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Bienvenido al curso MOOC NPTEL sobre bioingeniería de una interfaz con biología y medicina. Hola soy Sanjeeva Srivastava, profesora asociada en el Departamento de Biociencias y Bioingeniería en IIT Bombay.Hablemos primero de por qué este curso?La integración de la biología y la medicina con la ingeniería puede ampliar el alcance para abordar los principales problemas sociales. Por lo tanto, en este curso nos centraremos principalmente en pocos conceptos biológicos y en sus aplicaciones prácticas. Este curso también tratará de reducir la brecha entre biólogos e ingenieros que pueden ofrecer oportunidades de carrera y oportunidades de empleo diversas en las áreas de bioingeniería y ciencias biomédicas.Pocas de mis conferencias son también de este curso de BB101. Este curso para un MOOC; sin embargo, no cubrirá los detalles de los principios de bioingeniería.Así que si es biólogo o ingeniero compartimos los mismos problemas básicos. Los estudiantes de segundo año pueden decirme cuáles son los principales problemas globales que requieren nuestra atención, por supuesto que no hay límite para los ingenieros o biólogos cuando se trata de los problemas globales. Así que usted ha mencionado con razón que hay muchas razones posibles, muchos problemas globales que requieren nuestra atención si somos biólogos o ingenieros. Tratemos de discutir algunos de estos problemas uno por uno. En primer lugar, ¿cómo alimentar a la creciente población del mundo?Pensemos en la forma en que está ocurriendo la explosión demográfica. Se espera que la población mundial llegue a casi 7.600 millones en 2018.La población humana se proyecta que otra mano crecerá 9.300 millones en 2050.Así que cómo vamos a alimentar a la población mundial en crecimiento cuando la mayor parte de la tierra cultivable, la tierra donde los cultivos de alimentos ya se están cultivando está bajo cultivo. Permítanos pensar también en otra mano, el impacto ambiental en la producción de alimentos, los diferentes tipos de condiciones de estrés como la salinidad, la sequía, el frío, las diferentes condiciones de estrés afectan la productividad de las plantas en todo el mundo. La tercera parte de la superficie de la tierra está amenazada por la desertización. Se espera que los cultivos en el 90% de las tierras cultivables se encuentren con uno u otro tipo de condiciones de estrés medioambiental. Por lo tanto, ¿cómo vamos a alimentar a la creciente población mundial?Veamos algunas de estas imágenes de varios clips de noticias. El impacto de las calamidades ambientales en la producción de alimentos. Después de estos ciclones y diferentes catástrofes naturales, especialmente usted sabe que usted está en Mumbai ha visto recientemente el ciclón Ockhi en diciembre. Una lluvia muy prematura, muy inoportuno ciclón devastados muchos de ustedes conocen el área de cultivo y los campos que fueron utilizados para el cultivo. Estas son las imágenes mostradas con seguridad que usted sabe después de 1967 que vieron el mayor de las lluvias en el mes de diciembre.Sólo una de estas lluvias intempestivas, el ciclón inoportuno en realidad podría arruinar los esfuerzos La sequía y el ciclón, el doble problema para los agricultores de Nadu del Sur de Tamil. Alrededor de 900 agricultores se suicidaron este año en Marathwada. Imagine que los agricultores trabajaron tan duro y después de un arduo trabajo de todo el año este tipo de catástrofes naturales en realidad podrían destruir todo su esfuerzo y ahora se puede ver este tipo de tierra estéril. Así, en qué manera la ingeniería genética y la biotecnología pueden ofrecer alguna ayuda para aumentar la productividad de la planta y la producción de alimentos en general. De avanzar es el enfoque de ingeniería genética en el que se puede utilizar la clonación de ADN para este proceso. Entonces, ¿qué es la clonación de ADN?La clonación de ADN es un proceso en el que podemos producir múltiples copias idénticas de un DNAsegmento definido de bacterias tenly tales como una E. coli se utilizan comúnmente para fines de clonación de ADN. La bacteria contiene plásmidos que es una pequeña circular de ADN cromosómico extra circular que se replica por separado.Así que vamos a ver esto es usted sabe para la clonación de ADN que estamos tomando un plásmido que es conocido como vector y entonces gen de interés que usted quiere hacer múltiples copias. Digamos que ha identificado un gen de interés que puede aumentar la productividad de los alimentos.Así que ahora este gen del interés conocido como el inserto que desea introducir en este plásmido a las copias de makemultiple. Para hacer eso usted puede utilizar las enzimas de restricción para cortar el plásmido y el ADN del interés de la misma enzima. Y ahora usted quiere mover el gen del interés en el plásmido, así que usted usará algunas enzimas del ADN del ADN que ahora podrían producir una molécula de ADN recombinante. Estos plásmidos son entonces introducidos de nuevo en la bacteria por el proceso de transformación que hace múltiples copias del ADN que ahora usted está creciendo dentro de una bacteria multiplegenerations están produciendo múltiples copias de estos plásmidos. Y Por lo tanto, su gen de interés también se está produciendo. Ahora esto podría volver a ser introducido de nuevo en una planta para hacer una planta transgénica que mayexpress el gen extranjero de su interés. Así que ahora vamos a mirar el proceso aquí. Cómo la ingeniería genética y la biotecnología pueden ofrecer para introducir los genes de interés en un nuevo sistema. Por ejemplo en el lado izquierdo se muestra el plásmido circular en el que tenemos el gen de antibioticresistance. Digamos que usted sabe, por ejemplo, usted puede tener un gen de la resistencia a la ampicilina o cloranfenicol, tetraciclina, etc y luego tiene sitios de restricción donde las enzimas de restricción En este caso, uno de la enzima que es EcoR1 se muestra con el rojo. En el lado derecho tenemos el segmento de ADN donde un gen de interés que usted quiere clonefurther y otra vez hay sitios de restricción en EcoR1 está presente que puede ser utilizado para la restricción de la digestión. Así que usted puede utilizar ahora la enzima de restricción para cortar tanto el plásmido y el gen de interestand, entonces tienen que ser cosido juntos en la presencia de una enzima que es knownas ADN ligases. Ahora el ADN ligasa va a hacer la molécula de ADN recombinante. Una molécula que contiene tanto el ADN como el plásmido de dos diferentes Por lo tanto, el mismo concepto, aunque vamos a hablar con mucho más detalle más adelante, cuando cometo la clonación genética y llegue a los aspectos de la biotecnología vegetal. Pero en esta diapositiva he ilustrado un par de ejemplos del libro de texto que muestra que usted sabe que la ingeniería genética tiene muchas aplicaciones. Podría utilizarse para producir cultivos transgénicos que pueden incorporar rasgos útiles para el exampleherbicida o la resistencia a las plagas, o podría ser la tolerancia a la salinidad que puede usted saber que la planta de providea más capacidad para sobrevivir en la abiótica Las condiciones de estrés o el ejemplo es un ricino de oro que contiene genes para la síntesis de la vitamina A. Por lo que tendremos más detalles de estos en el conocimiento de conferencias detalladas. Pero sólo quiero ilustrar que usted sabe que la biotecnología y la ingeniería genética se han adelantado a por lo menos que usted sabe tratar de proporcionar soluciones para los problemas globales donde desea aumentar la productividad de los alimentos en la tierra muy limitada. Podrían ser producidos que es crucial para limpiar los desechos de la minería altamente tóxicos. Incluso proteínas para usos médicos tales como De modo que de alguna manera, el primer gran problema que es aumentar la producción de alimentos, aumentar las vitaminas y los suplementos de nutrientes creo que la ingeniería genética puede proporcionar algunas soluciones a estos problemas. Déjame explicarte esto con más detalle en la siguiente animación. Los endonucleasas de la restricción permiten el ADN de doble cadena en secuencias de reconocimiento específicas que pueden ser usadas para aislar genes y clonar nuevas moléculas de ADN. Las enzimas se encuentran típicamente en los prokaryotes donde funcionan como un mecanismo de defensa contra los DNA.Los sitios de reconocimiento extranjeros suelen ser de 4 a 8 pares de base de largo y son muy a menudo palindrómicos. Eso es que leen lo mismo en ambas direcciones. Cleavage en un enlace de fosfodiester puede producir extremos romo o extremos cohesivos a DNAmoléculas que han sido limpiados por la misma enzima de restricción se puede ligar usando DNAlineasa para producir una molécula recombinante. Los fragmentos también pueden ser separados usando técnicas de electroforesis. Estas moléculas recombinantes pueden ser empaquetadas in vitro en una partícula de fago adecuada que sirve como vectores útiles para llevar las moléculas de ADN extrañas. Lambda y M13 son dos de las partículas de fago más utilizadas para este propósito. Se pueden insertar hasta 10 bases de ADN en estas partículas de fago. Hay otras moléculas de vectores que pueden tomar fragmentos de ADN del ADN genómico, sitios de plásmidos para varias restricciones. Ciertos plásmidos como el pBR322 sólo pueden tomar inserciones de ADN más pequeñas hasta casi 10 KB.Mientras que los plásmidos más grandes conocidos como cromosomas artificiales bacterianos pueden tomar inserciones más grandes hasta 300 KB.El cromosoma artificial de levadura es un vector eucariótico que puede tomar grandes insertos de ADN y consiste en sitios de restricción centrímeros y dos sitios teloméricos. Las moléculas de fago que transportan el ADN recombinante con inserciones genómicas se utilizan para infecte. Estas moléculas entonces se amplifican con cada ronda de replicación de la célula de E. coli. Esta colección de células bacterianas que albergan los diversos fragmentos de ADN genómico es knownas una biblioteca genómica.Una vez que la biblioteca ha sido creada, es esencial tener técnicas para recuperar una secuencia de interés. Las células transformadas son seleccionadas y chapadas en agar después de lo cual la placa es trazada sobre un papel de nitrocelulosa. Esto es entonces tratado con álcali trayendo la interrupción de las células y la desnaturalización de la dDNA.El ADN desnaturalizado es entonces sondeado para la secuencia de interés por una molécula radiomarcada que tiene una secuencia de cortesía. Vamos a pasar a otro problema importante que es el cambio climático y el calentamiento global asmostrado en esta hermosa imagen en particular aquí que todo el ambiente, el clima entero está cambiando y muchos de los problemas globales que podemos empezar a ver ahora por ejemplo usted puede ver la lluvia prematura en algún momento usted sabe muy alta temperatura. Y si usted puede seguir en esta imagen para el calentamiento global la humedad está aumentando, la temperatura sobre la tierra está aumentando, entonces la temperatura troposférica es Además de aumentar, la temperatura sobre el océano está aumentando, el contenido de calor oceánico está aumentando y entonces, como muchos de ustedes saben que las cosas se están derritiendo, como los glaciares, la capa de nieve, se derriten y, por lo tanto, los niveles del mar se están volviendo altos, aumentando aún más. Así que estos son los cambios climáticos globales y el problema global que nos van a afectar a nosotros una y otra vez tenemos que pensar juntos cómo los biólogos y los ingenieros, especialmente los bioingenierospodrían tratar de superar esta brecha y abordar estos problemas globales. Algunos de la enfermedad que todavía es usted sabe que después de mucho desafío en frente de nosotros, en el frontof científico por ejemplo tuberculosis, SIDA y cáncer. Estos son todavía grandes problemas que están afectando a toda la población, la humanidad entera en todo el mundo. Por ejemplo, el VIH, virus de inmunodeficiencia humana, sigue siendo un importante problema de salud pública mundial que ha cobrado más de 34 millones de vidas hasta el momento. Millones de personas han muerto a causa de las causas relacionadas con el VIH a nivel mundial.Hemos hecho algunos progresos, pero todavía no hemos resuelto este problema por completo.Por otra parte, la tuberculosis que es la segunda enfermedad más mortífera debida a un único agente infeccioso Mycobacterium tuberculosis está causando casi el 95% de la muerte en los países bajos y medios debido a la tuberculosis y, más recientemente, hay un aumento de las pantallas de la tuberculosis farmacorresistente que están creando más y más desafíos frente a nosotros, cómo controlar estas enfermedades mortales. Y, por supuesto, viene el problema más difícil que tenemos frente a nosotros, que es el cáncer. India en este momento. Si usted mira este gráfico de 2011 a 2026, los casos proyectados en el eje y mostrado toyou es mantener el aumento tanto en la población masculina y femenina por igual.Veamos entonces este gráfico ahora, el número proyectado de incidencias de cáncer en la India en varioustype de grupos de edad, por ejemplo, si se mira incluso el grupo de edad de 15 a 29 el grupo de muy jóvenes o de 30 a 44 años y como usted sabe que estamos envejecidos y viejos de 45 a 59 años y más de 60 años, el cáncer va a estar en aumento en toda esta población de estos grupos de edad y eso va a afectar realmente a todos nosotros de alguna otra manera.¿Cuáles son los cánceres más fatales y diferentes que usted conoce de comparación de los sitios de cáncer inIndia?En primer lugar, veamos los datos masculinos que es% de la incidencia de cáncer en el hombre. En aumento en la India tenemos esencialmente cáncer oral, cáncer de estómago, cáncer de pulmón y por supuesto todos los otros cánceres son ustedes saben que constituyen casi el 53% o así. En la población femenina, tenemos alta incidencia de cáncer de cuello uterino, cáncer de estómago, cáncer de pecho y otros cánceres son casi 58 %.Lo que es interesante que usted sabe que uno observaría que hay prevalencia geográfica de los cánceres en la India. Por ejemplo, especialmente usted sabe en estados específicos en la India están mostrando usted sabe alta prevalencia de cierto tipo de tumor que es usted sabe si usted mira en la población de Punjab, especialmente la región de Malabar, hay muchos casos de cáncer en aumento y más específicamente en el cáncer de mama y los tumores del SNC que la gente puede ver en rise.Ahmedabad, muestran una alta tasa de incidencia de cáncer en el cáncer general. Ahora, si usted viene a Andhra Pradesh hay una alta prevalencia de cáncer de esófago observedin Andhra Pradesh.Thiruvananthapuram, muestra una incidencia muy alta para el cáncer de pulmón y glioma y ahora usted está en Chennai, muestra una alta prevalencia de tumores del SNC en niños y cáncer de cuello uterino. tiene una alta incidencia para el cáncer oral. Mizoram o el Aizawl del noreste muestran una prevalencia muy alta de cánceres de estómago. Assam o Dibrugarh muestra una alta incidencia elevada en el cáncer oral y pulmonar. Entonces, qué cuando usted observa aquí que usted sabe que hay regiones específicas que se muestran de alguna manera muy alta tasa de incidencia para un tipo específico de tumor y usted sabe que usted puede ver algunas de las noticias clip aquí. Por ejemplo Malwa zona de Punjab sentado en el volcán de cáncer, una encuesta en Times of Indiashowed que. La incidencia de cáncer de estómago está listo para aumentar, los expertos están preocupados por ello. Aizawl tiene la mayor incidencia de estómago cáncer después de Japón.El cáncer oral se duplica en Ahmedabad en dos décadas. ¿Es el propio país del cáncer de Kerala?Las estadísticas revelan el cáncer de esófago común entre las mujeres del noreste. Así que estoy seguro de que después de darles estos ejemplos de miedo del VIH, la tuberculosis y el cáncer, pensemos en otros aspectos importantes que todos queremos ver para los requisitos esenciales de la vida. Entonces, ¿qué necesitamos para que usted conozca una buena calidad de vida?Queremos un aire limpio, el aire limpio que es libre de contaminación y hacer que se produzca una gran cantidad de pruebas de microorganismos. Imagínese recientemente que usted sabe que tuvimos un partido en Delhi entre el partido de cricket que usted es allfan del partido de cricket entre la India y Sri Lanka y en el campo había tan muchsmog en uno de estos días debido a la contaminación en Delhi que usted sabe que los jugadores de Sri Lanka optaron por no jugar ese día y que en realidad usted sabe demostró que en el que usted sabe diferentes ciudades principales del metro han comenzado a encontrar un alto nivel de contaminación. Todos necesitamos agua limpia y adecuada. Debido a la sequía las condiciones, debido a las bajas lluvias de agua los niveles de agua están recibiendo bajas y muchas veces cuando estamos rociando los productos químicos y fertilizantes en el campo, aquellos también gettingleached en el nivel del agua. Así que el agua se está contaminando debido a ellos. Así que tenemos que limpiar estos antes de proporcionar a la gente el agua limpia y adecuada para beber. Pensemos en la seguridad alimentaria y nutricional.No es sólo la comida que se requiere, también necesitamos los suplementos nutricionales y creo que lo último que usted sabe que ha iniciado algún gobierno es que por lo menos también podemos ver los requisitos nutricionales para el país y cómo complementar eso junto con los requisitos básicos de alimentos. Esas cosas son muy cruciales para nosotros y ésos van a publicar los retos de cómo aumentar tanto la comida como los suplementos nutricionales para toda la población. Ahora pensemos en el próximo tema principal que es la energía.La energía ha sido siempre el reto principal. Todos estos gadgets que usted conoce en esta sala para lo que estamos usando, todos sus dispositivos, todo requiere energía para su funcionamiento. Los recursos de energía son muy limitados y estoy seguro de que usted sabe que usted sabe que muchos de ustedes saben las guerras; muchos de los problemas mundiales se producen porque la gente quiere ocupar los recursos de energía que quieren. Y quieren utilizar eso y quieren tener más monopolios en ellos y por lo tanto el precio de la gasolina y usted sabe diesel, todos estos recursos de energía siempre están en aumento. Siempre tenemos ese miedo que usted sabe cómo vamos a reponer Por lo tanto, tenemos que empezar a explorar algunos recursos alternativos de la energía.Por ejemplo, con el biocombustible, la energía eólica, el sistema fotovoltaico o la energía geotérmica pueden utilizarse como recursos energéticos alternativos que podrían utilizarse para cumplir los requisitos energéticos globales.Otra vez la biotecnología ¿cómo puede ayudar?La gente ha comenzado a explorar diferentes cepas de cianobacterias y algas y mirando estas microalgas que podrían producir estos lípidos que pueden darnos el biocombustible. Eso puede ser muy limpio y usted sabe una manera muy eficiente de producir biocombustible. Aunque, usted sabe producir en ese nivel de masa para producir ese nivel que podría proporcionar los requisitos de energía suficientes para la gran población es un reto y, pero la gran cantidad de investigación en realidad está sucediendo cómo aprovechar los poderes de estas microalgas un tipo de bacterias que se promociona diferentes biocombustibles alternativos limpios para toda la población. Así que en general hemos estado discutiendo sobre diferentes cuestiones que están afectando a la salud y a la humanidad y no hay límite entre ingenieros y médicos y biólogos y el científico básico. Todo el mundo va a afectar por igual a estos problemas si hablamos de contaminación, desastres naturales, explosión demográfica, cambio climático, calentamiento global, mientras que los problemas de salud pública, la deforestación, el agotamiento de los recursos naturales, la pérdida de biodiversidad, el aumento de la resistencia a las bacterias, el sistema de eliminación de residuos, la deforestación, etc. La ingeniería genética y la biotecnología tienen como objetivo proporcionar algunas de estas soluciones prometedoras. Además, ahora vemos que hay muchos dispositivos de asistencia sanitaria que están llegando a la obra donde las personas quieren utilizar muchas aplicaciones y dispositivos médicos y biosensores simultáneamente para la gestión de la salud. Y los que de nuevo requieren mucha comprensión de la salud y del sistema biológico y de los dispositivos de ingeniería y cómo Para hacer este tipo de dispositivos inteligentes para soluciones sanitarias. Así que dejemos de hacerlo. Estoy seguro de que ahora sabe que hay muchas cuestiones que tenemos que abordar y que tenemos que entender juntos. Voy a continuar algunos de los otros puntos importantes que están relacionados con este curso en la conferencia continua en la siguiente clase. Gracias.