“Biología: una ciencia de la información. Aplicaciones en ... grandes esperanzas para la...

II Congreso del Futuro

Ciencia, Tecnología, Humanidades y Ciudadanía

Salón de Honor, Congreso Nacional

17 - 19 de Enero 2013

Pablo Valenzuela

“Biología: una ciencia de la

información. Aplicaciones en la

Medicina del Futuro”

TODOS LOS SERES VIVOS USAN UN MISMO SISTEMA OPERATIVO PARA ALMACENAR, EXPRESAR Y TRANSFERIR LA INFORMACIÓN GENÉTICA

ADN ARNm

Información Mensaje Efector

Disco duro

(set de programas)

Secuencia lineal de 4 bases

PROTEINA

ARN REGULADOR

UN SISTEMA OPERATIVO COMUN HACE POSIBLE EL INTERCAMBIO DE INFORMACIÓN ENTRE ORGANISMOS

LA BIOLOGIA ES UNA CIENCIA DE LA INFORMACION

organismo multicelular

célula

ADN

gen

vectores de transferencia

virus biológico

red computacional

computador

disco duro

programa

pendrive / DVD

virus informático

EL ADN ES MUY ESTABLE Y SE REPLICA CON ALTA FIDELIDAD DEBIDO A SU ESTRUCTURA DE DOS HEBRAS COMPLEMENTARIAS

EN LOS ORGANISMOS PLURICELULARES DISTINTOS PROGRAMAS(GENES) SE ACTIVAN EN DISTINTAS CÉLULAS

Programa 2

Programa 1

Programa 3

Programa NARNm N

ARNm 3

ARNm 2

ARNm 1

Proteína 2

Proteína 3

Proteína N

Proteína 1

Programa R1ARN reg1

Programa R2ARN reg2

Programa R3ARN reg3

EN LOS ORGANISMOS PLURICELULARES DISTINTOS PROGRAMAS(GENES) SE ACTIVAN EN DISTINTAS CÉLULAS

Programa 2

Programa 1

Programa 3

Programa NARNm N

ARNm 3

ARNm 2

ARNm 1

Proteína 2

Proteína 3

Proteína N

Proteína 1

Programa R1ARN reg1

Programa R2ARN reg2

Programa R3ARN reg3

Virus de lahepatitis B

Disco duro devirus de hepatitis B

(ADN de 3.200 letras)

Levaduras producenpartículas vacías de

envoltura

Programa de la envoltura viral

(ADN de 900 letras)

EJEMPLO: VACUNA DE HEPATITIS B (Transferencia virus levadura)

Levaduras

Vacuna

GRANDES ESPERANZAS PARA LA MEDICINA DEL FUTURO SE BASAN EN NUEVOS DESCUBRIMIENTOS

DE PLASTICIDAD CELULAR LOGRADA POR TRANSFERENCIA DE INFORMACION GENETICA

Embrión

LA DIFERENCIACION DE CELULAS EMBRIONARIAS A CELULAS HUMANAS REQUIERE QUE SE APAGUEN AL

MENOS 24 PROGRAMAS GENETICOS

FibroblastoAdulto

24 programas geneticos

Ecat1

ERas

Sox15

Oct ¾

Tcl1

c-Myc

Dppa5

Dnmt31

Dppa2

Sox2

Dppa3

Stat3

Nanog

Gdf3

Sal14

Utf1

β-catenin

Dppa4

Fbxo15

Ecat8

Fth117

Rex1

Klf4

Grb2

Takahashi & Yamanaka, Cell 126: 663 (2006)

24 PROGRAMAS GENETICOS QUE SE APAGAN DURANTE LA TRANSICION DE CELULA NO DIFERENCIADA A CELULA DIFERENCIADA

4 PROGRAMAS GENETICOS DAN ORIGEN A CELULAS TRONCALES A PARTIR DE CELULAS DIFERENCIADAS

4 programasgenéticos

fibroblasto

Células troncales (madres)pluripotentes (IPS)

Células somáticasdiferenciadas

Takahashi & Yamanaka, Cell 126: 663 (2006)

MEDICINA REGENERATIVA: GRANDES POSIBILIDADES

4 programasgenéticos

fibroblasto

Genes de 3 factores(nueva información genética)

Células de piel

Células cardíacas

RECIENTES RESULTADOS DEMUESTRAN LA REPROGRAMACION DE FIBROBLASTOS HUMANO EN CELULAS CARDIACAS

FUNCIONALES

Genes de 4 factores(nueva información genética)

Células de piel

Células neuronales

RECIENTES RESULTADOS DEMUESTRAN LA REPROGRAMACION DE FIBROBLASTOS HUMANO EN NEURONAS FUNCIONALES

fibroblasto

3 nuevosprogramas

4 nuevos programas

MEDICINA REGENERATIVA: AUN MAYORES POSIBILIDADES

INFORMACION GENETICAY CANCER

Mutaciones (alteraciones de la información) que activan oncogenes o que inhiben supresores de tumores

CANCER: UNA ENFERMEDAD DEL DISCO DURO

• herencia• daños por sustancias cancerígenas• luz ultravioleta• virus oncogénicos• errores en la replicación aumentadas por fallas en el

sistema de reparación (copia de 6 x 109 letras de ADN en 4 x 1012 células en el cuerpo humano)

Tratamientos del futuro

CANCER: UNA ENFERMEDAD DEL DISCO DURO

• reparación del daño de programas del disco duro (terapia génica)• reemplazo del computador por otro con el disco duro normal

(terapia celular con células madres normales)• refuerzo del disco duro de células del sistema inmune haciéndola

más potente

POTENCIACION DE CELULAS DEL SISTEMA INMUNE CONTRA EL CANCER

Kalos et al., 2011Science Transl. Med.

Porter et al., 2011N. Eng. J. Med.

con leucemia terminal

sano

linfocitos T obtenidos del paciente

linfocitos T transfectados

POTENCIACION DE LA ACTIVIDAD ANTI-LEUCEMICA DE LINFOCITOS T

GENETICAMENTE MODIFICADOS CON 3 GENES ANTI LEUCEMIA

Reinyectado con linfocitos T transfectados

3 programas genéticos

Prevención

IMPORTANCIA DE LA INFORMACION EN LA PREVENCION DEL CANCER

DIAGNOSTICO TEMPRANO POR ANALISIS DIRECTO DEL GENOMA Y PREDICCION DEL RIESGO CANCER

HOY: SECUENCIA PARCIAL

MAÑANA: SECUENCIA TOTAL DEL GENOMA

MUTACIONES (CAMBIOS DE LA INFORMACION) CAUSANTES DE LA FIBROSIS CISTICA

LA INVESTIGACION GENOMICA CONTRIBUIRA A MEJORAS DRAMATICAS EN LA SOBREVIVENCIA DE INDIVIDUOS CON

ENFERMEDADES GENETICAS: CASO DE LA FIBROSIS CISTICA

Edad media de sobrevivencia de pacientes con fibrosis cística

LAS VACUNAS DEL FUTURO ESTARAN BASADAS EN TRANSFERENCIA DE INFORMACION ENTRE

PATOGENO Y ORGANISMO PRODUCTOR