La biotecnologia mirada desde la interdisciplina

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La Biotecnología mirada desde la Interdisciplina

Dr. Claudio Martínez Debat

LaTraMA ::: Laboratorio de Trazabilidad Molecular AlimentariaSección Bioquímica. Facultad de Ciencias.

Universidad de la RepúblicaMontevideo. [email protected]

El paradigmaTeoría sintética de la Evolución / Neodarwinismo

Integración de la teoría de la evolución de las especies (por selección natural, de Darwin), teoría genética de Gregor Mendel (como base de la herencia biológica), la mutación genética aleatoria (como fuente de variación) y la genética de poblaciones

Unidad de la evolución: los genes Mecanismo de la evolución: la selección

“La biología molecular es el campo científico

relacionado con el estudio de las estructuras químicas y

procesos de fenómenos biológicos a nivel molecular”

Enciclopedia Britannica

La BM como herramienta integradora en el campo de la biociencias

Química Bioquímica

Biología Celular

Bioinformática

Biofísica

BM

Microbiología

Virología

Inmunología

Genética

Ecología

Paleontología

Fisiología

Evolución

Etc etc

ProteómicaFísica

Genómica

BTMatemáticas

Astronomía

Dr. Claudio Martínez DebatSección Bioquímica y Biología MolecularFC-UdelaR

Interdisciplina:Integración de saberes proveniente de diferentes disciplinas para el abordaje de problemas multidimensionales.

El concepto interdisciplina es de trabajosa y debatida definición como se desprende de la amplia literatura científica dedicada a tal intento

Desde las diversas vertientes que estudian la producción del conocimiento científico se ha definido a la interdisciplina como un abordaje, una metodología o una epistemología de convergencia.

En diferentes ámbitos se le otorgó una complejidad que parece desafiar la posibilidad de definición. Esta complejidad del concepto impone desafíos específicos al quehacer interdisciplinario y a su desarrollo

Rosalind Franklin (1920-58) biofísica y cristalógrafa, se graduó en la Universidad de Cambridge en 1941, con estudios de microestructuras del carbón y del grafito Este trabajo fue la base de su doctorado en química física, que obtuvo en la Universidad de Cambridge en 1945 ,

Maurice Wilkins (1916-2004) físico, cristalógrafo; Estudió Física en la Universidad de Cambridge y se doctoró en la Universidad de Birmingham. Al comenzar la Segunda Guerra Mundial se traslada a Estados Unidos en donde trabaja en el Proyecto Manhattan para el perfeccionamiento del radar y en la separación de isótopos mediante espectrógrafo de masas para construcción de la bomba atómica

La Carrera por la Doble Hélice

Francis Crick 1916 –2004) - físico, biólogo molecular y neurocientífico-, PN medicina 1962. Estudió física en el University College London, después de ser rechazado por la Universidad de Cambridge, licenciándose en Ciencias en 1937 a los 21 años.

En la Segunda Guerra Mundial, se incorpora en 1939 y trabaja en minas submarinas magnéticas y acústicas. Al terminar la guerra, se interesó por la biología y la química.

Neurobiología: demostró en forma experimental la transmisión de imágenes fijas a 50 Hz por la retina al cerebro, un aporte fundamental para el conocimiento de la percepción visual

Aportes: DH, dogma de la biología moderna, código genético

James Dewey Watson , biólogo(1928-…) PN Medicina 1952

Linus Pauling (1901-1994) –físico, químico (estructura de los enlaces químicos, estr. de núcleo atómico), cristalógrafo, activista político, bioquímico, biólogo molecular, genetista molecular e investigador médico (vitaminas, medicina ortomolecular)PN Qca 1954, PN Paz 1962, (trabajó sobre sustitutos del plasma sanguíneo durante la WWII, Automóvil eléctrico fines década 50 )

“Una estructura tan bonita tiene, por fuerza, que existir”James D. Watson (n. 1928, PN 1962)

Rosalind E. Franklin (1920-1958) (King’s College, Londres)

Claudio Martínez Debat, QF, PhDLaTraMA ::: Laboratorio de Trazabilidad Molecular AlimentariaSección Bioquímica. Facultad de Ciencias. Comisión Directiva Espacio Interdisciplinario.Universidad de la Republica.Montevideo. Uruguay.

‘‘it has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.’’ (Watson and Crick, 1953a).

‘‘it therefore seems likely that the precise sequence of the bases is the code which carries the genetical information.’’ (Watson and Crick, 1953b).

El código de SchrödingerErwin Schrödinger 1887–1961), PN física 1933

What is life?, 1944:…genes contain a ‘‘code-script’’ that determine

‘‘the entire pattern of the individual’s future development and of its functioning in the mature state.’’

Información, Warren Weaver (1894–1978) The Mathematical Theory of Communication (1949)

Junto a Claude Shannon (1916–2001) PhD in the ‘‘algebra of theoretical genetics’’yNorbert Wiener (1894–1964) Cibernética, retroalimentación

Alan Turing (1912–1954) Algoritmo, computación, código Enigma, morfogénesis, Fibonacci

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Replicación

ADN

Transcripción Traducción

ARN Proteína

4 “letras” 4 “letras” 20 “letras”


El dogma central de la biología moderna (Crick)Expresión génica

genotipo fenotipoClaudio Martínez Debat, QF, PhDLaTraMA ::: Laboratorio de Trazabilidad Molecular AlimentariaSección Bioquímica. Facultad de Ciencias. Comisión Directiva Espacio Interdisciplinario.Universidad de la Republica.Montevideo. Uruguay.

Regulación de la expresión génica


PCR

K Mullis 1944 EEUU PN 1993

Secuenciación Genómica

F Sanger 1918 Inglaterra PN 1958 y 1980Craig Venter 1946 EEUU

Vida Artificial

Single Cycle

PCR

(Craig Venter, USA, n. 1946)

Claudio Martinez Debat, QF, PhDLaTraMA ::: Laboratorio de Trazabilidad Molecular AlimentariaSeccion Bioquimica y Biologia MolecularFacultad de Ciencias. Universidad de la Republica.Montevideo. Uruguay.Tel.: (+005982) 525 20 95 Fax: (+005982) 525 86 17

Qué es un Gen?

…we observed an increased overlap of genic regions. Since the determination of genic regions is currently defined by the cumulative lengths of the isoforms and their genetic association to phenotypic characteristics, the likely continued reduction in the lengths of intergenic regions will steadily lead to the overlap of most genes previously assumed to be distinct genetic loci. This supports and is consistent with earlier observations of a highly interleaved transcribed genome, but more importantly, prompts the reconsideration of the definition of a gene. As this is a consistent characteristic of annotated genomes, we would propose that the transcript be considered as the basic atomic unit of inheritance. Concomitantly, the term gene would then denote a higher-order concept intended to capture all those transcripts (eventually divorced from their genomic locations) that contribute to a given phenotypic trait.

Definición revisada del flujo de la Información Génica en Eucariotas. Formación de Redes Complejas de Interacciones Estructurales, Funcionales y Regulatorias

ADN

ARN

Proteína

Epigenética: Lamarck is back

Claudio Martínez Debat, QF, PhDLaTraMA ::: Laboratorio de Trazabilidad Molecular AlimentariaSección Bioquímica. Facultad de Ciencias. Comisión Directiva Espacio Interdisciplinario.Universidad de la Republica.Montevideo. Uruguay.lo natural Y lo adquirido..

… epigenetic processes play a role in memory consolidation and help to transmit acquired memories

even across generations in a Lamarckian manner. Drugs that target the epigenetic machinery were found to enhance memory function in

rodents and ameliorate disease phenotypes in models for brain diseases such as

Alzheimer’s disease, Chorea Huntington, Depressionor Schizophrenia.

Orang., Gor., Hs, Bon., Chimp

Somos monos98.8% de identidad

genética con el chimpancé..

Todos los seres humanos compartimos un99.9% de identidad genética

Cada ser humano es un mosaico de bloques haplotípicos;El genoma de cada uno de nosotros contiene una vasta proporción de la variación genética total encontrada en nuestra especie;Cada individuo presenta ~30% de la variación haplotípica total de nuestra especie

Operários, 1933,Tarsila do Amaral (1886-1973)

paradigma del genoma mosaico variable

Las “razas” no están caracterizadas por diferencias genéticas fijas

Svante Päabo

“Eva” ADN mitocondrial

Karl Wilhem Naundorff (1785?-1845)

Reconstrucción Histórica

Reina Anna de Rumania n. 1923, Paris, Princesa Anne Antoinette Françoise Charlotte de Bourbon-Parma

Princesa Margrethe de Dinamarca

Prince René de Bourbon-Parma

*, 1717-1780

*

1750-1762 1751-1767

1812-1850, Reina de Bélgica

1840-1927, Emperatriz de México

1754-17931755-1793

1785-1795?

Caroline, 1752-1814

Firman: Luis Alfonso de Bourbon y Luis Felipe de Orleans

Ci-gît Ci-gît Louis de Bourbon, Louis de Bourbon, Duc de NormandieDuc de Normandie

Mi ADN y Y☼

Y qué hay de “Adán”?El cromosoma Y

Biología Sintética

VidaSintética

La célula sintética creada por el Instituto Venter, esconde un secreto:Los creadores han incluido sus nombres en el ADN de la célula

CRAIG VENTER codificado:TTAACTAGCTAATGTCGTGCAATTGGAGTAGAGAACACAGAACGATTAACTAGCTAA

VENTERINSTITVTE:TTAACTAGCTAAGTAGAAAACACCGAACGAATTAATTCTACGATTACCGTGACTGAG TTAACTAGCTAA

HAMSMITH: TTAACTAGCTAACATGCAATGTCGATGATTACCCACTTAACTAGCTAA

CINDIANDCLYDE: TTAACTAGCTAATGCATAAACGACATCGCTAATGACTGTCTTTATGATGAATTAACTA GCTAATGGGTCGATGTTTGATGTTATGGAGCAGCAACGATGTTACGCAGCAGGGCAGT CGCCCTAAAACAAAGTTAAACATCATG

GLASSANDCLYDE:TTAACTAGCTAAGGTCTAGCTAGTAGCGCGAATGACTGCCTATACGATGAG TTAACTAGCTAA

La situación de los OGMs nivel científico

Aspectos del tema

Económico/PolíticoCientíficoSaludMedioambientalBioéticoSocial…

Todos somos transgénicos

…The ‘big’ problems of the brain demand interdisciplinary approaches.…developments in the parallel fields of neuroscience, molecular biology, immunology and cell biology (for example, stem cell biology)……the development of different areas of associated technologies, such as optogenetics, synthetic biology, nanotechnologies, microelectronics and computational analysis of large-scale datasets.... We are at the stage in the history of neuroscience in which experiment, theory and simulation will start to merge. Exciting!

Allen Institute for Brain Science (U.S.A.)U$ 500.000.000

Brain Activity Map (U.S.A.)BRAIN Initiative (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies Initiative).U$ 1.000.000.000 (NIH, NSF, DARPA)

Human Brain Project (U.E.)

Bienestar Hedónico vs Eudaimónico?EudaimoniaAutonomyPersonal growthSelf-acceptancePurpose in lifeEnvironmental masteryPositive relations with othersC. D. Ryff )The good composed of all goods; an ability which suffices for living well; perfection in respect of virtue; resources sufficient for a living creaturePlatón)

La Meditación cambia el patrón de expresión génica

RR practice enhanced expression of genes associated with energy metabolism, mitochondrial function, insulin secretion and telomere maintenance,

and reduced expression of genes linked to inflammatory response and stress-related pathways. Interactive network analyses of RR-affected pathways identified mitochondrial ATP synthase

and insulin (INS) as top upregulated critical molecules (focus hubs) and NF-kB pathway genes as top downregulated focus hubs.

Our results for the first time indicate that RR elicitation, particularly after long-term practice, may evoke its downstream health benefits by improving mitochondrial energy production

and utilization and thus promoting mitochondrial resiliency through upregulation of ATPase and insulin function. Mitochondrial resiliency might also be promoted

by RR-induced downregulation of NF-kB- associated upstream and downstream targets that mitigates stress.

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Las Metáforas en las Biociencias


Metaphora: traslado, “más allá de lo que es común”

Tropo que consiste en usar palabras con un sentido distinto del propio, en virtud de una comparación tácita y sutil

(Aplicar una) metáfora es designar algo a través de otra cosa,

mediante un ejercicio de similitudy sustitución entre dos palabras

Las metáforas tienen la capacidad de organizar los conceptos

a al vez cognitiva y emocionalmente

El ADN (genoma) como textoEl dogma central de la Biología Molecular (Crick)

ADN ARN Proteína

Expresión génica:

El ADN se replica, se transcribe a ARN, que se traduce a Proteína.

Y según las metáforas mecanicistas:

El ADN “fabrica” ARN que “fabrica” Proteína.

ADN (genoma) texto, libro, enciclopedia, receta

Bases nitrogenadas letras

Codones palabras

Genes oración

Epigénesis “formateado”

Metáforas de texto en las Biociencias

El genomacomo un

Palimpsesto


Otras Metáforas

Fox Keller, Paton, Griffiths: Codificación de la Información.

Emmeche & Hoffmeyer:Semióticas o “naturaleza-como –lenguaje”

Avise: cuentas de rosario, ADN egoísta, ADN basura (R. Dawkins)

Condit & Condit: Música, Mapa, Diseño, Receta

Nelkin: Mets. Esencialistas“los genes son la esencia de la identidad personal”

Religiosas“los genes son entidades sagradas”

Fatalistas (fatalismo“los genes son (predicen) nuestro destino”

Comerciales“los genes son bienes (commodities)”

Metáforas post-genómicas

BePé 2004

Características de los Replicadores:fidelidad, fecundidad y longevidad

• Replicación de una Información• +

• Variación• +

• Selección de una Variación• =

• Evolución!


MC EscherDrawing hands

TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN

Los replicadores: genes, memes, priones

Otro replicador y nuevo paradigma del lenguaje:Meme

Término acuñado por Richard Dawkins (en: El Gen Egoísta, 1976),

por analogía con gene, que define a un módulo de información

contagioso que infecta y parasita la mente humana, donde se replica y altera su conducta,

provocando su propagación.

Unidad de herencia cultural. Replicador. Memotipo?

Ejemplos: eslóganes, frases hechas y melodías.Claudio Martínez Debat, QF, PhDLaTraMA ::: Laboratorio de Trazabilidad Molecular AlimentariaSección Bioquímica. Facultad de Ciencias. Comisión Directiva Espacio Interdisciplinario.Universidad de la Republica.Montevideo. Uruguay.

Unidad de herencia cultural.Meme

Unidad de imitación. Aquello que es imitado.

Memotipo?

Ejemplos: eslóganes,

frases hechas y melodías.


• Los virus informáticos se apoyan en los memes para su propagación. Las cadenas de e-mails son ejemplos de memes que utilizan las triquiñuelas de las amenazas y/o promesas.

Ejemplos meméticos


Ejemplos meméticos

• Memes & Sex: El sexo es en sí mismo un gran meme, y coevoluciona con los genes. No así el celibato, el onanismo y el control de natalidad, memes que conspiran contra la evolución de los genes.

• Además existen diversos y conspicuos memes, sobre todo vinculados a las campañas políticas…


Los orígenes del lenguaje según Dawkins et al.

• La teoría sugiere que el idioma se creó como una manera de mejorar la repetición de los memes aumentando su fidelidad, fecundidad y longevidad

• Existe una competencia memética y una co-evolución de memes y genes

• El propósito del lenguaje es replicar el meme Nuestra “gran inteligencia” y nuestro lenguaje han sido manipulados por los memes.


BePé, 2004

Ars /Scientis

Butterfly Landscape -The Great Masturbator

in a Surrealist Landscape with DNA 1957–1958

Salvador Dali, Figueres, 1904-1989

Dr Joe Davis1953 USA

Microvenus

Bitmap: 10101011100010000100001000010000100 ADN: CCCCCCAACGCGCGCGCT

Dr. Hunter O'Reilly EEUU

Hunter O'Reilly, Anthrax Clock, digital, 2002.

Eduardo Kac 1962 BrasilGenesis, 1999

Kac, Genesis, 1999

Kac, Alba, 2000

Kac, Historia Natural del Enigma, “Edunia”, 2009

Ars longa vita brevis

• Muchas gracias!!Dr. Claudio Martínez Debat

LaTraMA ::: Laboratorio de Trazabilidad Molecular Alimentaria

Sección Bioquímica. Facultad de Ciencias. Universidad de la República.

Montevideo. [email protected]

Agradecimientos: BePé, Comité Organizador IX CCN