Últimos avances en biotecnología marina

El conocimiento mejora la economía y la tecnología promueve la industria. La biotecnología marina se refiere a la ciencia y tecnología integrales que utilizan organismos marinos y sus componentes para producir productos biológicos útiles y mejorar direccionalmente las características genéticas de los organismos marinos. Los científicos de la UE creen que "la definición amplia y concisa de biotecnología marina es: el conocimiento y la tecnología de la biología marina se utilizan para desarrollar productos y beneficiar a la humanidad". El informe "Biotecnología en el siglo XXI: Nuevos horizontes", elaborado conjuntamente por la Junta de Ciencias Básicas de Estados Unidos y el Consejo de Ciencia y Tecnología de Estados Unidos enumera cuatro áreas prioritarias para el desarrollo: agricultura, biotecnología ambiental, manufactura y bioprocesamiento, y biotecnología marina y acuicultura. áreas de enfoque. La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. propuso: “Con la aplicación profunda de herramientas modernas como la biotecnología y la biología molecular y celular en organismos y ecosistemas marinos, se espera que haya comenzado una revolución en las ciencias marinas. está creciendo exponencialmente y no tiene precedentes tanto en el sentido científico como económico. Dentro de 10 años, se lograrán avances importantes no sólo en la cantidad de conocimientos innovadores sino también en la comprensión de cuestiones científicas fundamentales y de larga data en el océano "desde el comienzo. Desde la década de 1990, la acuicultura marina, el desarrollo de productos naturales marinos y la protección del medio marino se han convertido en puntos calientes para el desarrollo en varios países del mundo. Los países costeros de todo el mundo han reconocido el importante papel de la biotecnología marina en el desarrollo y utilización de los recursos biológicos marinos y han aumentado la inversión en la investigación y el desarrollo de la biotecnología marina. Científicos de varios países han realizado sucesivamente investigaciones en Japón (1989), Estados Unidos (1991), Noruega (1994), Italia (1997), Australia (2000), Japón (2003), Canadá (2005), Israel (2007). y China (2010, Qingdao). Se celebró la 2.ª a 9.ª Conferencia Internacional de Biotecnología Marina. El gobierno chino evaluó la situación y aprobó rápidamente la implementación del plan de alta tecnología Marina Nacional "863" en 1996, estableciendo el tema de la biotecnología marina, marcando una nueva etapa para la biotecnología marina de mi país. Las fronteras de la ciencia y la tecnología marinas que abarcan el siglo XXI incluyen principalmente cinco disciplinas: biómica marina, química bioorgánica y biología sintética, inmunología y patogénesis, endocrinología y biología reproductiva y del desarrollo, y biología ambiental y evolutiva. 1. Diversas tecnologías ómicas de la biología marina, incluidas las del genoma, la transcriptómica, la proteómica y la metabolómica, se utilizan cada vez más amplia y profundamente en los organismos y ecosistemas marinos. La investigación ómica basada en la secuenciación del genoma completo puede analizar exhaustivamente la estructura genética y la función de los organismos, lo que permite a las personas reconocer y comprender diversos procesos vitales de los organismos, como el crecimiento, el desarrollo, la resistencia, etc., desde el nivel del genoma en lugar de hacerlo de manera aislada. genes, brindando así la posibilidad a las personas de diseñar y optimizar rasgos biológicos. Se han determinado sucesivamente los genomas de organismos modelo de diversos niveles evolutivos, y los organismos modelo marinos también se han sumado al auge de la investigación genómica. Se ha completado la secuenciación del genoma completo de organismos modelo marinos (o acuáticos) como Ciona intestinalis, el erizo de mar morado Strongylocentrotus purpuratus, la anémona de mar en forma de estrella Nematostella vectensis, el anfioxo de Florida, la pulga cladócera de agua dulce Daphniapulex y Acropora digitifera. A finales de la década de 1990, Estados Unidos, Japón, Canadá, Australia y otros países anunciaron sucesivamente el lanzamiento de proyectos de investigación del genoma de animales acuáticos económicos, incluidos camarones, ostras, tilapia, bagre y salmón. Se están realizando la secuenciación del genoma de la tilapia con una profundidad de cobertura de 7x y el ensamblaje empalmado de las secuencias. En los últimos años, nuestro país ha aumentado su apoyo a la secuenciación del genoma de organismos acuáticos. Especialmente durante la crisis financiera internacional, en comparación con la reducción de fondos en los países desarrollados, nuestro gobierno ha fortalecido su inversión en ciencia y tecnología. atrapado por detrás Nuestro país Recientemente se completó en mi país la secuenciación completa del genoma de las ostras, el lenguado de lengua semilisa, la corvina amarilla grande, el mero y la carpa. La investigación del genoma de mi país ha entrado en las filas avanzadas internacionales. En acuicultura, mejorar la tasa de crecimiento y la resistencia al estrés de los objetos cultivados siempre ha sido el objetivo perseguido por los científicos.

El Sr. Zhu Zuoyan de mi país es el primero en el mundo en realizar trabajos transgénicos en animales acuáticos. En los últimos 20 años, la investigación sobre genes transgénicos de la hormona del crecimiento en peces ha logrado grandes avances y se espera que sea el primero en ingresar. mercado. Los peces que viven en la zona fría pueden producir una maravillosa proteína anticongelante. El Sr. Qiu Cailiang de Canadá y sus colegas aislaron este gen anticongelante natural y lo transfirieron a organismos marinos mediante modificación genética, mejorando así la tasa de crecimiento y supervivencia de los organismos en ambientes fríos. tasa. La metagenómica puede analizar todos los genes de una comunidad biológica determinada sin la dificultad de identificar especies una por una. Es particularmente adecuada para el estudio de comunidades microbianas en ambientes marinos. Los microorganismos de las profundidades marinas tienen genes bastante raros y preciosos, que pueden expresar proteínas con propiedades como resistencia a altas temperaturas y altas presiones. Las personas utilizan métodos genéticos moleculares para clonar genes de resistencia a altas temperaturas y altas presiones y estudiar el mecanismo de expresión de la regulación de la presión y la temperatura. en genes. 2 Química bioorgánica y biosíntesis A medida que disminuye el número de compuestos verdaderamente nuevos descubiertos en plantas y microorganismos terrestres, los químicos de productos naturales marinos están revelando que casi todos los órdenes de vida marina poseen una amplia gama de estructuras moleculares únicas. Farmacólogos, fisiólogos y bioquímicos han demostrado que las diversas moléculas con estructuras únicas de los organismos marinos constituyen el marco básico de todo el sistema de vida, lo que significa que los organismos marinos tienen amplias perspectivas en el desarrollo de nuevos productos en las industrias farmacéutica y química. Diferentes especies de vida marina producen compuestos para protegerse de los depredadores, las infecciones o para competir por la supervivencia. Los científicos han demostrado que muchos de estos compuestos tienen aplicaciones en agricultura y medicina. Determinar las vías metabólicas mediante las cuales se producen estos compuestos e identificar los desencadenantes ambientales o fisiológicos que controlan el proceso de producción puede ayudar a desarrollar tecnologías para producir estos compuestos a escala. Las computadoras pueden usarse para construir y transformar ciertas moléculas derivadas de organismos marinos, y muchas drogas raras pueden desarrollarse y producirse en grandes cantidades mediante tecnología genética. Los científicos han extraído una sustancia de los tiburones que puede inhibir el crecimiento de tumores al cortarles el suministro de sangre. Ciertas sustancias extraídas de esponjas y algas marinas tienen efectos medicinales únicos como analgésicos, antiinflamatorios, hipotensores, lípidos en sangre, etc. Además, las investigaciones han descubierto que muchas sustancias activas para la vida se derivan de bacterias marinas. La biología sintética fue propuesta originalmente por Hobom B. en 1980 para describir la tecnología de recombinación de genes. Con el desarrollo de la biología de sistemas moleculares, Kool E. la volvió a proponer en 2000 y la definió como ingeniería genética basada en la biología de sistemas. En 2010, en el Instituto Venter de Estados Unidos, un equipo de investigación dirigido por Craig Venter creó con éxito una nueva especie de bacteria: "Synthia". La "biología sintética" puede utilizar métodos artificiales para rediseñar y transformar sistemas biológicos existentes de origen natural, o incluso utilizar métodos artificiales para crear "vida artificial" que no existe en la naturaleza. Por tanto, el contenido central de la biología sintética es crear o transformar sistemas vivos y obtener sistemas biológicos artificiales con un rendimiento mejorado para hacer frente al medio ambiente, la energía, los materiales, la salud y otras necesidades que surgen en la sociedad humana. 3. Inmunología y Patología La inmunología es una ciencia biomédica que estudia la respuesta inmune de los organismos a sustancias antigénicas y sus métodos. La aplicación de técnicas inmunológicas a la prevención de enfermedades humanas y animales es el logro más importante de la inmunología. Los diversos animales y plantas que viven en el medio marino están constantemente amenazados por enfermedades, parásitos y lesiones tisulares (como el cáncer). Las pérdidas ecológicas y económicas causadas por las enfermedades son enormes. Las graves pérdidas causadas por las infecciones virales en la industria del cultivo de camarón en mi país y en el mundo son ejemplos vívidos que hacen que la gente sienta el dolor. En este campo, los científicos están desarrollando sondas genéticas o reactivos inmunoquímicos para diagnosticar enfermedades biológicas marinas; creando sistemas de cultivo de células de peces y mariscos para apoyar la investigación sobre las bases moleculares de las enfermedades utilizando tecnología de ADN recombinante para desarrollar vacunas mediante sondas moleculares; el impacto de los sistemas ambientales sobre los organismos y estudiar la relación entre los organismos y el medio ambiente. Otro ejemplo es que para controlar las enfermedades del camarón, Estados Unidos ha establecido un sistema de cultivo de camarón saludable a gran escala, ha implementado un monitoreo de enfermedades virales y ha cultivado plántulas de camarón altamente saludables, de alta calidad y libres de patógenos específicos (SPF). En los últimos años, los científicos chinos han logrado resultados de investigación aclamados internacionalmente sobre las bases moleculares de la patogenicidad y la prevalencia de enfermedades de los animales acuáticos, el sistema inmunológico del huésped y su mecanismo de respuesta a la infección por patógenos, y los principios técnicos y formas efectivas de prevención y control inmunológico.

La investigación en biomática marina se está desarrollando al ritmo del mundo. El laboratorio del Sr. Xu Xun fue el primero en completar la secuencia genómica completa del WSSV del camarón; los científicos también determinaron y analizaron las secuencias genómicas completas de una variedad de iridovirus de peces en peces e invertebrados marinos; Se han logrado muchos avances de investigación reconocidos internacionalmente en el estudio del sistema inmunológico y el mecanismo y la red de regulación de la resistencia a las infecciones patógenas (Resumen del proyecto "973" para la prevención y el control inmunológico de las enfermedades biológicas marinas, 2010). El ecosistema marino está muy relacionado con la salud humana. Hay todo tipo de microorganismos nocivos en el medio marino y en los alimentos marinos, que amenazan la salud humana todo el tiempo. Para garantizar la salud humana es necesaria una comprensión profunda del proceso y mecanismo de reconocimiento mutuo e interacción entre estos patógenos y el sistema inmunológico humano. 4. Endocrinología, desarrollo y biología reproductiva La reproducción, desarrollo y crecimiento de los organismos marinos se lleva a cabo bajo la regulación de una serie de hormonas. Estas hormonas son producidas por el sistema endocrino biológico integrando información de los gametos y el medio ambiente. El estudio del papel central del sistema neuroendocrino en la regulación del crecimiento y el desarrollo puede inspirar a las personas a desarrollar tecnologías de reproducción prácticas y efectivas para desarrollar la producción de productos acuáticos famosos, especiales y de alta calidad. En la actualidad, cada vez más organismos de acuicultura se han reproducido con éxito en condiciones artificiales, lo cual es un buen ejemplo. Con la ayuda de una tecnología genéticamente modificada única, los biólogos marinos japoneses utilizaron tecnología de trasplante alogénico de células madre de espermatogonio para lograr con éxito un "parto prestado" heterogéneo y lograron que el salmón asiático diera a luz a la trucha arco iris "original" de las Américas. El uso de esta tecnología puede permitir que algunas especies de peces en peligro de extinción sigan prosperando. Combinando los conocimientos de endocrinología y biología molecular, las hormonas también pueden utilizarse para aumentar el rendimiento de los objetos de cultivo. Por ejemplo, clonar genes de importantes hormonas de peces y factores promotores del crecimiento y cultivar cepas de rápido crecimiento mediante métodos transgénicos. La carpa y el bagre modificados artificialmente crecieron un 50% más rápido que el grupo de control. Los científicos también están trabajando arduamente para comercializar viveros económicos de mariscos mediante la identificación de factores que controlan el desove y la fijación del abulón y las ostras. Muchos organismos marinos pasan por un período peligroso de alta mortalidad durante su desarrollo. Muchos factores relacionados con este período no están muy claros hasta el momento. Si se puede superar esta dificultad, la cría y la cría de muchos objetos de reproducción importantes mejorarán enormemente. La tecnología mejorará enormemente. 5. Biología ambiental y evolutiva La biotecnología marina, al igual que la tecnología informática, se considera una tecnología con capacidad para resolver problemas científicos complejos. Puede ayudarnos a comprender los cambios en los ecosistemas marinos e incluso algunas cuestiones relacionadas con el cambio global. Estas cuestiones incluyen la distribución, especialización, reclutamiento y reubicación de organismos marinos, así como el esclarecimiento de su evolución, adaptación, interacciones y productividad. Por ejemplo, algunos microorganismos marinos no se pueden cultivar en el laboratorio, pero juegan un papel muy importante en la circulación y transporte de elementos bioquímicos. Podemos utilizar medios biotecnológicos como anticuerpos monoclonales para estudiar estas células microbianas y los procesos dentro de ellas. Las relaciones biológicas en la vida marina brindan a las personas una profunda iluminación. En los últimos años, una gran cantidad de literatura ha elaborado sobre el enorme potencial de los microorganismos marinos, especialmente los microorganismos marinos, como nuevos recursos farmacológicos. En cuanto a los invertebrados marinos, una gran cantidad de microorganismos viven dentro y fuera de las células de sus tejidos, entre ellos bacterias, hongos, cianobacterias, etc. Estos microorganismos parabióticos o endófitos proporcionan fuentes de carbono y nitrógeno a sus huéspedes y, lo que es más importante, pueden participar en la biosíntesis de productos naturales. Las investigaciones sobre esponjas, ascidias, moluscos, briozoos y otros organismos de importante fuente medicinal han descubierto que las bacterias, microalgas y otros microorganismos ingeridos o producidos a través de la cadena alimentaria pueden ser la fuente real de algunos productos naturales marinos o sus análogos. Obtener proteína animal directamente a partir de la energía solar no es una fantasía. Tridacna, la "vaca verde" del océano tropical, depende de sus zooxantelas para utilizar los nutrientes producidos por la luz solar para producir proteína animal con alto valor nutricional. La biología molecular se puede utilizar para obtener una comprensión y comprensión más profundas de sus vías metabólicas. Otro ejemplo es el descubrimiento por parte de científicos australianos de que los pólipos de los corales contienen una gran cantidad de zooxantelas endofíticas, que probablemente estén estrechamente relacionadas con la resistencia del coral a los fuertes rayos ultravioleta (UV) en aguas tropicales poco profundas. En los arrecifes de coral tropicales, debido a la fina capa de ozono sobre el ecuador y la alta transparencia de los mares tropicales poco profundos, la intensidad de los rayos UV supera con creces la del océano en general y puede penetrar hasta 20 m de profundidad. Los científicos australianos aislaron la sustancia "S-320" del coral, que tiene buena resistencia a los rayos UV.