Biología: una ciencia de la información. Aplicaciones en la Medicina

“Biología: una ciencia de la
información. Aplicaciones en la
Medicina del Futuro”
II Congreso del Futuro
Ciencia, Tecnología, Humanidades y Ciudadanía
Salón de Honor, Congreso Nacional
17 - 19 de Enero 2013
Pablo Valenzuela
TODOS LOS SERES VIVOS USAN UN MISMO SISTEMA OPERATIVO PARA
ALMACENAR, EXPRESAR Y TRANSFERIR LA INFORMACIÓN GENÉTICA
Información
Mensaje
Efector
Disco duro
(set de programas)
ADN
Secuencia lineal de 4 bases
ARNm
ARN
REGULADOR
PROTEINA
UN SISTEMA OPERATIVO COMUN HACE POSIBLE EL
INTERCAMBIO DE INFORMACIÓN ENTRE ORGANISMOS
LA BIOLOGIA ES UNA CIENCIA
DE LA INFORMACION
organismo multicelular
red computacional
célula
computador
ADN
disco duro
gen
programa
vectores de transferencia
pendrive / DVD
virus biológico
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
Proteína 1
Programa 1
Programa 2
Programa 3
Programa N
Programa R1
Programa R2
Programa R3
ARNm 1
ARNm 2
Proteína 2
ARNm 3
Proteína 3
ARNm N
Proteína N
ARN reg1
ARN reg2
ARN reg3
EN LOS ORGANISMOS PLURICELULARES DISTINTOS PROGRAMAS
(GENES) SE ACTIVAN EN DISTINTAS CÉLULAS
Proteína 1
Programa 1
Programa 2
Programa 3
Programa N
Programa R1
Programa R2
Programa R3
ARNm 1
ARNm 2
Proteína 2
ARNm 3
Proteína 3
ARNm N
Proteína N
ARN reg1
ARN reg2
ARN reg3
EJEMPLO: VACUNA DE HEPATITIS B
(Transferencia virus
Virus de la
hepatitis B
Disco duro de
virus de hepatitis B
(ADN de 3.200 letras)
Vacuna
Programa de la
envoltura viral
(ADN de 900 letras)
levadura)
Levaduras
Levaduras producen
partículas vacías de
envoltura
GRANDES ESPERANZAS PARA LA MEDICINA DEL
FUTURO SE BASAN EN NUEVOS DESCUBRIMIENTOS
DE PLASTICIDAD CELULAR LOGRADA POR
TRANSFERENCIA DE INFORMACION GENETICA
LA DIFERENCIACION DE CELULAS EMBRIONARIAS A
CELULAS HUMANAS REQUIERE QUE SE APAGUEN AL
MENOS 24 PROGRAMAS GENETICOS
24 programas
geneticos
Embrión
Fibroblasto
Adulto
24 PROGRAMAS GENETICOS QUE SE APAGAN
DURANTE LA TRANSICION DE CELULA NO
DIFERENCIADA A CELULA DIFERENCIADA
Ecat1
Dppa5
Fbxo15
Nanog
ERas
Dnmt31
Ecat8
Gdf3
Sox15
Dppa2
Fth117
Sal14
Oct ¾
Sox2
Rex1
Utf1
Tcl1
Dppa3
Klf4
β-catenin
c-Myc
Stat3
Grb2
Dppa4
Takahashi & Yamanaka, Cell 126: 663 (2006)
4 PROGRAMAS GENETICOS DAN ORIGEN A CELULAS
TRONCALES A PARTIR DE CELULAS DIFERENCIADAS
fibroblasto
Células somáticas
diferenciadas
4 programas
genéticos
Células troncales (madres)
pluripotentes (IPS)
Takahashi & Yamanaka, Cell 126: 663 (2006)
MEDICINA REGENERATIVA:
GRANDES POSIBILIDADES
fibroblasto
4 programas
genéticos
RECIENTES RESULTADOS DEMUESTRAN LA REPROGRAMACION
DE FIBROBLASTOS HUMANO EN CELULAS CARDIACAS
FUNCIONALES
Células de piel
Genes de 3 factores
(nueva información genética)
Células cardíacas
RECIENTES RESULTADOS DEMUESTRAN LA REPROGRAMACION
DE FIBROBLASTOS HUMANO EN NEURONAS FUNCIONALES
Células de piel
Genes de 4 factores
(nueva información genética)
Células neuronales
MEDICINA REGENERATIVA:
AUN MAYORES POSIBILIDADES
4 nuevos
programas
fibroblasto
3 nuevos
programas
INFORMACION GENETICA
Y CANCER
CANCER: UNA ENFERMEDAD DEL DISCO DURO
Mutaciones (alteraciones de la información) que activan oncogenes o que
inhiben supresores de tumores
•
•
•
•
•
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)
CANCER: UNA ENFERMEDAD DEL DISCO DURO
Tratamientos del futuro
• 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
POTENCIACION DE LA ACTIVIDAD ANTILEUCEMICA DE LINFOCITOS T
GENETICAMENTE MODIFICADOS CON 3
GENES ANTI LEUCEMIA
linfocitos T obtenidos
del paciente
con leucemia terminal
linfocitos T
transfectados
3 programas
genéticos
Kalos et al., 2011
Science Transl. Med.
Porter et al., 2011
N. Eng. J. Med.
sano
Reinyectado con linfocitos T
transfectados
IMPORTANCIA DE LA INFORMACION EN LA
PREVENCION DEL CANCER
Prevención
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