de competir en ellos podrá obviar esta nueva realidad.

5. SECTOR BIOTECNOLÓGICO Y BIOTECNOLOGÍA SANITARIA 5.1 Qué es la biotecnología 5.2 Actores del Sector 5.3 Evolución en la estrategia terapéutica 5.4 Tecnologías más prometedoras

La biotecnología moderna comienza en la década de los 50 con el descubrimiento del DNA. Hoy en día abarca distintas tecnologías como puede ser la proteómica, genómica o metabolómica. Biotecnología es el uso de organismos vivos para modificar o crear productos, mejorar plantas o animales, desarrollar microorganismos para usos específicos o para proporcionar bienes y servicios. FUENTE: OCDE

Podemos entender la Biotecnología: · C omo herramienta clave para reactivar sectores maduros (cómo en el caso de la alimentación)

· Como alternativa sostenible a costosos procesos

productivos (como en el caso de la biotecnología industrial o energética).

· “La Industria Farmacéutica, Química, Alimentaria, Las Tecnologías Sanitarias, La Minería, La Industria Textil, Agricultura, Ganadería, Pesca, Sector Medioambiental son algún ejemplo de empresas que generan el 30% del PIB y todas ellas encuentran en la biotecnología un importante aliado:

· Como fuente imprescindible de innovación en productos y servicios (en el caso de la biotecnología sanitaria).

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Industria Farmacéutica

Energía

Industria Química

Agricultura Ganadería y Pesca

30-40% del PIB Industria Alimentaria

Sector Medio Ambiente Sector Cuero, Textil

Minería

“The dominant science of the twenty century will be biology” - Freeman Dyson

5.2. LOS ACTORES DEL SECTOR BIOTECNOLÓGICO

Biotecnológicas Traslación de descubrimientos académicos en candidatos terapéuticos. · Enfoque terapéutico novedoso

La colaboración entre centros de investigación, biotecnológicas y farmacéuticas es clave para innovar en el modelo actual.

· Estrategia y posición competitiva en propiedad intelectual.

Investigación básica y clínica

· Ensayos in vitro

· Descubrimiento · Interpretación de mecanismos de acción · Identificación de dianas terapéuticas · Visualización del potencial de los nuevos abordajes terapéuticos

· Caracterización de candidatos

· Preclínica, Fase I y Fase II


Biotecnología

Farmacéuticas

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5.3. EVOLUCIÓN EN LA ESTRATEGIA TERAPÉUTICA

· FIII/IV. Registro · Otras i ndicaciones · Estrategia a largo plazo

La aplicación de programas científicos al descubrimiento de fármacos ha sido el principal motor de la INDUSTRIA FARMACÉUTICA.

· Grandes mercados · Infraestructura establecida

Medicamentos químicos son pequeñas moléculas que actúan sobre las proteínas, alterando su funcionamiento para corregir la enfermedad. Medicamentos biotecnológicos son grandes moléculas o proteínas completas que suplen o compensan el funcionamiento incorrecto que provoca la enfermedad.

1ª Generación

2ª Generación

3ª Generación Genómica y proteómica Farmacología celular y biología molecular

Ingeniería genética

Fármacos contra dianas causantes de enfermedades

receptores encimas Fármacos biotech serendipty

Inhibición ACE rebajadores de lípidos

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202

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201

0

200

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Fuente: Burril& CO.

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196

0

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Psicotrópicos

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0 190

Antagonistas H-2 bloqueadores en beta

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NSAIDs

Aspirina penicilinas

Enfermedades degenerativas asociadas con la edad, cáncer

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Nuevos Ciclos Terapeuticos

Productos naturales y derivados


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Evolución y terapias avanzadas Terapias Avanzadas

Terapias avanzadas La terapia génica se basa en la reparación o sustitución de la información genética incorrecta, causante de la enfermedad con los fragmentos de ADN adecuados.

5.4. Tecnologías más prometedoras Nuevas técnicas diagnósticas

La terapia celular emplea células completas para restablecer el funcionamiento normal del organismo.

· Test genéticos

La ingeniería tisular se basa en la aplicación conjunta de células y otros elementos (prótesis) que mantengan, mejoren o restauren la función de órganos y tejidos humanos.

· Chips de ADN...

· Detección de patógenos


Biotecnología

Comprensión fundamental de enfermedades · Proteómica · Genómica · Modelos animales · Hibridomas...

Desarrollo de fármacos y terapias Recombinantes · Células madre · Farmacogenómica · Terapia génica · Vacunas de DNA...

Genómica ¿Qué es? Busca la identificación de los genes involucrados en el comienzo y desarrollo de enfermedades y propone estrategias terapéuticas basadas en el conocimiento adquirido.

Viene íntimamente ligado al desarrollo de: · Diagnóstico y análisis génico · Farmacogenética · Terapéutica · Terapia génica · Vacunas

La Biología Molecular ayuda a determinar la estructura, función y composición de las moléculas. A través del estudio de las macromoléculas (ADN, ARN, enzimas…) que conforman la célula, se pueden hallar los marcadores genéticos que proporcionan la denominada Huella Genética. De esta forma, se detectan los caracteres heredables del genoma que permiten analizar la diversidad entre especies e individuos de la misma población, así como la potencial actividad de las células como soluciones terapéuticas. La genómica y a la bioinformática, además, ha permitido analizar los genes de todos aquellos organismos que no podrían ser cultivados de forma tradicional, gracias al cultivo del ADN ambiental. Se prevé que pronto, el número de compuestos con aplicaciones humanas incremente gracias al uso de la innovadora tecnología genética.

Microarrays Las tecnologías basadas en los Microarrays de ADN se conforman como una herramienta adicional en el análisis del genoma de un organismo y sus respuestas a determinados cambios inducidos. También se denominan Chips de ADN y es una técnica derivada de la biología molecular a través de la cual se analizan en superficie sólida la expresión diferencial de miles de genes de forma simultánea, facilitando el estudio los patrones de respuesta de los genes ante varios estímulos y, con ello, permitiendo la creación de herramientas de diagnóstico. Asimismo permite la clasificación molecular en enfermedades complejas, la predicción de respuestas a un tratamiento y la detección de mutaciones y polimorfismos de un único gen.

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Terapia génica – RNAi

¿Qué enfermedades podrían ser tratadas mediante Terapia Génica?

¿Qué es? El descubrimiento del RNA interferente o el silenciamiento génico ha sido un gran avance en cuanto a terapia génica se refiere. La capacidad de este RNA de regular o “silenciar” la expresión de genes abre la posibilidad de aplicar estas técnicas en el ámbito de la salud. ¿Cómo se realiza la terapia génica? Tratamiento de enfermedades mediante modificación genética (material genético de una célula) directa o indirecta de los tejidos afectados, con el propósito de aliviar o eliminar un proceso patológico. Adición de genes terapéuticos a las células de un individuo, y su función será la de restablecer la producción de una proteína deficiente o alterada o la de conferir nuevas propiedades a las células, por ejemplo inducir una respuesta inmune.

· Prácticamente todas las enfermedades humanas podrían ser tratadas por terapia génica. · Actualmente se están desarrollando tratamientos mediante técnicas de terapia génica para un gran número de enfermedades que incluyen: Inmunodeficiencias primarias, alteraciones de la coagulación, infecciones virales, desordenes neoplásicos (cáncer), autoinmunidad, inflamación, etc. La terapia génica pretende ofrecer a la sociedad el tratamiento definitivo de enfermedades tan distintas como pueden ser el cáncer o las enfermedades hereditarias.

Los ensayos de terapia génica en seres humanos se iniciaron en 1990.

El descubrimiento del RNA interferente o el silenciamiento génico ha sido un gran avance en cuanto a terapia génica se refiere.


Biotecnología

Hay más de mil ensayos clínicos en marcha, la mayoría dedicados al tratamiento de enfermedades oncológicas.

Proteómica Las proteínas son macromoléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno y los componentes principales de las rutas metabólicas de las células. El proteoma conforma la totalidad de las proteínas que el genoma codifica. La proteómica es el estudio de la estructura y el funcionamiento de las proteínas a través de su genoma. El estudio del proteoma permite, en diferentes situaciones metabólicas y/o patológicas, identificar la presencia, la ausencia o alteración de proteínas. El uso de la proteómica permitiría dilucidar el diagnóstico y el pronóstico de evolución de determinadas enfermedades a través de determinadas proteínas que se recibirían el nombre de biomarcadores. Este tipo de tecnología biológica es más complicada que la genómica ya que, a diferencia del genoma, el proteoma es muy variable y dificulta el establecimiento de patrones.

Durante los últimos años, la revolución científica surgida de la genómica y la proteómica ha variado sustancialmente el escenario de búsqueda de nuevos medicamentos. Conociendo mejor el ciclo celular se pueden describir reacciones bioquímicas claves para ser modificadas, obteniendo dianas o targets específicos en que se reduce enormemente los efectos secundarios. Se diseñan métodos de cribado basados en células, en que se realizan construcciones genotípicas y fenotípicas que destacan los efectos sobre dianas celulares específicamente. Se utilizan modelos animales transgénicos de validación de tales dianas que incrementan las opciones de confirmación de que las moléculas bioactivas puedan llegar a convertirse en fármacos. Las técnicas analíticas de determinación estructural permiten la identificación de estructuras atendiendo a su estereoquímica. Los sistemas de disimulación virtual entre estructura química y activada biológica o de acople espacial entre la sustancia y el centro activo de la diana permiten el diseño de estructuras más optimizadas.

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Metabolómica La metabolómica es el conjunto de ciencias y técnicas dedicadas al estudio del conjunto de moléculas que constituyen los intermediarios metabólicos, metabolitos, hormonas y otras moléculas señal, así como los metabolitos secundarios, de un sistema biológico. · Un metabolito es cualquier molécula utilizada o producida durante el metabolismo. · Las hormonas son sustancias segregadas por células localizadas en glándulas de secreción interna o glándulas endocrinas o también por células epiteliales e intersticiales. Su finalidad es afectar la función de otras células. Las hormonas pertenecen al grupo de los mensajeros químicos, que incluye también a los neurotransmisores. · ‌Los metabolitos secundarios son aquellos compuestos orgánicos sintetizados por el organismo que no tienen un rol directo en el crecimiento o reproducción del mismo. A diferencia de lo que sucede con los metabolitos primarios, la ausencia de algún metabolito secundario no le impide la supervivencia, si bien se verá afectado por ella, a veces gravemente.

Antes del

2025 se espera que terapias celulares entren en práctica clínica

Biomarcadores El conocimiento cada vez más amplio de los mecanismos y procesos biomoleculares que han venido aportando disciplinas como la genómica, la proteómica o la metabolómica, entre otras, está permitiendo el progresivo desarrollo de un conjunto de herramientas cuyo denominador común es la utilización de distintos biomarcadores y la integración de estas herramientas, junto a técnicas más habituales de investigación, conforma una de las piezas clave para la búsqueda y desarrollo de fármacos innovadores, más eficaces y más seguros. El uso de biomarcadores facilitaría el manejo de información acerca de la predisposición genética a una cierta enfermedad, lo que permitiría una estratificación de poblaciones de pacientes y la posibilidad de monitorizar y prevenir estas enfermedades. De esta forma, el futuro del cuidado de la salud pasa por una medicina cada vez más personalizada, minimizando riesgos para el paciente y aumentando efectividad terapéutica. Otras técnicas que también permiten una medicina personalizada son los biochips y las tecnologías de silenciamiento génico (RNAi)


Biotecnología

Dado que las reacciones metabólicas son catalizadas por enzimas y éstas están determinadas genéticamente, cualquier alteración del ADN supondrá una disfunción del enzima, un bloqueo de la ruta metabólica y la acumulación de un metabolito intermediario en la célula.

Objetivo a largo plazo: Ingeniería de órganos. Su desarrollo viene íntimamente ligado a: · Ingeniería de tejidos · Ingeniería de biomoléculas · Órganos bioartificiales

Medicina regenerativa ¿Qué es? Células madre totipotentes

Busca la reparación o regeneración de órganos dañados, envejecidos o en mal funcionamiento a través de métodos puramente biológicos. Se espera que terapias celulares entren en práctica clínica, como el tratamiento de enfermedades degenerativas, como el Alzheimer o el Parkinson, antes del 2025.

Células madre pluripotentes

Células madre sanguíneas Glóbulos rojos

Plaquetas

Glóbulos blancos

Otras células madre especializadas Células especializadas

La práctica totalidad de los medicamentos disponibles hoy solo ayudan a aliviar los síntomas de la enfermedad pero que no constituyen una reparación definitiva del tejido dañado

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

Ingeniería Tisular

Terapia Celular

La Ingeniería Tisular trata de reparar, remplazar, mantener o mejorar la función de un órgano o tejido.

¿Qué es y cómo se realiza?

La práctica totalidad de los medicamentos disponibles hoy solo ayudan a aliviar los síntomas de la enfermedad pero que no constituyen una reparación definitiva del tejido dañado. Algunas áreas potenciales de aplicación en fase de investigación: · Piel · Cartílago · Vasos sanguíneos · Páncreas · Prótesis cardíacas · Intestino · Intestino · Hígado · Órgano genitourinarios · Neurotecnología

La terapia celular es el conjunto de tecnologías que se basan en la sustitución de células enfermas o disfuncionales por células sanas (tratamiento de enfermedades degenerativas). Actualmente la única esperanza de recuperación completa en los pacientes es el trasplante de órganos. Ciertos tipos celulares pueden ser aislados y cultivados fuera del organismo, pueden sustituir a las células defectuosas restaurando la funcionalidad del órgano por un efecto de regeneración. Las células que tienen la mayor potencialidad de aplicación en terapia celular son las células madre.


Biotecnología

Las células madre son células que tienen la capacidad de autorreplicarse y de generar, a medida que proliferan y se diferencian, diferentes tipos de células especializadas. Existen diferentes tipos de células madre.

Su desarrollo viene íntimamente ligado a: · Control del envejecimiento · Mejora genética de rasgos físicos · Mejora genética de embriones · Mejora cognitiva – Memoria

Medicina de la salud ¿Qué es? La biotecnología puede mejorar rasgos o cualidades que nada tienen que ver con la medicina. Un ejemplo serían los conocidos como “fármacos de estilo de vida” para mejorar la apariencia o forma física y no para tratar enfermedades.

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BiotecnologĂ­a de origen marino aplicada a la salud


Biotecnología

BIOTECNOLOGÍA AZUL

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

6.- BIOTECNOLOGÍA MARINA La biotecnología azul o biotecnología marina es una disciplina basada en el estudio, a través de técnicas biotecnológicas, de las propiedades de los organismos marinos, sus genomas o sus productos derivados para su futura aplicación como soluciones en diferentes campos tales como la agricultura, productos y procesos industriales, energía y salud. La biotecnología marina también juega un papel imprescindible en la protección, conservación y conocimiento del medio ambiente y la biodiversidad.

La biotecnología azul se está convirtiendo en un componente altamente importante del sector biotecnológico. España, al ser un país rodeado de mar, posee una larga experiencia en biología marina, y el conocimiento de su biodiversidad es un gran atractivo para cualquier iniciativa de I+D en el sector.

6.1. Á  mbitos de aplicación10 Suministro de alimentos La Biotecnología marina es esencial para satisfacer la creciente demanda de productos de demanda alimenticia. El rápido progreso biotecnológico ha derivado en el desarrollo eficiente y ambientalmente responsable de la acuicultura así como en una mayor diversidad de productos alimenticios marinos y a un mejor control de estos procesos. La biotecnología marina ha contribuido a incrementar la producción eficiente y la calidad de los productos a través del cultivo intensivo de nuevas especies y el desarrollo de prácticas sostenibles para un mejor conocimiento de las bases moleculares y fisiológicas de reproducción, desarrollo y crecimiento de las especies. En España disponemos de amplia experiencia en acuicultura, especies de lubina, dorada, rodaballo, además de mejilloneras que constituyen cada vez más un sector en auge, fundamentalmente en Galicia.

Suministro de energía El océano es fuente de energía sostenible. A pesar de las dificultades técnicas y económicas de este tipo de energía, son ya muchos los ejemplos de producción de bio-energía derivada de la energía potencial térmica y del movimiento de los mares así como de organismos marinos que viven en


Biotecnología azul

los océanos. Además, la biotecnología se emplea para la obtención de Bio-energía. En este sentido, actualmente existen proyectos que emplean microalgas como fuente de Bioetanol y Biodiesel que contribuyen además a fijar CO2.

Procesos industriales Las proteínas y las enzimas provenientes de organismos marinos han contribuido significativamente en la biotecnología industrial y procesos de desarrollo en la industria alimenticia y farmacéutica, así como en la biología molecular y los kits de diagnóstico. Los biopolímeros, por ejemplo, tienen una gran cantidad de aplicaciones en la elaboración de plásticos biodegradables, aditivos alimenticios, polímeros médicos, gasas y vendajes, bio-adhesivos, biomateriales de uso dental y regeneración de tejidos10. Una firma de neumáticos ha desarrollado, por ejemplo, unas ruedas ecológicas de biocaucho, fabricado a partir de algas verdes marinas. De algas marinas se obtiene el alginato y agar-agar, sustancias químicas con múltiples aplicaciones industriales.

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Investigación medioambiental A través del uso de diferentes técnicas biotecnológicas es posible contribuir a la investigación y resolución de los principales problemas de contaminación y deterioro medioambiental. Esto se lleva a cabo a través de técnicas como la biorremediación, el biofouling, la biodegradación, la fitorremediación, y el control de aguas, plagas o cultivos. La biotecnología contribuye, además, al conocimiento de las diferentes formas de vida existentes en nuestras costas y al análisis del medioambiente y el grado de contaminación.

En España disponemos de amplia experiencia en acuicultura, cada vez más, un sector en auge, fundamentalmente en Galicia


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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

Salud y aplicaciones médicas El mar es una gran fuente de nuevos potenciales medicamentos, tratamientos innovadores y herramientas de diagnóstico. Actualmente existen más de 20 fármacos de origen marino en diferentes procesos de desarrollo clínico, la mayoría en el área de oncología, y algunos ya en el mercado8. Tres de ellos son para tratamientos de ciertos tipos de cáncer y uno para analgesia. La industria de la cosmética también es un sector prometedor para nuevas aplicaciones de compuestos de origen marino.

6.2. Biodiversidad Marina El concepto biodiversidad, derivado de las palabras Biología (estudio de la vida) y diversidad (variedad), hace referencia al número de especies que componen un determinado ecosistema o área geográfica.

Los Océanos representan el hábitat más extenso de la Biosfera, constituyendo el Bioma más grande de la tierra ya que cubre el 71% de su superficie. Los Océanos han sido el escenario de la diversificación de la vida desde sus inicios a lo largo de más de 3.500 millones de años de evolución. Aunque existen varios miles de especies descritas, se estima que es un número muy por debajo de la población real existente, fundamentalmente por el escaso conocimiento del entorno marino.

6.3. Niveles de biodiversidad2 Diversidad genética Hace referencia a la variación de secuencias de ADN de los seres vivos. Esto abarca poblaciones determinadas de la misma especie o la variación genética de una población. La función de la diversidad genética es la de mantener un reservorio de condiciones -de variación- de respuesta al medio, que permita la adaptación y la supervivencia.


Biotecnología azul

Diversidad de especies Por diversidad de especies se entiende la variedad taxonómica existente. La “diversidad taxonómica” tiene en cuenta la estrecha relación existente entre unas especies y otras.

Diversidad de ecosistemas En este caso, la diversidad estaría representada por el número o variación de hábitats diferentes en un ecosistema que pueden estar habitados por distintas especies. Hoy en día todavía siguen descubriéndose nuevos hábitats con nuevas especies asociadas.

6.4. El Ecosistema Marino La biodiversidad marina es capaz de sorprender a los científicos continuamente ya que año tras año, su investigación sigue proporcionando información sobre nuevas especies. El primer Censo de Vida Marina11, publicado en octubre de 2010, indica que, después de 10 años de investigación, el registro de las especies marinas conocidas ha aumentado desde alrededor de 230.000 hasta casi 250.000. Entre los millones de especímenes obtenidos en aguas conocidas y en otras rara vez exploradas, el Censo encontró más de 6.000 especies posiblemente nuevas, entre crustáceos, moluscos, esponjas y equinodermos. Después de todo su trabajo, el Censo aún no pudo calcular a ciencia cierta la cantidad total de especies, los tipos de vida, conocida y desconocida, que hay en el océano. Su base de datos aún no tiene registros en absoluto para más del 20% del volumen del océano y, para algunas áreas extensas, tiene muy pocos. Por otro lado, por su peso, hasta un 90% de la vida marina es microbiana. Se calculan en 3 x 1028 el número de formas de vida microscópicas existentes globalmente en océanos. Ello supone que

hay cien millones de veces más microorganismos que estrellas en el universo visible. Hoy en día, las principales formas de vida existentes 12 se encuentran divididas, gracias a las herramientas biotecnológicas, en dos grandes grupos:

Eucariotas En donde se incluyen los animales, plantas, hongos, protozoos, etc. Son células con núcleos diferenciados que contienen los cromosomas.

Procariotas Donde encontramos bacterias típicas y Archaeas o bacterias extremófilas (microorganismos que viven en condiciones extremas). Ambas carecen de núcleo celular y pueden presentar paredes celulares resistentes que les permiten adaptarse a cualquier entorno por muy extremo que sea. Las Archeas son el ejemplo perfecto de que puede existir vida en cualquier lugar del mundo, por muy inhóspito que sea. Además, son las grandes reguladoras de los ciclos de carbono (incluyendo los balances de CO2 y de oxígeno, ya que la mayor parte de la fotosíntesis se genera en el mar. Si nosotros respiramos es gracias al efecto de ciertas microalgas que emitieron oxígeno formando la atmósfera que hoy conocemos.

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

Phylogenetic Tree of Life

El océano es uno de los ecosistemas menos estudiados pero potencialmente más activo en cuanto a la evolución de formas de vida con propiedades biológicas interesantes para el hombre. Sin embargo, actualmente, el mar sigue siendo un gran desconocido, incluso para los más expertos, debido a las limitaciones tecnológicas.


BiotecnologĂ­a azul

Algunos tipos de organismos marinos Tunicados

Botryllus sp.

Clavelina dellavallei

Clavelinidae

Halocinthya piriformis

Perophora Niamey

Pycnoclavella sp.

Rhopalaea sp.

Rhopalaea sp.

Rhopalaea sp.

Rhopalaea sp.

Pseudodistoma sp.

Pycnoclavella sp.

Amphimedon sp.

Callyspongia plicifera

Clathria sp.

Dictyonella maderense

HaliclonaRhopalaea sp. mediterranea

Haliclona sp.

Niphates digitalis

Siphonodictyum coralliphagum

Verongula gigantea

Haliclona sp.

Haliclona sp.

Acalycigorgia sp.

Actinodendron arboreum

Cerianthus sp.

Chironephthya sp.

Cirripathes luetkeni

Condylactis gigantea

Helofungia actiniformis

Heteractis magnifica

Hormathia sp.

Hormathia sp.

Hormathia sp.

Periphylla periphylla

Euphyllia glabrescens

Eusmilia fastigiata

Esteinascidia turbinata

Esponjas

Cnidarios

Plerogyra sinuosa

Sarcophyton sp. ImĂĄgenes cedidas por Pharma Mar S.A Sociedad Unipersonal

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

6.5. Las propiedades terapéuticas del ecosistema marino: cuestión de supervivencia La evolución ha dotado a los organismos marinos de mecanismos de supervivencia, defensa, ataque y comunicación, permitiendo que desarrollen una inmensa variedad de entidades químicas de exclusiva sofisticación. Entre éstas se encuentran moléculas con actividades biológicas potentes, desarrolladas como una forma de defensa natural para su supervivencia en un entorno extremadamente competitivo. Esas estructuras químicas son a menudo potenciales mecanismos de acción contra enfermedades. Si observamos dos esponjas compitiendo por un sustrato de fijación, o el empleo de defensas químicas en seres inmóviles para no ser depredaos, nos daremos cuenta de que la estrategia evolutiva las ha dotado de sustancias capaces de detener el crecimiento de los rivales y ello puede aplicarse al cáncer, donde la división celular juega un papel determinante13. Pero además, la supervivencia a grandes profundidades conlleva estructuras capaces de resistir más de cien

atmósferas de presión conservando su capacidad vital en el caso de ciertas esponjas, y podemos utilizar esos biomateriales en trasplantes óseos. Si a esto le añadimos el gran contenido de simbiontes marinos (microorganismos que viven en estrecha relación con invertebrados), se abren eficaces vías de estudio para identificar nuevas moléculas con actividad en salud humana. El gran reto de la biotecnología marina está en cultivar estos microorganismos en el laboratorio para estudiar sus propiedades o bien estudiar directamente los genes responsables de moléculas bioactivas

6.6. Estudio de la Biodiversidad Marina La mayoría de los antiguos remedios se basaban en extractos de plantas que llevaron al descubrimiento de medicamentos muy importantes, como la aspirina. El descubrimiento de la penicilina en 1930 introdujo fuentes microbianas en el descubrimiento de productos naturales biológica y terapéuticamente relevantes, como lo fueron los antibióticos, seguido por un lento pero constante progreso en el descubrimiento de productos naturales derivados de organismos marinos6.

Se han descrito más de 20.000 compuestos marinos, muchos de ellos con actividad antitumoral


Biotecnología azul

El inicio de la investigación biomarina y el origen del concepto de fármaco de origen marino en el mercado, se remontan a los descubrimientos de Bergmann y la identificación de un determinado tipo de esponja marina (Cryptotethya crypta) en el mar Caribe, en la primera mitad de los años 50. De ella se extrajeron compuestos con propiedades antileucémicas7. Este hallazgo aumentó el interés en los recursos de origen marino. La principal pregunta en la que biólogos y químicos basaban sus investigaciones era cómo los organismos marinos pueden defenderse de enfermedades y ataques en un hábitat tan competitivo. Desde entonces hasta nuestros días, se han descrito más de 20.000 compuestos marinos, muchos de ellos con actividad antitumoral.

6.7.Organismos marinos más prometedores como fuentes de nuevos fármacos Hoy la biodiversidad marina se ha convertido en una potente opción de investigación de enfermedades tan importantes como el cáncer o el Alzheimer. Los organismos marinos más prometedores como fuentes de nuevos fármacos son los siguientes:

Invertebrados Principalmente esponjas y corales. La ventaja de este tipo de organismos es el amplio rango de defensas químicas que desarrollan.

Micro-organismos Especialmente, Actinomicetos y los hongos marinos son los más prolíficos en el desarrollo de nuevos compuestos bio-activos. Aunque se encuentran en todo tipo de hábitats, se estima que la ciencia sólo es capaz de cultivar una mínima parte del total existente. ADN ambiental (Metagenoma): la aproximación metagenómica hace referencia a la exploración marina del ADN ambiental en busca de genes interesantes sin necesidad de cultivar células. Aunque hoy en día todavía no es posible obtener nuevas moléculas de esta forma, los científicos confían en el prometedor futuro de este tipo de investigación.

Moléculas marinas bio-activas y nuevas moléculas optimizadas La mayoría de los ejemplares marinos contienen una gran cantidad de diferentes metabolitos. Sin embargo no todos presentan actividad in vitro, es decir, no todos son bio-activos. Una vez descubierta una molécula con actividad sobre una diana que sea clave en el desarrollo de una enfermedad, se inicia todo un proceso de investigación que va desde la elucidación de su estructura molecular, valoración de sus actividades in vitro (en células) e in vivo (en animales), hasta su desarrollo para producirla en laboratorio como medicina. Además, aunque un compuesto pueda tener actividad in vitro, es altamente improbable que reúna todos los requisitos y características físicoquímicas y biológicas requeridas para su conversión en un medicamento, sino que estas moléculas bioactivas necesitan un proceso de optimización que puede derivar en modificaciones estructurales para potenciar ciertas propiedades. De esta forma se crean nuevas moléculas con una estructura nueva y optimizada, pero basada en la estructura de la molécula natural.

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

Diversidad Biológica

Biodiversidad

Molécula Compuestos Medicinas Bioactiva análogos

7. PROCESO DE DESARROLLO DE FÁRMACOS DE ORIGEN MARINO Un caso práctico de compañía biotecnológica que basa su actividad en la búsqueda de novedosos tratamientos frente al cáncer y enfermedades del Sistema Nervioso Central es el de Zeltia. Su actividad investigadora es su mayor contribución a la sociedad presente y futura y la tecnología que ha desarrollado Zeltia para llevar a cabo el desarrollo de fármacos de origen marino se detalla a continuación como ejemplo de cómo una compañía con visión innovadora ha conseguido ser pionera a nivel mundial en biotecnología marina.

El proceso de descubrimiento de medicamentos para Zeltia empieza con la búsqueda de muestras marinas. Unos pocos gramos de muestra proporciona la cantidad suficiente de moléculas diferentes para la elucidación de su estructura química e iniciar pruebas in vitro. Si se trata de estudiar microorganismos asociados, basta un gramo para obtener miles de bacterias diferentes


Biotecnología azul

Imagen: PharmaMar S.A.

7.1. Bioprospecciones La bioprospección marina estudia nuevos extractos de invertebrados y micro-organismos. La recolección y estudio de la biodiversidad marina se hace a través de diferentes expediciones marinas alrededor de todo el mundo, sujetas a rígidas normativas de protección, conservación y uso sostenible de los recursos marinos. Las expediciones en busca de biodiversidad marina se llevan a cabo a través de diferentes técnicas y plataformas cada vez más sofisticadas. Así, estas bioprospecciones pueden utilizar barcos, vehículos submarinos autónomos o dirigidos por control remoto y a través de las técnicas de buceo. En estos casos, la búsqueda se realiza de forma selectiva y manual. Las expediciones en Zeltia se dirigen a través un equipo de biólogos marinos y buzos profesionales.

7.2. Colección de muestras y trazabilidad Los organismos recogidos en las expediciones son clasificados asignándoles un código externo “in situ”, recopilando la máxima información posible asociada a cada una de las muestras, destacando aspectos como la clasificación taxonómica, imágenes del organismo en su hábitat, la localización de la zona explorada (datos GPPS) o las características del hábitat de desarrollo del organismo. Las muestras son inmediatamente congeladas de manera individual para conservar así íntegras todas sus características químicas. Cuando los organismos llegan a los laboratorios de Zeltia, es

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

Collecting Marine Organisms Samples

Samples Labelling

Storage of Library

Classification of collected Samples

Information Management

Identification of Marine Species

Transport of Marine Samples to PharmaMar

Preparation of Marine Organisms Extracts

Taxonomical studies

Cuadro 1. Expediciones y colección de organismos marinos.Imagen: Pharma Mar S.A. Sociedad Unipersonal

muy importante garantizar la trazabilidad de las muestras desde su origen hasta su estudio final.

7.3. Microbiología

Por ello se vuelca toda la información asociada a las muestras recogida en las expediciones, a la base de datos del laboratorio para que un sistema informático pueda automáticamente asignar a cada muestra recogida un número asociado a su vez a un código de barras, a través del cual se puede conocer toda la información ligada a cada una de las muestras utilizando un scanner.

La palabra se compone de de mikros “pequeño”, bios “vida” y logos “estudio”. Las diferentes disciplinas de la microbiología estudian diversos aspectos, como por ejemplo la fisiología, la genética, el genoma, taxonomía, cultivo y análisis de metabolitos producidos por los organismos. Para el descubrimiento de nuevos compuestos con actividad antitumoral se implementan diferentes estudios microbiológicos desarrollados en los laboratorios de I+D. Esto se realiza a partir del aislamiento y cultivo de los microorganismos marinos, que se caracterizan atendiendo a la huella genómica para obtener una colección única de bacterias, especialmente filamentosas, llamadas actinomicetos.


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Marine samples

Screening

Marine Microorganisms Isolation

Pure cultures

Genomic Discrimination

PharmaMar Microorganisms Collection

Active strains Fermentation

Drug Substance Supply

Scale up

New Antitumor compounds

Foto Cuadro 2. Microbiología, Aislamiento, caracterización cultivo y screening de microorganismos marinos. Imagen: Pharma Mar S.A. Sociedad Unipersonal

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

Para ello, Zeltia emplea un proceso de análisis de la huella genética de cada microorganismo para descartar los que sean repetidos (PCR y DNA fingerprinting). Posteriormente se realiza la identificación taxonómica y la selección de microorganismos de interés para cultivar. La valoración de esas muestras para ver si contienen sustancias antitumorales y el uso de diferentes técnicas analíticas permiten determinar que los extractos extraídos para el estudio no contienen moléculas ya estudiadas sino que son totalmente nuevas.

En el proceso de Screening también se estudian los mecanismos celulares y moleculares


Biotecnología azul

Foto Cuadro 3. Aislamiento, elucidación estructural y síntesis de nuevas entidades químicas de origen marino. Imagen: Pharma Mar S.A. Sociedad Unipersonal

7.4. Screening de actividad tumoral Las técnicas de screening están dirigidas al rastreo masivo de las muestras marinas para la identificación de actividad citotóxica y/o citostática frente a células tumorales de origen humano en ensayos in vitro. Asimismo, se realiza el bioseguimiento de la actividad antitumoral durante el proceso de fraccionamiento químico que conduce a la identificación y purificación de las entidades químicas responsables de la actividad biológica. Para ello, los extractos son evaluados en un panel de células tumorales humanas con el fin de determinar la actividad antitumoral. Los extractos que resultan positivos en el ensayo biológico son fraccionados para aislar los compuestos responsables de esa actividad antitumoral.

En ocasiones,

para obtener

1gr.

de medicamento,

se debería extraer casi una tonelada métrica (peso húmedo) del organismo marino

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

7.5. Screening de mecanismo de acción (MoA) En el proceso de Screening también se estudian los mecanismos celulares y moleculares. En primer lugar, se delinean los efectos generales de los compuestos sobre procesos y/o estructuras celulares básicas como son el ciclo celular, el citoesqueleto, la mitosis, la integridad del DNA, tipo de muerte celular, etc. Por otro lado, utilizando una amplia variedad de técnicas de biología celular y molecular más específicas (citometría de flujo, microscopía confocal, silenciamiento génico, western blotting, etc), se investigan en profundidad los mecanismos de acción de los compuestos con actividad antitumoral, para definir con precisión las rutas de señalización intracelular implicadas en la inducción de la muerte celular y determinar la diana celular primaria del compuesto. En el aislamiento se utilizan técnicas cromatográficas y técnicas instrumentales como la Resonancia Magnética Nuclear o espectrometría de masas que permiten la elucidación y determinación de la estructura de las nuevas entidades químicas antitumorales que además tiene que tener un nuevo mecanismo de acción.


Biotecnología azul

7.6. Procesos de aseguración de suministro El principal obstáculo en el desarrollo de este tipo de medicamentos, es la dificultad en el suministro. Evidentemente un continuo proceso de recolección de muestras para la provisión médica acabaría con la biodiversidad. Por otro lado, la concentración de la mayoría de los compuestos activos en los invertebrados marinos es minúscula, a veces menor de 10-6 % de su peso húmedo. Esto quiere decir que para obtener en algunos casos 1g de medicamento, se debería extraer casi una tonelada métrica (peso húmedo) del organismo marino8. Para solucionar este problema en Zeltia se ha recurrido a la síntesis química, que permite el suministro del medicamento tanto en las fases de preclínica, ensayos clínicos y la futura comercialización del medicamento. Estos programas de síntesis permiten la generación de análogos químicos de las moléculas activas, lo cual proporciona al investigador una información muy valiosa sobre su estructura y su mecanismo de acción que permite mejorar las propiedades farmacológicas en busca de la máxima actividad y los mínimos efectos secundarios. Después de obtener el principio activo se estudia su posible formulación y presentación y se evalúa en modelos animales. Ese es el inicio del estudio directo del compuesto sobre los diferentes tumores, en lo que se denomina la fase Preclínica. En ella se determina si el producto es seguro, de qué forma actúa contra célula tumoral, si es más efectivo sobre determinados tipos de tumores o si su eficacia mejora combinándolo con otros fármacos.

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BIOTECNOLOGÍA Y FUTURO


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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

9. ÁREAS DE MAYOR IMPACTO EN BIOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR DE LA SALUD Los parámetros moleculares y genéticos en un análisis clínico nos llevarán a un diagnóstico más concreto y terapias más específicas sin efectos adversos. Desarrollo de fármacos. Herramientas de validación de dianas terapéuticas que permitirán la reducción de costes asociados. Terapia celular e Ingeniería genética de tejidos. Conocimiento molecular permitirán terapias celulares del propio paciente o donantes para reconstruir órganos completos. Terapia Génica y vacunas génicas. Corregir defectos génicos mediante inserción o expresión de genes para solucionar enfermedades congénitas (vacunas génicas).

El propósito de una sociedad de bienestar es también el que persiguen con un entusiasmo creciente las ciencias de la vida, pero al margen de lo poético de su nombre, la Biotecnología de hoy reúne muchos esfuerzos profesionales y a una gran variedad de agentes públicos y privados, instituciones sanitarias, financieras, empresas, universidades, administraciones, organismos de investigación, escuelas de gestión etc. El “Cluster Biosanitario” tendrá que crear una malla de tejido productivo que se transforme en valor contable. En España la contribución de nuestra producción científica internacional es del 4% y supone la cuarta aportación más importante de la UE, pero en muchos casos no se consigue traducir este patrimonio en valor financiero sostenible.


Biotecnología y futuro

La Genómica podría reducir los costes actuales, haciendo una medicina más selectiva

2020

Genotipado masivo de la población. Terapias masivas ajustadas en función del perfil genético.  ormalización de las terapias regenerativas con células madre, N uso de células como vectores de fármacos recombinantes. Primeros fármacos basados en RNAi.

2015

Tiempo

Test predictivos para más de 20 condiciones genéticas.  umento del número de dianas y “patnways” abordables por fármacos A recombinantes.  proximación “farmacogenética” para ajustar dosis y tratamientos A en un número limitado de enfermedades graves.

2010

Innovación

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

En el año 2005 la Biotecnología española daba empleo a algo más de 44.000 personas lo cual equivale a un 0.6% del PIB nacional, según los datos más actuales del Ministerio de Sanidad la previsión en el año 2010 es que este sector represente el 1,6% del PIB nacional y dé trabajo a cien mil personas. Estamos asistiendo a un momento crucial para poder optimizar el potencial existente. La hoja de ruta demuestra una clara intención alcista ya que para este sector los Presupuestos Generales del Estado en el año 2008 destinaron 417 millones de euros, lo cual supone un 25% más que en el año anterior. El Plan Estratégico para un desarrollo sostenible de la Sanidad recoge la necesidad de potenciar todas las iniciativas que transformen los activos intelectuales Biotecnológicos en productos. Pero esta apuesta no solo pasa por invertir más, tenemos que garantizar que las inversiones generen beneficios. No depende por lo tanto de “poner el dinero” sino de mejorar la capacidad de nuestros profesionales para conjugar tres mundos muy diferentes: la investigación, la producción

La industria farmacéutica

840.000 millones anuales.

Similar al sector del automóvil.


Biotecnología y futuro

y gestionar adecuadamente el retorno de estas inversiones. No es solo invertir 400 MM, sino hacer posible una corriente de inversores interesados, porque van a ganar con su apuesta. Ahora conseguir esos cambios está en las manos de todos los que participamos en el proceso, desde las universidades y los centros de investigación a las escuelas de negocios y desde éstas hasta las empresas.

¿Qué patologías y mercados son prioritarios? En los próximos años se producirán nuevos avances fruto de la convergencia entre Biotecnología, nanotecnología y TICs. La industria farmacéutica mundial mueve 840.000 MM anuales. Similar al sector del automóvil. Pero lo pagan las arcas públicas en su mayor parte. La Genómica podría reducir los costes actuales, haciendo una medicina más selectiva si identificamos los genes responsables de las diferencias de respuesta al tratamiento (Medicina Personalizada).

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

10. FACTORES FACILITADORES DE BIOTECNOLOGÍA Favorecer medidas que promuevan y simplifiquen los procesos de cooperación empresarial: consorcios, “Joint Ventures” como elementos nucleares para el crecimiento de las compañías ya creadas. Permitir la realización de acciones de formación y desarrollo dirigidas a potenciales gestores de empresas de biotecnología (adquisición de las competencias, conocimientos y habilidades de gestión específicas para dirigir este tipo de empresas) y promover el intercambio de directivos con el entorno internacional. Promover Instrumentos público/privados que proporcionen capital “concepto” y el capital “semilla” a los proyectos empresariales en fase de arranque. Exención de cargas sociales al personal investigador. Incremento de ayudas directas (subvenciones) a las empresas en lugar de préstamos. Potenciación de programas para la realización de tesis doctorales en empresas.

Ayudas directas a gastos propios de estas compañías (preparación y defensa de patentes, elaboración de planes de negocio y expansión, contratos de mantenimiento de aparatos de investigación, instalación de laboratorios, estudios de mercado y de viabilidad técnica, reuniones internacionales...) Flexibilizar el acceso al mercado secundario de bolsa mediante la modificación de la normativa actual, permitiendo de esta forma el acceso de empresas del sector a dicho mercado. Fomentar la creación de centros de investigación multidisciplinar especialmente diseñados y alineados con los objetivos de las empresas. Gestionar la protección de la propiedad industrial e intelectual del entorno público de I+D con criterios estratégicos, de forma que puedan transferirse de forma óptima al mercado. Facilitar la colaboración de las empresas a través de la tecnología existente en los parques científicos y tecnológicos y otros organismos de interfase, así como la cooperación entre los parques a escala nacional y europea. Proporcionar a los bioemprendedores, los conocimientos y habilidades necesarias para la creación y/o desarrollo de una empresa biotecnológica.


Biotecnología y futuro

Generar proyectos a medio plazo que faciliten la formación de clusters en “parques de segundo ciclo”, evitando la dispersión de las empresas en diferentes polígonos. Estas empresas pueden así compartir servicios y costos y optimizar prestaciones e imagen. Potenciar de manera específica, la protección y transferencia del conocimiento generado en el sistema de salud español e impulsar la creación de empresas desde el sistema de I+D biomédico (red de hospitales, centros de atención primaria, clínicas etc.). Incentivar a los consorcios a incluir empresas sin experiencia previa en el VII Programa Marco y diseñar una herramienta de auto-evaluación previa de los proyectos que permita a las empresas medir sus posibilidades reales antes de emplear recursos en la propuesta.

Incorporar la I+D entre los criterios a considerar en las políticas de Responsabilidad Social Corporativa (RSC) entre los agentes del sector (empresas, hospitales, universidades, OPIs etc.) Incorporar a la biotecnología como una de las áreas prioritarias en las convocatorias de ayudas a la formación continuada.

1.Eoearth.org 2.Centre for Marine Biodiversity of Canada web

Promover acciones de divulgación y formación continua en biotecnología al personal de las administraciones públicas (políticos, técnicos, jueces, diplomáticos, médicos etc.) Apoyo a la elaboración de materiales audiovisuales para la divulgación de las aplicaciones de la biotecnología a la sociedad.

El gasto empresarial español en I+D es el 45% de la media de la UE

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

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Biotecnología

COORDINACIÓN

Máster en Biotecnología de la Salud

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Biotecnología de origen marino aplicada a la salud

La evolución ha dotado a los organismos marinos de mecanismos de supervivencia, defensa, ataque y comunicación, permitiendo que desarrollen una inmensa variedad de entidades químicas de exclusiva sofisticación. Entre éstas se encuentran moléculas con actividades biológicas potentes, desarrolladas como una forma de defensa natural para su supervivencia en un entorno extremadamente competitivo. Esas estructuras químicas son a menudo potenciales mecanismos de acción contra enfermedades.

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