Este documento describe la aplicación de la biotecnología en malas hierbas a través de la proteómica. Brevemente describe cómo la proteómica permite el estudio de las proteínas expresadas por las malas hierbas y cómo cambian en respuesta a diferentes condiciones, lo que puede ayudar a comprender mejor estas plantas y desarrollar nuevos enfoques de control.
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Aplicación de la Biotecnología en Malas hierbas: Proteómica
1. Aplicación de la Biotecnología en
Malas hierbas: Proteómica
Dra: Esther Giraldo Ramos. INTAEX
2. Aplicación de la Biotecnología
¿ Principal Motor para
el progreso de la humanidad ?
3. Aplicación de la Biotecnología
La Ciencia y la Tecnología
son los principales motores para
el progreso de la sociedad y la economía.
Los estudios Biotecnológicos
al servicio de la innovación industrial y
del desarrollo empresarial
4. Aplicación de la Biotecnología
BIOTECNOLOGÍA
• Aplicación Tecnológica que hace uso de los sistemas Biológicos.
• Carácter multidisciplinario: Biológia, Bioquímica, Virología,
Ingeniería, Medicina, Veterinario...
5. Aplicación de la Biotecnología
BIOTECNOLOGÍA
• La biotecnología moderna utiliza diversas técnicas para
acercarse a su objeto de estudio:
– Microbiología
– Ingeniería genética
– Biología molecular
– Bioquímica
– Genómica
– Bioinformática
– Proteómica
Técnicas moleculares han supuesto un gran impulso tecnológico
6. Aplicación de la Biotecnología
EL NEGOCIO DE LA BIOTECNOLOGÍA
• Ocupa a 2 millones en
Europa
• 80% de todas las
patentes
• 1283 empresas/327 en
bolsa (EEUU)
• Facturan 18.600M$ e
invierten 10.000 M$
7. Aplicación de la Biotecnología
BIOTECNOLOGÍA
•Actualmente se utiliza en cuatro sectores:
• Tiene gran repercusión en Farmacia, Medicina,
Veterinaria, Alimentación, Industria y Agricultura entre otros
8. Aplicación de la Biotecnología
BIOTECNOLOGÍA
La Biotecnología Dorada incluye los desarrollos y procesos
Bioinformáticos. La bioinformática puededefinirse como la aplicación de
métodos informáticos y computación en el análisis de datos
experimentales y simulación de los sistemas biológicos.
Dentro de la denominada biotecnología morada o violeta se engloban las
medidas de seguridad, la legislación y los valores y principios ético-
morales establecidos por la sociedad en materias y aplicaciones
biotecnológicas.
9. Aplicación de la Biotecnología
La Ciencia y la Tecnología
son los principales motores para el
progreso de la sociedad y la economía.
Los estudios Biotecnológicos
al servicio de la innovación
industrial y del desarrollo
empresarial
10. Aplicación de la Biotecnología
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOGÍA
• Han protagonizado el Progreso
Importantes Científicos Sociedad
11. La Biotecnología Verde
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOGÍA
Han protagonizado el Desarrollo
Importantes Científicos AGRÍCOLA.
12. Aplicación de la Biotecnología
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOGÍA
CHALRES DARWIN
• Observó que la vida es cambiante
• Propuso la teoría de la Evolución
13. Aplicación de la Biotecnología
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOGÍA
Mendel
Determinó la base genética de la vida
14. Aplicación de la Biotecnología
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOGÍA
Pasteur
Describió científicamente
el proceso de Pasteurización
y comprobó la imposibilidad
de la generación espontánea
15. Aplicación de la Biotecnología
PERSONAJES INFLUYENTES EN LA BIOTECNOLOGÍA
Watson y Crick (Wilkins)
Determinaron la naturaleza molecular
de la información Genética
Estructura del ADN
16. La Biotecnología Verde
En los Ha experimentado
últimos años una revolución
Técnicas moleculares
están abriendo un enorme abanico de
Nuevas Líneas de Investigación,
Aplicaciones Nuevos retos Ofrece
prometedoras a encarar Oportunidades
Permitir al sector productivo mantener una posición de
liderazgo ante el reto de una agricultura cada vez más
basada en el conocimiento.
17. La Biotecnología Verde
Biotecnología Agrícola
Herramienta que puede mejorar la calidad,
seguridad y sanidad de los productos
agrícolas. Aumentar los rendimientos, permitir
una agricultura con un uso más racional de
agroquímicos. Asi como ayudar a paliar la
creciente demanda de alimentos
18. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
Técnicas moleculares Biología molecular
Estudiar
Estudio de las “ómicas” los procesos que se desarrollan
neologismo en los seres vivos
desde un punto de vista molecular
(ADN, Metabolitos, Proteinas, ARN)
para conseguir un correcto funcionamiento de la célula.
Genomica, Metabolomica, Proteomica y Transcriptomica
19. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
¿Que es la célula?
La unidad esencial morfológica y funcional de los seres vivos
Todos los seres vivos están constituidos por celulas que contiene el ADN
20. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
¿Que es el ADN?
El DNA constituidos por genes. El ADN almacena la información genética
Genes se heredan. Genes constituyen el genoma. Ciencia estudia Geonómica
21. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
GENÓMICA
¿Qué beneficios puede traer el estudio del genoma?
Diagnóstico y prevención de enfermedades
Diagnostico prenatal
Susceptibilidad en las enfermedades
Técnicas para tratar enfermedades hereditarias
Terapia génica y farmocogenómica
Nuevas vías en el estudio de la evolución
Aplicaciones en biotecnología
22. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
GENÓMICA
Enorme Desafío Científico…Descifrar Genoma Humano
Consorcio del secuenciación del Genoma Humano. 2.200 millones $
Inicio 1990, participación: Alemania, Australia, Brasil, Canadá, Corea,
Dinamarca, Francia, Holanda, Israel, Italia, Japón, México, Rusia y Suecia
(2001): Se publica La secuencia del genoma humano.
Un logro en la historia de la humanidad. El libro de la vida
26. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
GENÓMICA
Evolución conjunta del genoma Animal y Vegetal
30.000 Genes
27.000 Genes + pequeño
Las primeras leyes de la genética se descubrieron en plantas
(Mendel con el guisante )
27. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
GENÓMICA
Secuenciación de Genomas
Genoma Trigo 5
veces > Genoma
ser humano
Genoma Humano
10 veces + pequeños
Genoma de la
Salamandra
200 veces + pequeño
Genoma Ameba
Diferencia entre
ADN de 2 personas 0.2%
1Mb = 106bp
28. BIOTECNOLOGÍA DORADA
BIOINFORMATICA
Analizar y Procesar ingente cantidad de datos generados
en los proyectos genomicos
Herramienta para almacenar de secuencias de nucleótidos,
búsquedas de genes disponibles en las bases de datos
comparación de distintas secuencias genómicas,
similitud entre el DNA de dos organismos...
Integrar y las diferentes base de datos
que contienen información biológica
Esenciar para poder navegar por el mar de información
29. BIOTECNOLOGÍA DORADA
BIOINFORMATICA
Utilización de la información
+
Datos Genómicos Bioinformática
Antes Ahora
Aplicación de tecnología de computadores para la gestión
y análisis de datos biológicos generados
30. BIOTECNOLOGÍA DORADA
Primer genoma de la mujer y primer
genoma bacteriano artificial/
proteoma humano ADN doble hélice
Término del genoma Humano 2009
Primera secuencia de
Primer borrador del proteína
genoma Humano
2008 1953
1955
Primer genoma vegetal 2004
2001
Primer genoma eucariota
2000
Primer genoma de bacteria Primera secuencia nucleotídica
1996 1964
1995 1965
Primera vez que se usa
Bioinformática en la
literatura científica Primera Molécula de ADN
1972
recombinante
Blast/Clustal 1991 1975
1990 Electroforesis 2D
Inicio del proyecto 1977
Genoma Humano 1987 Secuenciamiento de ADN
1985
Mapa físico de E.coli
PCR 1982
1981
Primer genoma viral secuenciado (Φλ)
Genebank Estructura 2a del ARN
1980
31. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA
Nace una nueva era. La era Post-genómica.
Enorme cantidad de
Información generada
Proyecto de Geonómica
Desarrollo Bioinformática
Nace una nueva era, la Proteómica
Nueva etapa de la investigación biológica que emana de la Geonómica
33. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÍNAS
Obreros de las células
Cruciales para la vida
FUNCIONES
• Defensiva, Ej. Anticuerpos como la inmunoglobulinas
• Reguladoras Ej. hormonas, enzimas y vitaminas
• Enzimática Actúan como biocatalizadores acelerando las reacciones químicas del
metabolismo.
• Homeostática como amortiguadores
• Contráctil Ej. actina, miosina
• Estructural Ej. colágeno, queratina
• Reserva Ej. lactoalbúmina reserva de aminoácidos
• Transportadorasn Ej. hemoglobina y la mioglobina, transportadoras del oxígeno
34. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA
Proteómica: Ciencia que estudia los proteomas
Proteoma: conjunto de todas las proteínas que
componen una célula en una condiciones determinadas
Constelación de proteínas que otorgan a las células su estructura y función.
La proteomica: herramienta fundamental para el progreso de la Ciencia
35. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
GENOMICA Y PROTEÓMICA
Contiene la información para crear los
Genomas organismos
La tipología del organismo
Traducen
Proteínas Como funciona el organismo
Al entender las proteínas se podrá resolver mecanismos metabólicos básicos
fundamentales de las enfermedades y salud seres vivos
36. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA
un consorcio internacional, (Human Proteome Organization),
Human proteome project: 10 years, $1 billion?
Proyecto Proteoma del Cancer
37. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROBLEMATICA DE LA PROTEÓMICA
Hay tantas estrellas en el cielo
como proteínas en la Tierra
El genoma de la levadura
6225 proteínas diferentes
Recurrir técnicas muy sofisticadas
38. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROBLEMATICA DE LA PROTEÓMICA
Los proteomas son dinámicos
Cambian
• Con el tiempo
• Estadio de desarrollo
• Condiciones intra y extracelulares
39. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA
La proteómica incluye diversos campos de investigación:
• Proteómica Descriptiva. Identificar a gran escala del mayor número de
proteínas expresadas por un organismo en una condición biológica
particular
• Proteómica de expresión diferencial (Comparativa): consiste en evaluar los
cambios en la expresión de proteínas de un organismo sometido a dos o
varias condiciones biológicas diferentes. (resistencia o sensibilidad)
• Estudio de modificaciones postraducionales
• Interactomica: Interacción entre Proteínas, y entre proteínas y otras
moléculas.
40. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA
Etapas para el desarrollo del proteoma de un organismo
1. Preparación de la muestra
2. Separación de la muestra (2DE)
2.1 Separación por punto isoelectrico
2.2 Separación por tamaño
2.3 Detección
2.4 Análisis de imágenes de geles
2.5. Selección de proteínas de interés
2.6. Digestión de la proteína de interés
3. Análisis mediante espectrometría de masas
4. identificación proteica. Mediante búsquedas en base de datos
42. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN PLANTAS
A) Proteómica Descriptiva.
+ Atención se le ha dedicado.
Caracterizar el proteoma de los
órganos (hoja, raíz)
orgánulos (mitocondrias)
43. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN PLANTAS
B) Proteómica de expresión diferencial (Comparativa):
• Utilizada para validad la variabilidad génica, dentro y entre especies
• Información sobre aspectos de la biología de las plantas:
germinación, desarrollo, organogénesis, respuesta a estrese tanto
abióticos (sequía, salinidad, Tª, metales, xenobioticos, herbicidas)
como bióticos (patógenos y plantas parasitas)
• Productos alimentarios.
Ej: Comparación 2 líneas de tomates, uno modificadas mediante
ingeniería genética y otro no. Ambos difieren en su resistencia a
virus. No presentaron diferencias significativas en el resto de las
proteínas
44. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN PLANTAS
C) Estudio de modificaciones postraducionales
Determinan:
* Función de la proteína
* Localización
* Estabilidad
* Interacciones con otras proteínas o biomoleculas
Se han descrito has 300 MPTs
45. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN PLANTAS
Proyecto en el que estamos trabajando en el INTAEX
Fruta de hueso
• Influencia de la Tª en el almacenamiento postcosecha de la Nectarina
• Momento optimo de recolección del Albaricoque
• Influencia del riego en la calidad postcosecha de la Cereza
Uva
• Influencia del riego en el desarrollo de la baya
Malas hierbas
• Conocimiento de los mecanismos implicados en la resistencia
de las malas hierbas del arroz
46. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
OBJETIVO:
Identificar las proteinas de la mala hierba del arroz “Echinochloa phyllopogon”
implicadas en el proceso de resistencia por metabolismo del fenoxaprop
METODOLOGÍA:
Detección las proteínas diferenciales entre Echinochloa Resistente y
Sensible antes y después de ser tratadas.
Para la obtención de proteomas:
A) Extracción Proteica
B) Separación Proteica (Electroforesi bidimensional)
C) Identificación proteínas diferenciales (Espectrometria de masas)
47. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
MUESTRA EXTRACCIÓN PROTEINAS 2 DE
Separación de Proteínas
IDENTIFICACIÓN PROTEINAS
ESPECTROFOTOMETRÍA DE MASAS
48. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
La extracción de proteínas en tejidos vegetales es más complicada
que otras fuentes biológicas.
Tienen menor contenido de proteínas,
contienen más proteasas y otros compuestos que interfieren en la
estabilidad de las proteínas: polisacáridos, lípidos, compuestos
fenólicos y metabolitos secundarios que pueden interferir en el
proceso de extracción, fraccionamiento y análisis
1) Se planteo la optimización del protocolos de extracción en Echinochloa
49. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
1) Se optimizaron 3 protocolos de extracción en Echinochloa
Basados en Phenol, TCA y KCL
RECEPCIÓN DE MACETAS PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA LA EXTRACCIÓN PROTEICA
A) B)
C)
D)
50. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
PHENOL TCA KCL
Los protocolos de extracción presentaron diferente capacidad de extracción
Tanto en el numero de proteínas como en el tipo de proteínas extraídas
El resto del estudio fue realizado mediante el protocolo basado en
51. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
Identificación de las proteínas implicadas en los mecanismos de
resistencia a herbicidas en Echinochloa
Echinochloa Echinochloa Echinochloa Echinochloa
Resistente Sensible Sensible Resistente
Antes de ser tratada con herbicida Después de ser tratada con herbicida
52. BIOTECNOLOGÍA: Técnicas moleculares
PROTEÓMICA EN MALAS HIERBAS
Concluimos
La identificación de los spot diferenciales podrían indicarnos
que proteínas podrían estar relacionadas con los mecanismos de
resistencia a herbicidas preemitiéndonos el desarrollo herbicidas eficaces
53. LABORATORIO DE PROTEÓMICA DEL INTAEX
Se creó en el año 2009
• Amelia Díaz Méndez
• Joaquín Frutos Blancos
• Esther Giraldo Ramos
Ha participado en números congresos nacionales, internacionales, ha participado
como réferi y ha publicado trabajos en revistas especializadas con un alto IP.