Las Tecnologías Convergentes

1. Las Tecnologías Convergentes La Confluencia de la Nanotecnología, Biotecnología, Informática, y Ciencias Cognitivas Monica Stein, Ph.D.

2. Las investigación en el siglo XX se enfocó en la especialización. • La ciencia avanza de teorías generales a documentar la base física del conocimiento Biología Biología Molecular 3:1 Darwin

3. De lo macro a lo micro Biología estructural Biología celular Microbiología Immunología Y Patología

4. De lo macro a lo micro • La Biología, Física, Química, Mecánica, Informática y Neurociencias se entrelazan a nivel molecular Física Informática

5. La Importancia de ser interdisciplinario • No se puede estudiar a fondo una disciplina sin apoyarse en los descubrimientos de otra. • Las fronteras entre disciplinas generan nuevas tecnologías. • La Convergencia Tecnológica es llamada la mayor iniciativa de investigación del siglo XXI.

6. Ciencias Cognitivas Nanotecnología Biotecnología Informática ¿Qué son las Tecnologías Convergentes?

7. La Nanotecnología • El estudio y manipulación de materiales a escala nanométrica • A ésta dimensión se explotan nuevas propiedades físicas, químicas, biológicas, mecánicas y eléctricas de la materia. • Surgen nanosensores, nanochips, semiconductores, nanomateriales.

9. La Biotecnología • Utilización de organismos vivos o parte de éstos en la producción de bienes o servicios para la población. Fermentación Manipulación de ADN

10. La Biotecnología • Transformación genética, uso de células madres, biorremediación clonación, genómica y proteómica. La Insulina, Antibióticos, Interferon y otros medicamentos son producidos a través de ingeniería genética Arroz Dorado, produce vitamina A y previene la ceguera infantil

11. Las Ciencias Cognitivas • El estudio de los procesos por medio de cuales se adquiere el conocimiento. • Ya es interdisciplinaria: Neurobiología, psicología, lingüística. Freud

12. La Informática • La unión sinérgica del computo y las comunicaciones • Telecomunicaciones, software, inteligencia artificial • Semiconductores, microprocesadores, microchips, microtransistores. • Gran potencial para analizar, usar y dirigir información

13. Las Tecnologías Convergentes están entrelazadas Ciencias Cognitivas Sistemas de manejo de información La base biológica del comportamiento humano Nanotecnología Escala de convergencia Biotecnología Informática La interpretación de procesos biológicos

14. Tecnologías Convergentes para el Bienestar Humano • Biosensores para detección de enfermedades, plagas y protección del medioambiente. • Desarrollo de inteligencia artificial e instrumentos que respondan a impulsos nerviosos. • Mayor conocimiento sobre procesos biológicos, en especial salud mental.

15. Los estudios interdisciplinarios son clave para el desarrollo tecnológico • La comunicación científica entre disciplinas resulta en nuevas perspectivas y herramientas para resolver problemas • Las debilidades de una disciplina puede ser fortalezas en otra (ej. Bioinformática)

16. Ejemplo: Bioinformática • El genoma humano tiene alrededor de 30,000 genes. • Estudiar la expresión simultanea de estos genes es sumamente complejo • La informática procesa grandes cantidades de información, haciendo posible la interpretación de procesos biológicos complejos Biotecnología Informática

17. ADN Proteína RNA ARN DNA Traducción Proteína El Codigo Génetico Célula Transcripción Núcleo

18. Bioinformática, Nanotecnologia y DNAChips • Los DNAChips están compuestos por secuencias únicas de ADN que representan cada gen del genoma estudiado. • Las secuencias están desplegadas sobre una superficie, o Chip. • Se utiliza el ARN de un organismo para estudiar la expresión genética durante un tratamiento o en presencia de una mutación

19. Los DNAChips son una tecnología convergente • Utilizan la nanotecnología para crear los chips • Utilizan la retrotranscripción para convertir ARN en ADN (Biotecnología) • Utilizan la informática para interpretar los resultados Nanotecnología Biotecnología Informática

20. Sintesis Fotolitográficade un DNAChip (nanotecnología) Chip Molecula conectora Grupo protector Mascara Luz Ultravioleta Acidos Nucleicos Varias iteraciones de proteccion, irradiacion especifica y adicion de acido nucleico

21. Los conectores protegidos son activados específicamente Luz UV máscara

22. Adición de Acido Nucleico

23. Activación específica Spatial Photo-Activation

24. Adición de Acido Nucleico

25. Activación específica Spatial Photo-Activation

26. Adición de Acido Nucleico

27. Activación específica Spatial Photo-Activation

28. Adición de Acido Nucleico Base Addition – Thymine

29. Chip Completo

30. Resultado: DNAChip Chip con sondas de ADN El chip se utiliza para detectar cambios en transcripción celular. Próximo Paso (Biotecnología): Examinar un proceso biológico convirtiendo el ARN expresado en ADN para hibridizar al Chip

31. Situacion biológica a examinar Planta infectada con patógeno 1 Planta infectada con patógeno 2 Planta sana Extracción de ARN Extracción de ARN Extracción de ARN

32. Hibridización de un DNAChip (biotecnología) Chip con sondas de ADN Chip Hibridizado Detección ARN extraído, procesado a ADN, y conectado a una molecula receptora Tinte Fluorescente

33. Adición de ARN procesado al Chip

34. Hibridación y fluorescencia de segmentos expresados

35. Resultado físico de un DNAChip

36. Podemos comparar intensidades para estimar cantidades de ARN Chip1 Chip2 Chip3 Genes que bajan su expresion Gen 1 Genes que no cambian expresion Gen 2 Genes que suben su expresion Gen 3 Planta sana Patógeno 1 Patógeno 2

37. Resultado Informático de un DNAChip (1) (2) (-) Genes que bajan su expresion Lista de genes inducidos por patogenos Genes que suben su expresion

38. Plantas con mutaciones en los genes inducidos NahG WT eds1 pad4 sid2 ¿Tienen los resultados relevancia biológica? Planta que sobreexpresa genes inducidos La convergencia de la biotecnología, nanotecnología e informática resulto en la identificación de genes importantes para la resistencia a patógenos

39. Conclusiones • Los DNAChips son buenos indicadores de genes involucrados en procesos biológicos. • Permiten examinar la expresión del genoma entero a la vez. • Se vuelven herramientas potentes para interpretar sistemas biologicos.

40. Ciencias Cognitivas Nanotecnología Biotecnología Informática ¿Se pueden usar los microarrays para examinar las ciencias cognitivas?

41. Estudio de la adicción (expresión de cerebro alcohólico) Toward understanding the genetics of alcohol drinking through transcriptome meta-analysisPNAS | April 18, 2006 | vol. 103 | no. 16 | 6368-6373 Posibles interacciónes molecular en cerebros de ratónes alcohólicos

42. DNAChips para identificar genes que afectan la salud mental • En base a diagnósticos médicos, se toman muestras de cientos de personas afectadas por la misma enfermedad. • Se analizan las similitudes de expresión entre pacientes • Se identifican genes vinculados a la enfermedad. • También se pueden tomar muestras post-mortem

43. Las tecnologías convergentes son muchas • Las nuevas tecnologías están “cambiando las reglas” • Debemos explorar las fronteras entre disciplinas para generar nuevos conocimientos e innovaciones. • Debemos aprender sobre nuevas tecnologías, como sociedad, para medir el potencial y las implicaciones éticas de éstas.

44. Muchas Gracias