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Las Tecnologías Convergentes. La Confluencia de la Nanotecnología, Biotecnología, Informática, y Ciencias Cognitivas. Monica Stein, Ph.D. Las investigación en el siglo XX se enfocó en la especialización. La ciencia avanza de teorías generales a documentar la base física del conocimiento.

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las tecnolog as convergentes

Las Tecnologías Convergentes

La Confluencia de la Nanotecnología, Biotecnología, Informática, y Ciencias Cognitivas

Monica Stein, Ph.D.

las investigaci n en el siglo xx se enfoc en la especializaci n
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

de lo macro a lo micro
De lo macro a lo micro

Biología estructural

Biología celular

Microbiología

Immunología

Y Patología

de lo macro a lo micro1
De lo macro a lo micro
  • La Biología, Física, Química, Mecánica, Informática y Neurociencias se entrelazan a nivel molecular

Física

Informática

la importancia de ser interdisciplinario
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.
qu son las tecnolog as convergentes

Ciencias

Cognitivas

Nanotecnología

Biotecnología

Informática

¿Qué son las Tecnologías Convergentes?
la nanotecnolog a
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.
la biotecnolog a
La Biotecnología
  • Utilización de organismos vivos o parte de éstos en la producción de bienes o servicios para la población.

Fermentación

Manipulación de ADN

la biotecnolog a1
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

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

Freud

la inform tica
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
las tecnolog as convergentes est n entrelazadas
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

tecnolog as convergentes para el bienestar humano
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.
los estudios interdisciplinarios son clave para el desarrollo tecnol gico
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)
ejemplo bioinform tica
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

el codigo g netico

ADN

Proteína

RNA

ARN

DNA

Traducción

Proteína

El Codigo Génetico

Célula

Transcripción

Núcleo

bioinform tica nanotecnologia y dnachips
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
los dnachips son una tecnolog a convergente
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

sintesis fotolitogr fica de un dnachip nanotecnolog a
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

resultado dnachip
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

situacion biol gica a examinar
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

hibridizaci n de un dnachip biotecnolog a
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

podemos comparar intensidades para estimar cantidades de arn
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

slide37

Resultado Informático de un DNAChip

(1)

(2)

(-)

Genes que

bajan su

expresion

Lista de genes inducidos

por patogenos

Genes que

suben su

expresion

tienen los resultados relevancia biol gica

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

conclusiones
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.
se pueden usar los microarrays para examinar las ciencias cognitivas

Ciencias

Cognitivas

Nanotecnología

Biotecnología

Informática

¿Se pueden usar los microarrays para examinar las ciencias cognitivas?
estudio de la adicci n expresi n de cerebro alcoh lico
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

dnachips para identificar genes que afectan la salud mental
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
las tecnolog as convergentes son muchas
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.