Ministerio de Educación

Escuela secundaria Ángel María herrera

Tema:

La Biotecnología

Asignatura:

Ciencias Integrales

Integrantes:

Henry Sarmiento

Lisbeth Rodríguez

Profesora:

Paulina Núñez

Nivel:

11°L

Año:

2015

Introducción

La biotecnología no es, en sí misma, una ciencia; es un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias (biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, química, medicina y veterinaria entre otras).

Hay muchas definiciones para describir la biotecnología. En términos generales biotecnología es el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor para el hombre.

Como tal, la biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. Históricamente, biotecnología implicaba el uso de organismos para realizar una tarea o función. Si se acepta esta definición, la biotecnología ha estado presente por mucho tiempo. Procesos como la producción de cerveza, vino, queso y yogurt implican el uso de bacterias o levaduras con el fin de convertir un producto natural como leche o jugo de uvas, en un producto de fermentación más apetecible como el yogurt o el vino Tradicionalmente la biotecnología tiene muchas aplicaciones. Un ejemplo sencillo es el compostaje, el cual aumenta la fertilidad del suelo permitiendo que microorganismos del suelo descompongan residuos orgánicos. Otras aplicaciones incluyen la producción y uso de vacunas para prevenir enfermedades humanas y animales. En la industria alimenticia, la producción de vino y de cerveza se encuentra entre los muchos usos prácticos de la biotecnología.

INDICE

BiotecnologíaActividad1: ¿Que es la biotecnología?........................................1

La clonación Actividad2: clones verdaderos………………………………………………..2Actividad3: la oveja Dolly……………………………………………………….3

El ADN recombinanteActividad4: ADN recombinante………………………………………….......4Actividad5: ADN………………………………………………………………………5Actividad6: ADNyPCR……………………………………………………………….6

Los organismo genéticamente modificados Actividad7: actividad transgénica………………………………………………7Actividad7b: clonación humana…………………………………………………7.1

Aplicaciones de la BiotecnologíaActividad8: aplicaciones en el campo………………………………………..8Actividad9: aplicaciones médicas………………………………………………9Acitvidad9b: fecundación in vitro…………………………………………………9.1Actividad10: actividades industriales………………………………………….10Actividad10b: fabricación artesanal de la cerveza…………………………….10.1Actividad11: todo para el medio ambiente………………………………………..11

1. ¿Qué es la Biotecnología?

 La biotecnología es el empleo de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre. Así, la biotecnología tiene una larga historia, que se remonta a la fabricación del vino, el pan, el queso y el yogurt. El descubrimiento de que el jugo de uva fermentado se convierte en vino, que la leche puede convertirse en queso o yogurt, o que se puede hacer cerveza fermentando soluciones de malta y lúpulo fue el comienzo de la biotecnología, hace miles de años.

Aunque en ese entonces los hombres no entendían cómo ocurrían estos procesos, podían utilizarlos para su beneficio. Estas aplicaciones constituyen lo que se conoce como biotecnología tradicional y se basa en la obtención y utilización de los productos del metabolismo de ciertos

microorganismos.

Los científicos actualmente comprenden en detalle cómo ocurren estos procesos biológicos lo que les ha permitido desarrollar nuevas técnicas a fin de modificar o copiar algunos de dichos procesos naturales para poder lograr una variedad mucho más amplia de productos.

Los científicos hoy saben, además, que los microorganismos sintetizan compuestos químicos y enzimas que pueden emplearse eficientemente en procesos industriales, tales como la fabricación de detergentes, manufactura del papel e industria farmacéutica.

La biotecnología moderna, en cambio, surge en la década de los ’80, y utiliza técnicas, denominadas en su conjunto “ingeniería genética”, para modificar y transferir genes de un organismo a otro. De esta manera es posible producir insulina humana en bacterias y, consecuentemente, mejorar el tratamiento de la diabetes. Por ingeniería genética también se fabrica la quimosina, enzima clave para la fabricación del queso y que evita el empleo del cuajo en este proceso. La ingeniería genética también es hoy una herramienta fundamental para el mejoramiento de los cultivos vegetales.

Por ejemplo, es posible transferir un gen proveniente de una bacteria a una planta, tal es el ejemplo del maíz Bt. En este caso, los bacilos del suelo fabrican una proteína que mata a las larvas de un insecto que normalmente destruyen los cultivos de maíz. Al transferirle el gen correspondiente, ahora el maíz fabrica esta proteína y por lo tanto resulta refractaria al ataque del insecto

Técnicas, clasificación y aplicaciones usadas en biotecnología.

Las técnicas biotecnológicas utilizadas son comunes en los diferentes campos de aplicación de la biotecnología, estas se pueden agrupar en dos grandes grupos de técnicas: Cultivo de tejidos y Tecnología del ADN. La primera trabaja a un nivel superior a la célula (con sus componentes: membranas, cloroplastos, mitocondria, etc.) e incluye células, tejidos y órganos que se desarrollan en condiciones controladas. La segunda, involucra la manipulación de genes que determinan las características celulares (de plantas, animales y microorganismos), lo que significa el trabajar a nivel del ADN: Aislamiento de genes, su recombinación y expresión en nuevas formas y su transferencia a células apropiadas.

De acuerdo al campo de aplicación la biotecnología puede ser distribuida o clasificada en cuatro amplias áreas que

interactúan, a saber:

Las biotecnologías proporcionan un amplio rango de usos potenciales en animales y humanos. Utilizando las técnicas de PLFRs (Polimorfismo en longitud de fragmentos de restricción) se pueden obtener ADN 'fingerprints' (identidad molecular). Cualquier organismo puede ser identificado por composición molecular, en consecuencia este 'fingerprint' puede ser usado para determinar las relaciones familiares en litigios de paternidad, para confrontar donantes de órganos con receptores en programas de transplante, unir sospechosos con la evidencia de ADN en la escena del crimen (biotecnología forense), o servir como indicativo de pedigrí para mejoramiento en semillas y ganado. Al utilizar las técnicas de secuenciación de ADN y de

Biotecnología

en salud

humana y

animal

PCR (reacción de polimerasa en cadena) los científicos pueden diagnosticar infecciones víricas, bacterianas o fúngicas, distinguir entre individuos cercanamente emparentados, o mapear la localización específica de los genes a lo largo de la molécula de ADN en las células. La tuberculosis, el SIDA, los papilomavirus y muchas otras enfermedades infecciosas, adicionalmente a los desordenes heredados como la fibrosis quística o la anemia falciforme son diagnosticadas en pocas horas. Para las enfermedades animales, la biotecnología provee de numerosas oportunidades para combatirlas y están siendo desarrolladas vacunas contra muchas enfermedades bovinas y porcinas. Las nuevas vacunas recombinantes tienen mayor protección, son más estables y más fáciles de producir. La ingeniería genética ha hecho posible producir hormonas de crecimiento para bovinos, porcinos y aves. La modificación de los organismos iniciales proporciona oportunidades para el mejoramiento de las propiedades organolépticas y el tiempo de permanencia en estante de productos cárnicos y lácticos, así como mejores tasas de fermentación que facilitan la mecanización de

los procesos.

Biotecnología industrial

Las tecnologías de ADN ofrecen muchas posibilidades en el uso industrial de los microorganismos con aplicaciones que van desde producción (a través de procesos industriales y agro procesos) de vacunas recombinantes y medicinas tales como insulina, hormonas de crecimiento, enzimas y producción de proteínas especiales. Las vacunas recombinantes tienen gran aplicación no solo pueden ser producidas en forma a menor costo sino que ofrecen ventajas de seguridad y especificidad y permiten fácilmente distinguir entre animales vacunados y naturalmente infectados. La manipulación genética de vías metabólicas de los microorganismos hace posible convertir eficientemente forrajes pobres en productos de gran valor como aminoácidos, proteínas y químicos especiales.

Biotecnología

en salud

humana y

animal

Biotecnología vegetal

La biotecnología vegetal es una extensión de la tradición de modificar las plantas, con una diferencia muy importante: la biotecnología vegetal permite la transferencia de una mayor variedad de información genética de una manera más precisa y controlada. Al contrario de la manera tradicional de modificar las plantas que incluía el cruce incontrolado de cientos o miles de genes, la biotecnología vegetal permite la transferencia selectiva de un gen o unos pocos genes deseables. Con su mayor precisión, esta técnica permite que los mejoradores puedan desarrollar variedades con caracteres específicos deseables y sin incorporar aquellos que no lo son. Muchos de estos caracteres desarrollados en las nuevas variedades defienden a las plantas de insectos, enfermedades y malas hierbas que pueden devastar el cultivo. Otros incorporan mejoras de calidad, tales como frutas y legumbres más sabrosas; ventajas para su procesado (por ejemplo tomates con un contenido mayor de sólidos); y aumento del valor nutritivo (semillas oleaginosas que producen aceites con un contenido menor de grasas saturadas). Estas mejoras en los cultivos pueden contribuir a producir una abundante y saludable oferta de alimentos y proteger nuestro medio ambiente para las futuras generaciones. En la base de las nuevas biotecnologías desarrolladas están las técnicas de aislamiento de células, tejidos y órganos de plantas y el crecimiento de estos bajo condiciones controladas (in vitro). Existe un rango considerable de técnicas disponibles que varían ampliamente en sofisticación y en el tiempo necesario para producir resultados útiles. El desarrollo más crucial para la biotecnología fue el descubrimiento de que una secuencia de ADN (gen) insertado en una bacteria induce la producción de la proteína adecuada. Esto amplió las posibilidades de la recombinación y la transferencia de genes, con implicaciones a largo plazo para la agricultura a través de la manipulación genética de microorganismos, plantas y animales.

Biotecnología agroalimentaria

En el campo de la agricultura las aplicaciones de la biotecnología son innumerables. Algunas de las más importantes son:

· Resistencia a herbicidas: La resistencia a herbicidas se basa en la transferencia de genes de resistencia a partir de bacterias y algunas especies vegetales, como la petunia. Así se ha conseguido que, plantas como la soja, sean resistentes al glifosato, a glufosinato en la colza y bromoxinil en algodón. Así con las variedades de soja, maíz, algodón o canola que las incorporan, el control de malas hierbas se simplifica para el agricultor y mejoran la compatibilidad medioambiental de su actividad, sustituyendo materias activas residuales. Otro aspecto muy importante de estas variedades es que suponen un incentivo para que los agricultores adopten técnicas de agricultura de conservación, donde se sustituyen parcial o totalmente las labores de preparación del suelo. Esta sustitución permite dejar sobre el suelo los rastrojos del cultivo anterior, evitando la erosión, conservando mejor la humedad del suelo y disminuyendo las emisiones de CO2 a la atmósfera. A largo plazo se consigue mejorar la estructura del suelo y aumentar la fertilidad del mismo. El ejemplo más destacado se ha observado en EEUU y Argentina, donde las autorizaciones de variedades de soja, tolerantes a un herbicida no selectivo y de baja peligrosidad, han tenido una rápida aceptación (14 millones de has en 1999) que ha ido acompañada de un rápido crecimiento de la siembra directa y no laboreo en este cultivo.

· Resistencia a plagas y enfermedades: gracias a la biotecnología ha sido posible obtener cultivos que se autoprotegen sobre la base de la síntesis de proteínas u otras sustancias que tienen carácter insecticida. Este tipo de protección aporta una serie de ventajas muy importantes para el agricultor, consumidores y medio ambiente:

Þ Reducción del consumo de insecticidas para el control de plagas.

Þ Protección duradera y efectiva en las fases críticas del cultivo.

Þ Se aumentan las poblaciones de insectos beneficiosos.

Þ Se respetan las poblaciones de fauna terrestre.

Este tipo de resistencia se basa en la transferencia a plantas de genes codificadores de las proteínas Bt de la bacteria Bacillus thuringiensis, presente en casi todos los suelos del mundo, que confieren resistencia a insectos, en particular contra lepidópteros, coleópteros y dípteros. Hay que señalar que las proteínas Bt no son tóxicas para los otros organismos. La actividad insecticida de esta bacteria se conoce desde hace más de treinta años. La Bt es una exotoxina que produce la

destrucción del tracto digestivo de casi todos los insectos ensayados. Este gen formador de una toxina bacteriana con una intensa actividad contra insectos se ha incorporado a multitud de cultivos. Destacan variedades de algodón resistentes al gusano de la cápsula, variedades de patata resistentes al escarabajo y de maíz resistentes al taladro. Los genes Bt son sin duda los más importantes pero se han descubierto otros en otras especies, a veces con efectos muy limitados (en judías silvestres a un gorgojo) y otras con un espectro más amplio de acción como los encontrados en el caupí o en la judía contra el gorgojo común de la judía. Los casos más avanzados de plantas resistentes a enfermedades son los de resistencias a virus en tabaco, patata, tomate, pimiento, calabacín, soja, papaya, alfalfa y albaricoquero. Existen ensayos avanzados en campo para el control del virus del enrollado de la hoja de la patata, mosaicos de la soja, etc.

· Mejora de las propiedades nutritivas y organolépticas: el conocimiento del metabolismo de las plantas permite mejorar e introducir algunas características diferentes. En tomate, por ejemplo, se ha logrado mejorar la textura y la consistencia impidiendo el proceso de maduración, al incorporar un gen que inhibe la formación de pectinasa, enzima que se activa en el curso del envejecimiento del fruto y que produce una degradación de la pared celular y la pérdida de la consistencia del fruto. En maíz se trabaja en aumentar el contenido en ácido oleico y en incrementar la producción de almidones específicos. En tabaco y soja, se ha conseguido aumentar el contenido en metionina, aminoácido esencial, mejorando así la calidad nutritiva de las especies. El gen transferido procede de una planta silvestre que es abundante en el Amazonas (Bertollatia excelsia) y que posee un alto contenido en éste y otros aminoácidos.

· Resistencia a estrés abiótico: las bacterias Pseudomonas syringae y Erwinia herbicola, cuyos hábitats naturales son las plantas, son en gran parte, responsables de los daños de las heladas y el frío en muchos vegetales, al facilitar la producción de cristales de hielo con una proteína que actúa como núcleo de cristalización. La separación del gen implicado permite obtener colonias de estas bacterias que, una vez inoculadas en grandes cantidades en la planta, le confieren una mayor resistencia a las bajas temperaturas. En cualquier caso, la resistencia a condiciones adversas como frío, heladas, salinidad, etc., es muy difícil de conseguir vía biotecnológica, ya que la genética de la resistencia suele ser poligenética, interviniendo múltiples factores.

Otras aplicaciones:

Þ En el campo de la horticultura se han obtenido variedades coloreadas imposibles de obtener por cruzamiento o hibridación, como el caso de la rosa de color azul a partir de un gen de petunia y que es el responsable de la síntesis de

definiditas (pigmento responsable del color azul). En clavel también se ha conseguido insertar genes que colorean esta planta de color violeta.

Þ También se ha conseguido mejorar la fijación de nitrógeno por parte de las bacterias fijadoras que viven en simbiosis con las leguminosas. Otra línea de trabajo es la transferencia a cereales de los genes de nitrificación de dichas bacterias, aunque es enormemente compleja al estar implicados muchísimos genes.

Þ En colza y tabaco, se ha logrado obtener plantas androestériles gracias a la introducción de un gen quimérico compuesto por dos partes: una que sólo se expresa en el tejido de la antera que rodea los granos de polen y otra que codifica la síntesis de una enzima que destruye el ARN en las células de dicho tejido. Este procedimiento permitirá la obtención de híbridos comerciales con mayor facilidad.

Þ En la industria auxiliar a la agricultura destaca la producción de plásticos biodegradables procedentes de plantas en las que se les ha introducido genes codificadores del poli-b-hidroxibutirato, una sal derivada del butírico. Cuando estos genes se expresan en plantas se sabe que de cada 100 grs. De planta se puede obtener 1 gr. de plástico biodegradable.

Þ Producción de plantas transgénicas productoras de vacunas, como tétanos, malaria en plantas de banana, lechuga, mango, etc.

Es el procedimiento científico que consiste en tomar el material genético de un organismo para obtener otro idéntico, denominado clon. A través de la clonación, no hay una unión de óvulos con espermatozoides.

2. CLONES VERDADEROS

Del uso popular de clon deriva el de clonación. La clonación es la acción de producir una entidad biológica (gen, cromosoma, célula u organismo) genéticamente idéntica a otra a partir de una existente. En contextos científicos el término se usa principalmente para la reproducción idéntica de moléculas hereditarias (clonación de ADN).

La clonación de organismos es practicada sin conocimientos técnicos especiales en la mayoría de las plantas vivaces, por medio de esquejes o estacas. En animales se producen nuevos individuos a partir de fragmentos del cuerpo de otros en grupos relativamente simples, como las plenarias, o con elevadas capacidades de regeneración espontánea, como anélidos (lombrices de tierra) o equinodermos (estrellas de mar).

La clonación artificial de vertebrados se basa en sustituir el núcleo de un óvulo sin fecundar, por el núcleo de una célula adulta del individuo que se quiere clonar. Resulta así el equivalente a un cigoto viable. La técnica (llamada de transferencia nuclear) se aplicó con éxito a ranas desde 1952, pero no se logró con mamíferos hasta hace una década.

3. CLONACION DE LA OVEJA DOLLY.

La clonación de la oveja Dolly

Dolly la oveja, como primer mamífero en ser clonado de una célula adulta, es de sobra el clon más famoso del mundo. No obstante, la clonación ha existido en la naturaleza desde los albores de la vida. Desde las bacterias asexuales a las 'aves vírgenes' en pulgones, los clones nos

rodean y no son, en esencia, distintos de otros organismos. Un clon posee la misma secuencia de ADN que su progenitor y, por lo tanto, son genéticamente

idénticos.

Antes de Dolly, ya se habían producido varios clones en el laboratorio, incluidos sapos, ratones y vacas que se clonaron de una célula adulta. Este fue el mayor logro científico ya que demostró que el ADN de células adultas, a pesar de haberse especializado en un solo tipo de célula, puede usarse para crear un organismo entero.

Cómo se clonó Dolly

La clonación animal a partir de una célula adulta es mucho más difícil que de una célula embrionaria. Así pues, cuando los investigadores del Instituto Roslin de Escocia crearon a Dolly, único cordero nacido después de 277 intentos, fue una noticia de gran importancia en todo el mundo.

Para fabricar a Dolly, los investigadores usaron una célula de ubre de una oveja blanca de la raza Fin Dorset de seis años de edad. Tuvieron que encontrar un modo de 'reprogramar' las células de ubre para mantenerlas vivas sin que crecieran. Lo consiguieron alterando su medio de crecimiento (la 'sopa' en la que las células se mantenían vivas). Entonces inyectaron la célula en un óvulo no fecundado al cual se le había eliminado el núcleo, e hicieron que las células se fusionaran mediante pulsos eléctricos. El óvulo no fertilizado provino de una oveja

hembra escocesa de cara negra. Cuando el equipo de investigación consiguió que se fusionaran el núcleo de la oveja blanca adulta con el óvulo de la oveja de cara negra, tuvieron que asegurarse que la célula resultante se desarrollaría como embrión. Realizaron un cultivo de esta célula durante seis o siete días para ver si se dividía y desarrollaba con normalidad, antes de implantarla a una madre de alquiler, otra oveja hembra escocesa de cara negra. Dolly salió con la cara blanca.

De 277 fusiones celulares, se desarrollaron 29 embriones tempranos que se implantaron a 13 madres de alquiler, pero solamente un embarazo llegó a término y el cordero de raza Finn Dorset 6LLS de 6.6 kg (alias Dolly) nació después de 148 días.

¿Qué le pasó a Dolly?

Dolly vivió una existencia llena de mimos en el Instituto Roslin. Se apareó y produjo crías normales de forma natural. De este modo se demostró que este tipo de animales clonados pueden reproducirse. Nació el 5 de julio de 1996 y se le practicó la eutanasia el 14 de febrero de 2003, a la edad de seis años y medio. Las ovejas pueden vivir hasta la edad de 11 o 12 años, pero Dolly sufría artritis en una articulación de una pata trasera y adenomatosis pulmonar ovejuna, un virus que induce la aparición de tumor pulmonar y que es frecuente en ovejas criadas en el exterior.

El ADN del núcleo se empaqueta en forma de cromosomas, que se acortan cada vez que la célula se replica. Esto significa que los cromosomas de Dolly eran un poco más pequeños que los de otras ovejas de su edad y su envejecimiento temprano podría explicarse por el hecho de que se desarrolló del núcleo de una oveja de 6 años de edad. Dolly tampoco era del todo idéntica a su madre genética porque las mitocondrias, que son las plantas de producción de energía que se mantienen fuera del núcleo, las heredó de la madre donadora de óvulos.

¿Por qué clonar una oveja?

La oveja Dolly se creó en el Instituto Roslin como parte de una investigación para producir medicamentos en la leche de animales de granja. Los investigadores han conseguido transferir genes humanos que producen proteínas útiles en ovejas y vacas, de forma que puedan producir, por ejemplo, el agente anticoagulante IX para tratar la hemofilia o la alfa-1-antitripsina para tratar la fibrosis quística y otras enfermedades pulmonares. Insertar estos genes en el interior de animales es un proceso difícil y laborioso; la clonación permite a los investigadores realizarlo

Únicamente una vez y clonar el animal transgénico resultante, para desarrollar crías de reserva.

El desarrollo de la tecnología de la clonación desencadenó nuevas formas de producir medicamentos y está mejorando nuestra comprensión del desarrollo y la genética.

Desde 1996, cuando Dolly nació, otras ovejas han sido clonadas a partir de células adultas para producir gatos, conejos, caballos, burros, cerdos, cabras y vacas. En el año 2004 se clonó un ratón usando el núcleo de una neurona olfativa, lo que demostró que el núcleo del donador puede provenir de cualquier tejido del cuerpo que habitualmente no se divida.

El perfeccionamiento de esta técnica ha significado que la clonación de animales está resultando más barata y más fiable. Esto ha creado un mercado de servicios comerciales que ofrecen animales domésticos clonados o cría de ganado de élite, pero todavía llevan una etiqueta de precio que indica 100.000 dólares.

Los avances realizados a través de la clonación de animales ha permitido el desarrollo de un posible nuevo tratamiento para prevenir las enfermedades mitocondriales en humanos que se transmiten de la madre al bebé. Alrededor de 1 entre 6.000 personas nace con mitocondrias defectuosas, lo que puede llevar al desarrollo de enfermedades como la distrofia muscular. Para prevenir esto, el material genético del embrión se extrae y se coloca en un óvulo donado por otra mujer que contiene mitocondrias funcionales. Se trata del mismo proceso que se usa para la clonación de células embrionarias en animales. Sin esta intervención, existe la seguridad de que las mitocondrias defectuosas pasarán a la siguiente generación.

ADN RECOMBIANTE

4 .El ADN Recombinante

El ADN recombinante, o ADN recombinado, es una molécula de ADN artificial formada de manera deliberada in vitro por la unión de secuencias de ADN provenientes de dos organismos distintos que normalmente no se encuentran juntos. Al introducirse este ADN recombinante en un organismo, se produce una modificación genética que permite la adición de una nueva secuencia de ADN al organismo, conllevando a la modificación de rasgos existentes o la expresión de nuevos rasgos. La producción de una proteína no presente en un organismo determinado y producidas a partir de ADN recombinante, se llaman proteínas recombinantes.

El ADN recombinante es resultado del uso de diversas técnicas que los biólogos moleculares utilizan para manipular las moléculas de ADN y difiere de la recombinación genética que ocurre sin intervención dentro de la célula. El proceso consiste en tomar una molécula de ADN de un organismo, sea virus, planta o una bacteria y en el laboratorio manipularla y ponerla de nuevo dentro de otro organismo. Esto se puede hacer para estudiar la expresión de un gen, para producir proteínas en el tratamiento de una enfermedad genética, vacunas o con fines económicos y científicos.

Producción y terapia con proteínas recombinantes

Las proteínas recombinantes son aquellas que se producen mediante la técnica del ADN recombinante, es decir, expresando un gen de un organismo en otro organismo distinto. Para que estas proteínas sean útiles desde el punto de vista terapéutico tienen que conservar su actividad. Además, se debe evitar que sean inmunogénicas para el ser humano. Para ello es importante decidir para cada proteína recombinante cual es el organismo de expresión más adecuado.

Producción en bacterias

Estas proteínas recombinantes han intentado expresarse en bacterias como E. coli, ya que son fáciles de mantener, crecen rápido y se conoce bien su genoma.

Sin embargo, el mayor problema que presenta la producción en bacterias es que en ellas no existe glicosilación proteica, por lo que algunas proteínas producidas en bacterias pierden totalmente su función. Aun así se han logrado producir con éxito algunas proteínas recombinantes en bacterias. La primera proteína recombinante que se produjo en E. coli fue la somatostatina, una hormona anti-crecimiento de 14 aminoácidos. Sin embargo, aunque desde el punto de vista científico fue un éxito, desde el punto de vista económico fue un fracaso, ya que su utilidad estaba reducida a personas con problemas de gigantismo y similares, que son poco comunes. Posteriormente se logró un gran éxito en este campo mediante la producción de insulina en bacterias. La insulina presenta la ventaja de no necesitar modificaciones postraduccionales, por lo que se evita este problema de su producción en bacterias. Además, la diabetes es una enfermedad muy frecuente en la sociedad, con unos 347 millones de diabéticos.7 En EEUU el 6% de la población (20 millones de habitantes) son diabéticos y esta enfermedad es la 6ª causa de muerte. Antes de esta producción en bacterias, se usaba insulina porcina.

Producción en levaduras

Al ser células eucariotas y por lo tanto más similares a las humanas que las bacterias y ser muy fáciles de emplear industrialmente, las levaduras constituyen otro grupo de organismos susceptibles de producir proteínas recombinantes para uso humano. Sin embargo, aunque sí presentan glicosilación proteica, al contrario que las bacterias, esta es totalmente distinta a la humana, por lo que estas proteínas presentan problemas, en muchos casos incluso inmunogénicos.

Producción en células de insecto.

Más cercanas aún a las células humanas que las levaduras son las de insecto, como las de Spodoptera frugiperda (una polilla parásito del maíz y del algodón), que se cultivan fácilmente in Vitro, aunque el medio de cultivo es caro. Dicho medio, además, no contiene suero, lo que hace más fácil el procesado de la proteína. Otra de las propuestas ha sido el uso no de células de insecto, sino de los insectos completos para la producción de estas proteínas. Para ello se infectan a los insectos con baculovirus modificados (que además no infectan a los seres humanos) para que expresen la proteína recombinante. Sin embargo, este sistema presenta exactamente el mismo problema que el de levaduras: que las células de insecto presentan glicosilación, pero esta es totalmente distinta a la de mamíferos.

Producción en células de mamífero

Al ser células más parecidas a las humanas, el procesamiento que sufren las proteínas recombinantes producidas en células de mamífero también es más similar, por lo que se conserva su función (aunque puede haber ligeros cambios en el patrón de glicosilación). Los inconvenientes de este método es que el crecimiento celular es más lento, tardando de 6 a 24 horas en duplicarse las células, que los cultivos pueden sufrir contaminación de bacterias u hongos y que se puede contaminar el producto con virus que infecten a humanos. Para la producción en mamíferos se usan las células CHO, de ovario de ratón chino, que presentan la ventaja de que crecen bien y existen gran cantidad de mutantes de glicosilación. Además, se está intentando que los animales secreten estas proteínas en la orina, en la leche, etc.

5. El ADN

El ácido desoxirribonucleico, abreviado como ADN, es un ácido nucleico que contiene las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria. La función principal de la molécula de ADN es el almacenamiento a largo plazo de información. Muchas veces, el ADN es comparado con un plano o una receta, o un código, ya que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células, como las proteínas y las moléculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes, pero las otras secuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética.

Desde el punto de vista químico, el ADN es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre sí, como si fuera un largo tren formado por vagones. En el ADN, cada vagón es un nucleótido, y cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser adenina→A, timina→T, citosina→C o guanina→G) y un grupo fosfato que actúa como enganche de cada vagón con el siguiente. Lo que distingue a un vagón (nucleótido) de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos de vagones a lo largo de todo el tren) es la que codifica la información genética: por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC... En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno.

6. ADN y PCR

La técnica de amplificación de ADN mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica que consiste en la amplificación in vitro de un fragmento de ADN específico. Para llevar a cabo el experimento de amplificación es necesario conocer, al menos parcialmente, la secuencia del fragmento a amplificar (un gen, una parte de un gen, una región no codificadora,...). Básicamente, se trata de replicar una y otra vez un mismo fragmento de ADN y, para ello, debemos realizar in vitro lo que hacen las células in vivo para replicar su ADN.

Así, se trata de disponer en un tubo de ensayo el ADN de la especie objeto de estudio. Además debemos añadir en dicho tubo un par de oligonucleótidos que actúen como cebadores para la ADN polimerasa. La elección de estos oligonucleótidos (cebadores o primeros) es crucial dado que han de delimitar la región a amplificar. En concreto, deben ser complementarios a cada uno de los extremos 3´ de la región a amplificar

 La mezcla de reacción se somete a ciclos sucesivos, cada uno correspondiente a una fase de desnaturalización, una de hibridación o alineación y una de elongación.

a) Durante la desnaturalización, que se realiza por calentamiento de la mezcla a 95ºC, se

separan las dos cadenas del ADN molde.

b) Durante la hibridación, la temperatura de incubación se reduce para permitir el apareamiento de las bases de ambos cebadores en el sitio donde encuentran una secuencia complementaria.

c) Durante la fase de elongación, la mezcla se calienta a 72ºC y la enzima Taq ADN polimerasa se usa para replicar las hebras de DNA. La Taq polimerasa comienza el proceso de extensión de la cadena complementaria a partir del extremo 3’ de los cebadores. Al finalizar cada ciclo, la cantidad de ADN molde disponible para el ciclo siguiente aumenta al doble. Entre muchas de las aplicaciones que la PCR pone a disposición se encuentran la detección precoz o prenatal de enfermedades genéticas, la detección de infecciones virales latentes o la producción de grandes cantidades de fragmentos de ADN humano a una velocidad muy superior a la posible mediante otros métodos. Esta técnica también se aplica para estudios de identidad y filiación.

Los Organismos genéticamente modificados

Un organismo genéticamente modificado (abreviado OMG u OGM) es un organismo cuyo material genético ha sido alterado usando técnicas de ingeniería genética. La genética permite modificar organismos mediante la transgénesis o la cisgénesis, es decir, la inserción de uno o varios genes en el genoma. Los OGM incluyen microorganismos como bacterias o levaduras, insectos, plantas, peces y animales. Estos organismos son la fuente de los alimentos genéticamente modificados, y son ampliamente utilizados en investigaciones científicas para producir otros bienes distintos a los alimentos. El término OGM está muy asociado al término técnico legal, «organismo viviente modificado», definido en el Protocolo de Cartagena en Bioseguridad, que regula internacionalmente el comercio de los OGM vivientes (especialmente, "cualquier organismo viviente que posee una combinación de material genético obtenida mediante el uso de biotecnologias modernas").

7 .Actividad transgénica

Los cultivos transgénicos: Una de las principales aplicaciones de la ingeniería genética en la actualidad es incorporar nuevos genes a las plantas con el fin de mejorar los cultivos. El empleo de la ingeniería genética o transgénesis en el mejoramiento vegetal es lo que se denomina agrobiotecnología o biotecnología vegetal. Sus objetivos consisten en aumentar la productividad de los cultivos contribuyendo a una agricultura sustentable, que utiliza los recursos respetando al medio ambiente y pensando en las generaciones futuras. También la agrobiotecnología se propone mejorar los alimentos que derivan de los cultivos vegetales, eliminando sustancias tóxicas o alergénicas, modificando la proporción de sus componentes para lograr alimentos más saludables o aumentando su contenido nutricional. Otra aplicación de la biotecnología vegetal es el empleo de las plantas como birreactores o fábricas para la producción de medicamentos, anticuerpos, vacunas, biopolímeros y biocombustibles.

Los animales transgénicos: Un animal transgénico es un animal genéticamente modificado, que tiene un gen o grupo de genes que no le pertenecen con el fin de producir algo de interés.

El genoma de los animales se puede modificar:

• Insertando genes de la misma especie o de una especie diferente (por ejemplo para que una vaca produzca en su leche la hormona de crecimiento humana).

• Alterando ciertos genes presentes en el animal de manera que esta modificación se transmita a la descendencia. En general esta estrategia se emplea para conocer la función de ese gen.

Los ratones fueron los primeros animales transgénicos que se obtuvieron en la década del ’80, paralelamente con el advenimiento de la ingeniería genética. El primer ratón transgénico, publicado en la revista científica Nature en 1982, produce la hormona de crecimiento de rata por lo cual se ve bastante más grande que el ratón que no la tiene. El ratón transgénico produce mucha más hormona de crecimiento que el ratón salvaje.

Este experimento constituyó una revolución porque mostraba que un gen de una especie puede introducirse en otra especie diferente, integrarse al genoma y expresarse.

Los ratones transgénicos se utilizan fundamentalmente:

• Como herramientas de laboratorio para estudiar los genes, su función y cómo se regula su expresión, si se cambia el lugar o el tiempo de expresión de ese gen.

• Como modelos de enfermedades para el desarrollo de drogas y estrategias de tratamiento.

7b. CLONACION HUMANA

Un clon es una unidad genéticamente igual a la unidad predecesora, de la que está clonada. La unidad puede ser molecular, clonando un gen, un grupo de genes, el ADN completo, una célula, un tejido, un órgano o un individuo completo. Los clones se producen de forma natural por división asexual. La clonación plantea una serie de problemas que están todavía por resolver.

Clonación molecular: La clonación de moléculas puede realizarse por dos procesos, la clonación acelular o la clonación celular.

Clonación acelular: se conoce también como mecanismo de amplificación de ADN o ARN (PCR). Esta clonación puede tener dos objetivos, obtener gran cantidad de ADN para distintos fines, o determinar la secuencia de una porción pequeña de ADN en una disolución.

Su aplicación es muy variada. Se usa para detección de secuencias de ADN, para la secuenciación de ADN, para rastreo de mutaciones, diagnóstico de enfermedades (parentales o no), para estudios evolutivos, detección de células tumorales, amplificación de ADN para clonación celular, etc.

Clonación celular: este mecanismo utiliza células para clonar fragmentos de ADN, no es una clonación de células. Para ello, previamente se ha tenido que amplificar (es decir, conseguir muchas copias clonadas) el ADN que se quiere clonar. Después, insertar el ADN en vehículos, denominados vectores, que lo transportan e introducen en las células. El nombre que reciben estas células es anfitriones, y son las células que hay que cultivar, es decir, conseguir multiplicarlas en un medio de cultivo.

Las células, cuando se multiplican, duplican el ADN propio y el fragmento que se desea clonar. De este modo se obtiene un elevado número de células que contienen el ADN que queremos clonar, llamado recombinante.

El objetivo de este tipo de clonación puede ser la amplificación del ADN clonado con el fin de estudiar su secuencia, su estructura, para estudios filogenéticos o para identificación de mutaciones. También se utiliza este método para estudiar el mecanismo de regulación de los genes, su transcripción y su traducción. Otra aplicación está en la obtención de la proteína que codifica la secuencia de ADN clonado, ya sea para analizar la estructura de la proteína, para alterarla o comercializarla en función de sus propiedades. Ésta es la técnica utilizada para la obtención de insulina.

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGIA

8. APLICACIONES EN EL CAMPO

La biotecnología ofrece una posible solución a muchos problemas que afectan a la producción agropecuaria de los países en desarrollo. Por ejemplo, las soluciones derivadas de la biotecnología para las condiciones adversas bióticas y abióticas que se incorporen al genotipo de las plantas pueden reducir la utilización de productos agroquímicos y de agua, y promover así un rendimiento sostenible. Con todo, la FAO considera que los programas nacionales deben asegurar que la biotecnología beneficie a todos los sectores, incluida la población rural de escasos recursos, sobre todo en las zonas marginales donde el aumento de la productividad será más difícil de conseguir.

Establecer prioridades. Los conocimientos prácticos de biotecnología deben ser un complemento de las tecnologías existentes y estar orientados a los resultados. Dado que gran parte de la biotecnología es más costosa que la investigación tradicional, se debe utilizar para solucionar problemas concretos en los que ofrezca una ventaja comparativa. En muchos países en desarrollo se está reduciendo la financiación de la investigación en agricultura y con frecuencia se está privatizando, con el consiguiente riesgo de que pueda orientarse sobre todo a los agricultores con más recursos. Además de los aspectos técnicos, al establecer prioridades se deben tener en cuenta las políticas nacionales de desarrollo, los intereses del sector privado y las posibilidades del mercado. En la formulación de las estrategias, políticas y planes nacionales de biotecnología deben intervenir las diversas partes interesadas, Infraestructura y capacidad. Para que cualquier investigación sea verdaderamente productiva, debe haber una cantidad mínima de expertos, conocimientos e instalaciones. La biotecnología no es una excepción.

La investigación biotecnológica requiere personal capacitado, con el respaldo de laboratorios bien equipados y condiciones de trabajo apropiado, un abastecimiento constante de agua de buena calidad, un suministro fiable de electricidad y un apoyo institucional organizado. Se requiere una base tecnológica mínima incluso para adaptar la tecnología ensayada y comprobada en otras partes a las condiciones ecológicas y de producción locales. La investigación biotecnológica exige servicios periféricos sólidos y bien organizados, con instituciones e infraestructuras idóneas para facilitar su aplicación.

9. APLICACIONES MÉDICAS

El uso de la biotecnología a la medicina, permite identificar los genes que intervienen en las enfermedades. Igualmente los avances de la biotecnología hacen posible que tan propenso puede estar cada individuo a obtener diferentes tipos de cáncer 

Y detectar tumores antes de que existan.

                                       

La biotecnología permite el desarrollo de nuevas técnicas para el diagnostico como lo son: los anticuerpos monoclonales, la hibridación o la secuencia del DNA

o RNA. Otro aporte de la biotecnología moderna a la salud humana es el desarrollo de vacunas comestibles.

Gracias a la biotecnología se ha comenzado a fomentar el desarrollo de las vacunas ya que los investigadores pueden utilizar microorganismos totalmente inocuos en las vacunas. Esto permite introducir genes que determinan la producción de ciertos antígenos en bacterias inocuas, las cuales constituyen, en sí mismas, las vacunas, que permiten que el individuo vacunado pueda generar los anticuerpos protectores necesarios para atajar una posible infección. 

Diagnóstico, Tratamiento Y Prevención

Antibióticos

Los antibióticos son sustancias producidas de forma natural por ciertos microorganismos (mohos, eubacterias y actinomicetes) que inhiben el crecimiento de otros microorganismos. Algunos antibióticos deben ser modificados antes de ser utilizados para evitar sus efectos tóxicos.

Las actinobacterias del género Streptomyces producen antibióticos como la estreptomicina, eritromicina, tetraciclina, Los hongos del genero  Penicillium producen penicilinas, y otros hongos del género  Cephalosporium producen los antibióticos denominados b-lactámicos o cefalosporinas.

Tras la identificación de la penicilina, se iniciaron  investigaciones del microbio en profundidad por dos razones: la búsqueda de más agentes antibióticos para tratar mejor las enfermedades. Y La causa de las resistencias que comenzaban a detectarse. Ya que en enfermedades comunes, el organismo de un individuo respondía bien al tratamiento antibiótico, lo que dejo de hacerlo a los pocos años. En 1945 se descubrió un hongo  Cephalosporium que producía una amplia gama de sustancias que mataban a las bacterias, entre las que se obtuvo la cefalosporina, podía matar a las bacterias que comenzaban a mostrar resistencia a la penicilina.

Un antibiótico diferente es la estreptomicina,  un amino glucósido, que actúan impidiendo a ciertas bacterias la síntesis de proteínas mediante la destrucción de

sus ribosomas. La mayoría de los antibióticos no son proteínas, por lo que no constituyen productos genéticos directos.

9b. Fecundación in vitro

FECUNDACION IN VITRO

  

La Fecundación in vitro (FIV) es la técnica más usada en reproducción asistida. Se realiza en el laboratorio y consiste en poner en contacto uno o más óvulos de la paciente con los espermatozoides de su pareja. El objetivo es facilitar y lograr el embarazo.

¿En qué consiste la Fecundación in vitro?

Una vez los ovocitos son fecundados, el embrión o embriones resultantes son cultivados y observados en el laboratorio, algunos de ellos son transferidos dentro del útero de la paciente pocos días después, dando lugar a un embarazo en un 25-35% de los casos. Los embriones restantes que presentan un buen desarrollo pueden ser también congelados.En determinados casos, la Fecundación in vitro  se realiza con semen de donante. Eso ocurre cuando hay una falta de producción de espermatozoides, existe un defecto genético que no se quiera transmitir a la descendencia o se trata de mujeres que no tienen pareja. 

También se usan óvulos (también llamados ovócitos) de una donante cuando la paciente carece de ovarios o éstos no son operativos. Los ovocitos se forman en el ovario en el interior de los folículos (lugar del ovario donde se desarrolla el ovocito). Durante la primera fase del ciclo menstrual de la mujer se produce el desarrollo del folículo. Éste empieza siendo microscópico y crece rellenándose de líquido con nutrientes para el ovocito hasta alcanzar unos 22mm aproximadamente. Cuando llega a este tamaño se abre un orificio en su pared y sale el ovocito. En esto consiste la ovulación.

Tipos de Fecundación in vitro (FIV).

Existen diferentes modalidades en la realización de la Fecundación in vitro (FIV), según varios factores:

- Procedencia de los gametos: Fecundación in vitro con óvulos de la pareja, FIV con óvulos de donante, FIV con espermatozoides de la pareja o FIV con espermatozoides de donante.- Origen de los espermatozoides: Fecundación in vitro con espermatozoides del semen, FIV con espermatozoides del epidídimo (órgano situado sobre cada uno de los testículos) y FIV con espermatozoides testiculares.

- Técnica de inseminación: Fecundación in vitro con inseminación convencional o FIV con micro inyección espermática (ICSI).- Duración del cultivo embrionario: Fecundación in vitro con cultivo corto o FIV con cultivo largo.

Por otra parte, existen una serie de técnicas que son complementarias a la Fecundación in vitro (FIV). Estas son la congelación de ovocitos, congelación embrionaria, eclosión asistida o diagnóstico genético preimplantacional.

A principios de los años ochenta, la Fecundación in vitro (sólo se usaba en casos de esterilidad tubárica (trompas de Falopio obstruidas o ausencia de las mismas), pero con el tiempo, se han incluido otras indicaciones como el factor masculino, el inmunológico, endometriosis, esterilidad de origen desconocido, esterilidad de origen genético, etc.

Pasos previos a la Fecundación in vitro

Cuando una pareja o mujer han sido incluidas para empezar el tratamiento, hace falta una previa preparación:

1. Recibir una información completa de todo el proceso.2. La firma del consentimiento (requisito legal)

3. Evaluación del tipo de tratamiento medicinal y dosificación más conveniente para la estimulación ovárica.4. Practicar una histerometría (mediación de la longitud total del útero).

5. Analítica sanguínea preoperatoria y consultar con el anestesista qué tipo de anestesia se realizará para la punción ovárica.

La Fecundación in vitro (FIV) es un proceso que se desarrolla por fases. En primer lugar, se estimulan los ovarios, después se recuperan los ovocitos (mediante una punción), luego se hace la inseminación in Vitro en el laboratorio y finalmente, se transfieren los embriones al útero de la paciente.

Generalmente, las pacientes coinciden que no se trata de un tratamiento doloroso pero que algunas fases del ciclo manifiestan que les ha producido ansiedad, sobre todo después de haberles sido depositado los embriones en el útero y cuando están a la espera del resultado.

Proceso de la fecundación in vitro (FIV)

La fecundación in vitro (FIV) es un proceso que se desarrolla en cuatro fases: estimulación ovárica; recogida de ovocitos; inseminación y fecundación; y

transferencia de embriones.Estimulación ovárica.

La estimulación ovárica es el primer paso en el proceso de la fecundación in vitro (FIV). Consiste en administrar a la paciente medicamentos que incrementen su

producción de óvulos. Normalmente, una mujer produce un óvulo cada mes. Tomando la medicación específica la paciente produce varios ovocitos. Los resultados de la estimulación ovárica, que dura entre una y dos semanas, se

controlan mediante ecografías y análisis de sangre. 

Recogida de óvulos

La segunda fase del procedimiento de fecundación in vitro (FIV) consiste en la recogida de los óvulos maduros. Para ello, es necesario realizar una punción

ovárica. Este procedimiento es sencillo y duro entre 15 y 20 minutos. Se realiza bajo anestesia local o sedación general y consiste en localizar los folículos y

punzarlos con una aguja conectada a un sistema de aspiración. A continuación, se

aspira el líquido folicular, donde se haya los ovocitos, y luego se remite al laboratorio rápidamente para localizarlos con un microscopio. El número de

ovocitos recuperados varía según la respuesta de cada paciente al tratamiento, aunque la cifra media de óvulos que se obtienen por ciclo suele ser de diez o

doce.

Inseminación y fecundación

La inseminación en el proceso de fecundación in vitro (FIV) tiene lugar en el laboratorio. Consiste en mezclar el espermatozoide con los óvulos de mejor calidad en una incubadora que proporciona las condiciones óptimas para su

fecundación (fusión del ovocito y el espermatozoide). Si la posibilidad de fecundación es baja, se puede inyectar directamente el espermatozoide dentro del

óvulo, proceso denominado inyección intracitoplasmática de espermatozoides (ICSI).

Transferencia de embriones

Una vez los ovocitos son fecundados, el embrión o embriones resultantes son cultivados y observados en el laboratorio. Pocos días después son transferidos

dentro del útero de la paciente, dando lugar a un embarazo en un 25-35% de los casos. Para evitar embarazos múltiples, se transfiere un único embrión y se

congelan los embriones restantes que presentan un buen desarrollo.

Técnicas complementarias a la fecundación in vitro (FIV)

Existen una serie de técnicas complementarias a la fecundación in vitro (FIV): congelación de ovocitos; congelación embrionaria; eclosión asistida; y Diganóstico

Genético Preimplantacional. 

Congelación de ovocitos

La congelación de óvulos es una técnica complementaria a la fecundación in vitro (FIV). Su realización en la etapa fértil de la mujer facilita la preservación de

ovocitos, ya sea por circunstancias personales o por razones médicas. En el primer supuesto, permite posponer la maternidad sin renunciar a tener bebés que

tengan los propios genes. En el segundo supuesto, preserva la fertilidad de la mujer antes de que un tratamiento médico afecte a sus ovocitos. 

La vitrificación de óvulos es una técnica innovadora de congelación de óvulos que está proporcionando mejores resultados que la técnica clásica de congelación.

Este es el motivo de que, progresivamente, los centros de reproducción asistida estén apostando por ella para obtener resultados óptimos.

Congelación embrionaria

La congelación de embriones o criopreservación de embriones es una técnica complementaria a la fecundación in vitro (FIV). Suele realizarse con los embriones

no transferidos, por si la primera transferencia embrionaria no diera el resultado esperado y hubiera que realizar un segundo intento. La técnica consiste en enfriar los embriones hasta temperaturas muy bajas durante largos períodos de tiempo

con el objetivo de respetar su integridad física y funcional. 

Eclosión asistida

La eclosión asistida es una técnica complementaria a la fecundación in vitro (FIV) que consiste en perforar la membrana externa del embrión poco antes de realizar

la transferencia embrionaria. El motivo es que, después de la fecundación, las células del embrión han aumentado su volumen. En este momento se libera la

cubierta externa, dando lugar al proceso natural de eclosión, imprescindible para llevar a cabo la implantación en el útero. Algunas técnicas como la congelación embrionaria pueden aumentar esta dificultad para romper de forma natural la

membrana, siendo necesaria la intervención del médico.

Diagnóstico Genético Preimplantacional

El Diagnóstico Genético Preimplantacional (DGP) es una técnica que se lleva a cabo durante un ciclo de fecundación in vitro (FIV) y que permite detectar

alteraciones de un embrión antes de su implantación en el útero de la paciente. El objetivo de esta técnica es asegurar que el futuro bebé esté sano y se acabe con

la transmisión de una patología.

10. EN ACTIVIDADES INDUSTRIALES

Si observamos la vida desde un punto vista puramente mecanístico, podemos decir que un ser vivo es una máquina capaz de procesar una serie de compuestos (principalmente de origen orgánico) para transformarlos en energía, biomasa y otros subproductos. Lo que hace a esta máquina ser tan especial es que tanto las materias primas como los productos finales se integran en los ciclos naturales de sus componentes, (fundamentalmente carbono), de manera que no se generan residuos netos, ya que éstos son reutilizados por otros sistemas biológicos como materia prima, cerrando así el ciclo. Por otro lado, las reacciones de transformación se llevan a cabo a temperatura ambiente, en fases acuosas no tóxicas y sin necesidad de un aporte alto de energía. Todas estas características son las que la Biotecnología Industrial trata de aprovechar para la fabricación de sustancias químicas o bienes de equipo y de consumo, de manera que estos procesos tengan el menor impacto posible sobre el medio ambiente, sin renunciar a su eficacia a prestaciones. Concretamente, las soluciones aportadas por la BI (Biotecnología Industrial) consiguen mejorar los procesos industriales en los siguientes aspectos:

Beneficios de la Biotecnología

Industrial.

– Empleo de materias primas renovables, que por definición son inagotables, con la consiguiente liberación de la dependencia de fuentes fósiles tales como carbón y sobre todo petróleo.

– Aprovechamiento de desechos agrícolas, forestales o industriales, a los que se revaloriza, a la vez que se evita su acumulación o eliminación de manera tóxica y/o inútil.

– Reducción del uso de solventes orgánicos o tóxicos, con las consiguientes ventajas en cuanto a salud laboral y riesgos medioambientales.

– Reducción de la generación de residuos y subproductos (tóxicos en muchos casos), lo que conlleva a una disminución de vertidos y desechos industriales, o bien sustitución de éstos por otros de menor o ninguna toxicidad.

– Menor consumo de energía y por tanto menor emisión de gases de efecto invernadero (GEI), cuya acumulación en la atmósfera es la causante del cambio climático.

– Sustitución de fuentes de energía fósil por fuentes de origen biológico, lo que también conlleva un descenso en las emisiones netas de GEI.

En definitiva, se trata de acercar lo más posible la idea de sostenibilidad al sector industrial, es decir, poder cubrir nuestras necesidades sin comprometer la capacidad de generaciones futuras de cubrir las suyas, tal y como ocurre con los seres vivos en su estado natural.

Pero, además de estos objetivos de sostenibilidad, la BI también busca mejorar el rendimiento económico de sus productos, de manera que los costes de fabricación se reduzcan y ello repercuta en una mejora en la relación coste / beneficio. Un claro ejemplo lo constituye la industria textil: la sustitución de procesos de lavado y blanqueado de tejidos por tratamientos enzimáticos ha reducido el consumo de agua y energía un 50%, con el consiguiente ahorro económico. No obstante, a

pesar del constante progreso en investigación científico-técnica, muchos sistemas biológicos siguen siendo limitados en cuanto a su productividad o rendimiento, lo cual no ofrece ahorro, e incluso encarece, el proceso de elaboración. En estos casos, las ventajas económicas vienen derivadas de la superior calidad de los procesos biotecnológicos, ya que ahorran costes adyacentes de almacenamiento y tratamiento de residuos, eliminan la necesidad de medidas medioambientales exigidas por la legislación, y ofrecen acceso a materias primas más baratas. Estas ventajas cualitativas a menudo contrarrestan las posibles deficiencias en productividad. Por otro lado, los estándares de calidad medioambiental son un valor atractivo para el cliente, lo que aumenta la competitividad del producto en el mercado. Así, teniendo en cuenta todos los gastos de producción, tanto directos como indirectos, y los potenciales beneficios, la introducción de procesos biotecnológicos cualitativamente superiores supone un incremento en el balance económico final. Todo esto sin contar con que los niveles de calidad requeridos para ciertos productos sólo pueden ser alcanzados mediante biotecnología.

Los productos de la Biotecnología Industrial

La diversidad de procesos donde es posible incorporar soluciones

biotecnológicas hace difícil establecer un listado pormenorizado de productos que pueden fabricarse mediante Biotecnología Industrial. A continuación, se hace referencia a grandes familias de productos. Aunque muchos de ellos son productos “clásicos”, de amplio uso, también existen líneas de productos novedosos, provenientes exclusivamente de la biotecnología, que ofrecen soluciones a determinadas demandas o mejoran en competitividad a los productos existentes hasta ahora.

– Productos químicos a granel (“Bulk Chemicals”). Se consideran productos de esta categoría aquéllos cuya producción anual mundial excede las 10.000 toneladas. Tal como se ha comentado anteriormente, algunos de ellos, como acetona y butanol, se obtenían por métodos biotecnológicos hasta mediados del siglo XX. Actualmente, las modernas técnicas de Microbiología Industrial permiten aprovechar las propiedades de muchos microorganismos para sintetizar compuestos básicos tales como ácidos orgánicos, vitaminas o glicoles. Más aún, la Ingeniería Genética y Metabólica permite reprogramar el metabolismo

microbiano para maximizar la producción del compuesto de interés e incluso para dotar al microorganismo en cuestión de la capacidad para sintetizar nuevos productos o alimentarse a base de nuevos sustratos. De este modo, hoy es posible producir mediante fermentación de materias primas renovables y baratas (melazas, bagazos, almidones y otros sustratos ricos en carbohidratos) compuestos que antes tenían que ser extraídos o sintetizados químicamente. Ejemplo de ello son la vitamina C, el ácido glutámico o el ácido cítrico, muy utilizados en tecnología alimentaria. Otros productos, como el ácido succínico o el ácido adípico (precursor del nailon) también pueden ser sintetizados por microorganismos, y actualmente se estudia su producción biotecnológica a escala industrial de manera que en el futuro reemplace a la síntesis petroquímica.

– Especialidades químicas. Los productos llamados de “química fina” se caracterizan por su alta especialización funcional y su demanda en peso es más reducida que la de los productos a granel. Estas especialidades, generalmente caras, suelen constar de moléculas complejas, que incorporan varios grupos funcionales y a menudo son quirales. La síntesis química de estos compuestos es a menudo muy compleja, requiriendo muchos pasos, empleo de cantidades estequiométricas de sustratos, aditivos para protección de grupos y grandes cantidades de energía. Si además el compuesto es quiral, la productividad se reduce drásticamente, ya que sólo es útil uno de los isómeros, que suele ser difícil de seleccionar. En contraste con esto, la biocatálisis (catálisis mediada por agentes biológicos, que pueden ser enzimas o incluso microorganismos vivos que realizan todos los pasos de conversión en su interior), suele tener lugar a temperaturas cercanas a la ambiental, y además tiene una alta especificidad y selectividad enantiomérica, de manera que todo el producto sintetizado pertenece a la misma isoforma. Esto hace de la biotecnología una herramienta muy ventajosa que se está imponiendo en la síntesis de productos complejos tales como el ácido maleico (intermediario en la síntesis de tintes y otros compuestos) o los benzaldehídos (de utilidad en la fabricación de plásticos). Otros compuestos quirales fabricados biotecnológicamente son el aspartamo (edulcorante), el ácido eritórbico (antioxidante) y diversos aminoádicos como la L-lisina, utilizados como complemento nutricional en piensos.

– Enzimas. La catálisis enzimática es posiblemente la aplicación industrial más extendida de la biotecnología. Tanto es así, que los enzimas se han convertido en uno de los productos principales de la biotecnología industrial, existiendo empresas que se dedican exclusivamente a su producción y comercialización. Los

enzimas -o las enzimas- son compuestos de naturaleza proteica responsables de la biocatálisis. Gracias a ellos, reacciones bioquímicas que requerirían altas temperaturas, exceso de sustratos o presencia de solventes complejos se llevan a cabo a temperaturas cercanas a la ambiental (entre 25º C y 42º C en función del enzima y la aplicación), en medios acuosos, normalmente no tóxicos y de un modo sumamente específico y selectivo. Además, su actividad es inmediata, son fáciles de inactivar y se emplean en cantidades tan pequeñas que apenas es necesaria su eliminación... Por todo ello, los enzimas están suponiendo una auténtica revolución para ciertas aplicaciones. Su uso industrial comenzó en la década de los 80, cuando se introdujeron como agentes blanqueantes y desengrasantes en los detergentes, lo que contribuyó a la reducción de la cantidad de surfactantes artificiales, muy dañinos para el medio ambiente. Desde entonces su uso no ha hecho más que crecer. Hoy existen más de 150 enzimas de uso comercial. Sus aplicaciones cubren casi todos los sectores de la industria, desde el alimentario (pectinasas para eliminar la pulpa de los zumos, transaminasas como agentes compactantes en procesado de carnes, amilasas como mejorantes de masa panaria, galactosidasas para obtención de productos lácteos deslactosados, etc.) hasta el textil (celulasas como sustitutos del lavado “a la piedra”, lacasas y catalasa para procesos de blanqueado, pectinasas para pretratamiento del algodón, proteasas para curtido de pieles), pasando por la elaboración de papel (lacasas y xilanasas para el blanqueado).

Además de obtener y purificar los enzimas de interés de los organismos que los poseen, se han desarrollado microorganismos modificados genéticamente que pueden producir y excretar enzimas a unos ritmos tales que su producción se ha abaratado muchísimo en los últimos años. Dado que en la actualidad conocemos más de 3000 enzimas diferentes, el campo de desarrollo de la biocatálisis a nivel industrial está, sin lugar a dudas, abierto. Pero aún más apasionante: las modernas técnicas de ingeniería bioquímica permiten diseñar enzimas “a la carta”, con mayor actividad que los naturales, o con capacidad para degradar nuevos sustratos o generar nuevos productos no naturales. De este modo, la tecnología enzimática está en plena expansión, y es de esperar que en años venideros su implantación sea aún más importante de lo que lo es hoy.

– Biocombustibles. Los llamados biocombustibles o biocarburantes son, junto con los enzimas, las grandes estrellas de la Biotecnología Industrial. Un biocombustible es un combustible para motores de explosión, que se elabora a partir de materia prima de origen biológico (principalmente vegetal). Dado que las

plantas captan el CO2 de la atmósfera para su crecimiento, todo el carbono que se emite al quemar un biocombustible no es más que el que capturaron anteriormente las plantas de las que está elaborado, lo cual constituye un ciclo cerrado de carbono que no supone emisiones netas a la atmósfera (al contrario que los combustibles fósiles, cuyo carbono procede del petróleo, que es un mineral). El incremento incesante de los precios del petróleo, las especulaciones sobre la escasez de las reservas mundiales y la amenaza del cambio climático son asuntos recurrentes que desde hace varios años se abordan desde un punto de vista político a nivel nacional e internacional, con la elaboración de leyes y directivas que persiguen la disminución de las emisiones a la atmósfera de gases de efecto invernadero. En este marco, no cabe duda de que los biocombustibles juegan y jugarán un papel destacado. Actualmente existen dos biocombustibles en el mercado: el bioetanol (empleado para motores de gasolina) y el biodiesel (para motores Diesel). Ambos se emplean como mezcla en diferentes porcentajes (generalmente entre el 5% y el 20%) en gasolinas y gasóleos, aunque también es posible utilizarlos puros si se llevan a cabo ciertas modificaciones en los motores, sobre todo en los de gasolina. Los biocombustibles actuales se obtienen a partir de cosechas de diferentes semillas. El bioetanol se elabora por fermentación de los azúcares procedentes de maíz, trigo y caña de azúcar, aunque también se pueden emplear otras plantas como la remolacha. La levadura Saccharomyces cerevisiae (la responsable de la elaboración de pan, vino y cerveza) es el microorganismo que lleva a cabo la fermentación, y el etanol producido se purifica finalmente por destilación. En el caso del biodiesel, éste se obtiene por esterificación de aceites vegetales, principalmente de girasol y soja, con metanol. Dichos aceites no tienen por qué ser puros, siendo también válidos los aceites de cocina usados.

El creciente interés por los biocombustibles ha provocado que actualmente estén en plena expansión, y se espera que su producción aumente significativamente en los próximos años. Un caso paradigmático lo constituye Brasil, que desde hace más de una década ha implantado un programa nacional para el fomento del bioetanol -obtenido a partir de la caña de azúcar, de cuya producción es líder mundial- de manera que en este país todos los vehículos de gasolina pueden alimentarse también con bioetanol al 100%. El éxito del programa constituye un ejemplo mundial y demuestra el potencial de los biocombustibles para disminuir la dependencia del petróleo para la automoción. Los biocombustbles actuales, llamados de primera generación, presentan el inconveniente de que, al emplear semillas cultivadas como materia prima, su fabricación requiere el uso de fertilizantes, pesticidas y maquinaria agrícola, lo que a su vez provoca emisiones de GEI, disminuyendo el balance neto de ahorro respecto de los combustibles tradicionales. No obstante, según datos de la Comisión Europea, suponen un

ahorro medio de aproximadamente el 40% de las emisiones respecto de los combustibles fósiles, siempre que se produzcan a partir de cosechas crecidas en tierras ya cultivables. Sin embargo, el verdadero potencial de los biocombustibles viene de la mano de los llamados biocombustibles de segunda generación. Estos se obtienen a partir de residuos agrarios, forestales e industriales, empleando tecnologías más efectivas y limpias para su fabricación. La gran ventaja de esta nueva generación de biocarburantes es que se aprovecha íntegramente la biomasa, eliminando la necesidad de cultivar ciertos tipos de plantas, lo que evita problemas de competencia en el uso de la tierra respecto de cosechas para fines alimentarios. De hecho, son la paja, rastrojos y otros residuos de estas cosechas la materia prima para la síntesis del biocarburante. Los proyectos más vanguardistas incluso se plantean utilizar residuos urbanos como fuente de carbono. Esto aumentará el ahorro neto de emisiones respecto de los combustibles convencionales a más de un 90%, además de reducir los costes de elaboración, haciendo al producto más competitivo. Se espera que para el año 2012 la obtención de bioetanol a partir de material lignocelulósico (basada en una combinación de enzimas optimizados y microorganismos modificados genéticamente) sea ya una realidad a escala industrial. Del mismo modo, también existen nuevas tecnologías para la fabricación de biodiesel a partir de fuentes alternativas de carbono, como glicerina (subproducto a su vez de la actual industria del biodiesel), o biomasa de distintos tipos, además de incorporar enzimas para el proceso de esterificación, y otras alternativas para evitar la utilización de metanol.

Más allá de la automoción, el biogás (hidrocarburos gasificados procedentes de la descomposición de materia orgánica de origen biológico), se perfila como uno de los combustibles para calefacción del futuro, además de otras propuestas, como el biobutanol (obtenido por fermentación de carbohidratos). También la biomasa de diversos orígenes, convenientemente triturada y seca, constituye un excelente combustible para hogares e industrias, y ya hay factorías que se nutren de ella para su funcionamiento. Así, la Biotecnología Industrial nos abre las puertas de una transición de la energía de origen fósil a la bioenergía, renovable, barata y más respetuosa con el medio ambiente.

– Biomateriales. Los materiales sintetizados a partir de material biológico, o utilizando metodologías basadas en sistemas biológicos (los llamados “biomateriales”) son tal vez los productos más novedosos de la Biotecnología Industrial, y donde existe más campo abierto para la investigación y la experimentación. Se trata de materiales aptos para diversas aplicaciones (desde construcción a juguetería) que pueden sustituir a los plásticos y otros materiales

derivados del petróleo, manteniendo, y a menudo mejorando, sus características y prestaciones. Los biomateriales más desarrollados hasta el momento son polímeros producidos por microorganismos o plantas o derivados de éstos, como alternativa a los plásticos. Sus propiedades son similares a las de los plásticos convencionales (poliésteres, propilenos o gomas), con la ventaja de que son totalmente biodegradables, pues pueden ser fácilmente descompuestos por bacterias tanto en el suelo como en el agua. Además, en su fabricación se ahorran hasta un 80% de las emisiones de gases tóxicos. Ejemplos de estos “bioplásticos” son los fabricados a base de almidón (generalmente de maíz), o el polihidroxibutirato, sintetizado por ciertas bacterias a partir de glucosa. Otra aproximación consiste en sintetizar los monómeros mediante procesos biológicos, para luego obtener el polímero, como en el caso del ácido hidroxipropanoico y el ácido poliláctico, del que se obtiene una fibra que ya se utiliza industrialmente en procesos tan diferentes como la elaboración de envases o la fabricación de automóviles. Otro bioplástico de notable éxito comercial es un polímero derivado del 1,3-propanodiol, cuyo monómero se obtiene por biotransformación del almidón mediante bacterias genéticamente modificadas. La nueva fibra, además de su origen no contaminante, posee unas características muy notables en cuanto a resistencia y suavidad, y actualmente se utiliza en la elaboración de moquetas y espumas para colchones.

Más allá de los bioplásticos, la biotecnología nos ofrecerá, dentro de pocos años, una serie de materiales de características y prestaciones mucho más avanzadas que los materiales que conocemos hoy. Las fibras textiles a base de seda de araña ya son una realidad en los laboratorios de más de una empresa de base biotecnológica. La seda de araña es uno de los materiales más resistentes, flexibles y ligeros que se conocen. Es cinco veces más fuerte que el acero, y a la vez seis veces más ligero. Su elasticidad es tal que se dice que una tela de araña cuyas fibras tuvieran el grosor de un dedo podría detener un avión de pasajeros en pleno vuelo sin romperse. Ya existen gusanos de seda transgénicos cuya seda se asemeja a la de la araña, e incluso cabras que producen la proteína de esta seda en su leche. El tejido a base de seda de araña promete revolucionar el campo de la ropa y material deportivo y militar (un chaleco antibalas de seda de araña sería tan ligero y flexible como uno de nailon), así como el de las suturas quirúrgicas. Y en la trastienda de muchos laboratorios existen aplicaciones experimentales más sorprendentes aún, como las baterías a base de virus (más pequeñas y eficientes que las actuales, y carentes de litio y otros materiales contaminantes), las bombillas de fibra de DNA, cinco veces más duraderas que las de tungsteno, e incluso un teléfono móvil flexible que incorpora un material derivado de la insulina. Estos productos, híbridos de la biotecnología y la nanotecnología, no tardarán en inundar nuestros mercados en cuanto se consigan

producir a precios asequibles y en cantidades suficientes, lo cual, en opinión de muchos, no es más que cuestión de tiempo.

Impacto económico de la Biotecnología Industrial

Ni que decir tiene que la Biotecnología Industrial está ejerciendo un impacto creciente en muchos sectores industriales, y se prevé que en el futuro este impacto sea sumamente mayor. La utilización de enzimas y biosurfactantes en la fabricación de detergentes, una de las primeras aplicaciones biotecnológicas, ya es de uso general, al igual que el empleo de enzimas y sustancias de origen biológico, obtenidas por fermentación, en la industria alimentaria. Otro de los sectores que más ha incorporado las técnicas biotecnológicas es el textil. Actualmente procesos como el lavado “a la piedra”, el aclarado de colores, y los tratamientos de suavizado y blanqueo de telas se pueden llevar a cabo mediante enzimas, lo que reduce entre un 50% y un 80% el consumo de agua y el empleo de agentes químicos, además de disminuir un tercio el tiempo de procesado. Similares ventajas se obtienen en la industria papelera, en la cual el blanqueo enzimático de la pasta de papel es un proceso que comienza a ser habitual.

Para hacernos una idea de la incidencia en el mercado de los productos biotecnológicos, podemos dar algunas cifras. Por ejemplo, el valor añadido bruto de la producción y aplicaciones industriales de los enzimas ascendió en 2005 a 685 millones de euros, sólo en la Unión Europea (Europa es líder mundial en la producción de enzimas de uso industrial, con casi un 80% de la producción total). A escala mundial, las cifras son realmente impactantes. La producción de compuestos químicos derivados de la biotecnología en 2002 fue de más de 2,7 millones de toneladas. En 2005 el valor de mercado de estos compuestos se cifró en 50000 millones de Euros (ME), lo que equivale a un 7% de la producción total, y se espera que en 2010 supere los 80000 ME (el 10% de la producción). Pero las

cifras más abrumadoras se las llevan los biocombustibles, sector que se encuentra en su “edad de oro”: en 2002, el bioetanol (cuya producción es muy mayoritaria frente al biodiesel) alcanzó una producción de 26 millones de toneladas, y el valor de mercado de biocombustibles en 2005 era de 14000 ME. Y esto es sólo el comienzo. Las reglamentaciones previstas, o ya en aplicación, para paliar el aumento de emisiones de GEI, establecen valores mínimos de empleo de biocombustibles (en la UE se espera una sustitución del 10% del total de combustibles en 2020), que garantizan un impulso al sector para los próximos 5 o 10 años. Finalmente, los bioplásticos, aun siendo un sector poco maduro, tampoco se quedan atrás. Actualmente se producen 100.000 toneladas anuales de acrilamida empleando catálisis enzimática en lugar de química, 288.000 toneladas de ácido poli-láctico y unas 90.000 toneladas de polímeros derivados del 1,3-propanodiol. El amplio abanico de sectores industriales que emplean estos biopolímeros permite pronosticar una expansión de este mercado que vendrá de la mano de los bajos costes de producción y de los beneficios medioambientales que se consigan (además de los beneficios económicos que se derivan de ellos)

Futuro y retos de la Biotecnología Industrial

Si bien es cierto que todos los aspectos comentados hacen prever un futuro floreciente para la Biotecnología Industrial, no es menos cierto que, exceptuando algunos casos ya expuestos, ésta se encuentra aún lejos de su consolidación en el tejido industrial y económico internacional. No hay que olvidar que se trata de una tecnología relativamente joven que tiene que competir con un modelo industrial basado en el petróleo, que ha tenido casi un siglo de evolución y mejora. De hecho, la fabricación de biocombustibles ó bioplásticos no es, hoy por hoy, un proceso barato en comparación con su equivalente petroquímico. Los progresos en ciencia y tecnología irán aportando soluciones a los problemas técnicos existentes, además de descubrir nuevas aplicaciones industriales para los procesos biológicos. Por lo tanto, para garantizar el éxito de la Biotecnología Industrial es fundamental una apuesta decidida por la I+D que deberá centrarse en dos aspectos. Primero, la elaboración de planes de inversión a corto y medio plazo tanto desde el sector público como desde el privado, y el establecimiento de colaboraciones bien asentadas y coordinadas entre organismos públicos de investigación e industria. Segundo, la formación de profesionales que combinen el conocimiento puramente científico o académico con una visión práctica de la realidad industrial y empresarial, y la planificación de una carrera profesional con expectativas a largo plazo y salarios competitivos, huyendo de la volatilidad y temporalidad de los planes de contratación de personal científico existentes hoy en día. Por otra parte, e independientemente de estas medidas, existen también

otros factores de los que dependerá la plena expansión de los procesos industriales basados en biotecnología, que se comentan a continuación:

– Coste de las materias primas. El tremendo éxito de la industria de los productos derivados del petróleo, se ha debido principalmente a su abundancia y, hasta los años 70, a su bajo coste. Aún hoy, cuando el precio del crudo marca máximos históricos, sus productos derivados siguen estando al alcance de casi todos: seguimos llenando el depósito de nuestro coche, y el plástico sigue siendo uno de los materiales más baratos, con precios muy por debajo de los de la madera o el acero, por poner dos ejemplos. Sin embargo, sabemos que no es un recurso infinito, y que tarde o temprano empezará a escasear, máxime cuando la demanda sigue aumentando año tras año. Esto, unido a la especulación por parte de los países productores y su inestabilidad política, hace que los precios del petróleo sean muy volátiles. De hecho, el petróleo se ha encarecido un 250% en los últimos cinco años. Sin embargo, productos como el maíz, el trigo, la soja o la caña de azúcar se muestran mucho menos volátiles en los mercados. A pesar del reciente incremento de su precio, las diferencias con el precio del crudo no han hecho más que aumentar. Por otro lado, aunque los cultivos están sometidos a variaciones en la climatología y disponibilidad de tierra cultivable, se trata de recursos renovables y que pueden obtenerse de manera mucho más repartida a nivel mundial, y por tanto no es previsible una desestabilización de precios tan acusada como la del petróleo. Esto hace que los procesos basados en biotecnología comiencen a ser más atractivos que los basados en la transformación del petróleo.

– Coste de fabricación. La implantación a nivel industrial de un bioproceso implica, en muchos casos, la dotación de infraestructuras y equipamiento específico y la puesta a punto del proceso, lo que exige una inversión que puede ser muy elevada. Esto no es necesario en la industria petroquímica tradicional ya consolidada. Sin embargo, superados estos obstáculos, el coste de producción es, en función del proceso, significativamente menor. Ya hemos hablado del ahorro en agua y energía que ha supuesto la introducción de enzimas en la industria textil. Basten otros dos ejemplos para ilustrar este punto: el blanqueo de la pasta de papel mediante tratamientos enzimáticos ahorra hasta un 40% de energía, y la producción biotecnológica de vitamina B2, disminuye el consumo de agua hasta casi un 70%. Como ya se ha dicho, la biocatálisis reduce el consumo energético de procesos que requieren altas temperaturas, y lo mismo puede decirse del empleo de solventes orgánicos o catalizadores químicos, generalmente más caros que el agua y los enzimas. Desde esta perspectiva, los procesos biotecnológicos tenderán a imponerse si el ahorro en la fabricación permite amortizar la inversión necesaria en infraestructuras y puesta a punto en un plazo razonable.

– Generación de residuos. La industria gasta cientos de millones de euros anuales en sistemas de almacenamiento y tratamiento de residuos, así como de captura de gases tóxicos. La gestión de residuos y el cumplimiento de las normativas medioambientales existentes en los distintos países son un punto importante a la hora de calcular la rentabilidad económica de un producto, y también de fijar su precio. Las políticas gubernamentales en materia de control de la contaminación son cada vez más restrictivas, de manera que en los próximos años muchos procesos biotecnológicos que hoy no son rentables, terminarán por imponerse como único modo económicamente viable de adecuación a las exigencias de protección del medio ambiente. Esta situación la tenemos a la vuelta de la esquina: la implantación del comercio de derechos de emisión de GEI, establecida por la Unión Europea como mecanismo para el cumplimiento de los compromisos del Protocolo de Kyoto, ya ha entrado en su segunda fase y para 2012 el mercado de derechos de emisión será ya una realidad. De este modo el ahorro en emisiones de GEI será un mecanismo extra de rentabilidad económica por parte de las empresas, y por tanto un motor para la consolidación de muchos procesos de Biotecnología Industrial.

– Aceptación por el consumidor. El aumento de las restricciones en política medioambiental viene determinado por una preocupación cada vez más notoria en la opinión pública respecto al cambio climático y al deterioro medioambiental. No obstante, no está claro que esta postura predisponga al consumidor a pagar más por un producto sólo por el hecho de que éste quede catalogado como “verde”, “renovable” o “limpio”. Es necesario que aquél se asegure de que la eficacia del bioproducto es la esperada o, al menos, la misma que la del producto “clásico” correspondiente. Cuando esta equivalencia existe, el producto derivado de la Biotecnología Industrial puede entrar en el mercado y competir, del mismo modo que las llamadas “marcas de calidad” o “primeras marcas” compiten con las “marcas blancas”, ofreciendo en sus productos, a cambio de precios ligeramente mayores, un carácter de superioridad en calidad, eficacia o novedad. En el caso de los productos biotecnológicos, ese carácter se basa, como es lógico, en sus beneficios medioambientales. Por otra parte, no hay duda de que ante una equivalencia de calidad y también de precio, el cliente se decantará mayoritariamente por el producto “verde”.

10b. FABRICACION ARTESANAL DE LA CERVEZA

Mezcla de grano. Esta etapa consiste en la mezcla en seco de los diversos granos malteados o no que intervienen en la receta. La proporción de los constituyentes define el perfil del grano, el color y la transparencia de la cerveza.

Inicio de maceración. Se tira el grano al agua a una temperatura de 67ºC.

Maceración. Es necesario someter la mezcla anterior a una serie de operaciones destinadas a activar diversas enzimas que reducen las cadenas largas de azúcares en otras más simples y fermentables. Principalmente, se trata de hacer pasar la mezcla por diversas etapas más o menos largas de temperatura, cada etapa siendo óptima para enzimas diferentes.

Final de maceración. Cuando el elaborador considera que la mezcla contiene todos los elementos necesarios para su receta, detiene todas las operaciones químicas llevando dicha mezcla a la temperatura de 82ºC, lo que destruye todas las enzimas.

Filtrado. Es preciso retirar el grano de la mezcla. Esto se hace por filtraje. El resultado es de una banda el mosto, un líquido que contiene todo aquello que el elaborador ha extraído del grano y que se encuentra disuelto en agua, y de otra banda el grano sobrante que normalmente se utiliza para alimentar a los animales.

Cocción y adiciones de lúpulo. El elaborador somete el mosto a una cocción de entre un cuarto de hora y dos horas. Esta cocción sirve principalmente para destruir todos los microorganismos que hayan podido introducirse en el mosto. Tiene también otras funciones técnicas como ahora el control del pH del mosto, etcétera. Durante esta etapa se introducen los lúpulos. Los que aportan principalmente amargor se añaden al principio mientras que los aromáticos entran al final de la etapa, ya que sus principios son volátiles. Acabada esta operación, se procede a retirar los restos de lúpulo. En este momento, el mosto es un caldo de cultivo que podría infectarse rápidamente.

Refrigeración. Al no poderse inocular la levadura a temperaturas más altas que 35ºC, y para evitar que cualquier otro microorganismo entre en el mosto, se enfría lo más rápidamente posible.

Inoculación de la levadura. El elaborador introduce el cultivo de la levadura que él mismo ha desarrollado o que ha obtenido en un banco de levadura.

Fermentación. La levadura primero se reproduce muy activamente consumiendo el oxígeno contenido en el mosto. Es la etapa espectacular en la que se puede ver una gran cantidad de espuma y un importante burbujeo. Cuando se acaba el oxígeno, la levadura empieza a consumir el azúcar y lo transforma en alcohol y anhídrido carbónico. Estas etapas pueden durar entre una y tres semanas. Al final de este tiempo las cervezas Lager (de baja fermentación) industriales son filtradas, pasteurizadas, envasadas con un añadido de Co2 y distribuidas.

Segundas fermentaciones. Las cervezas más artesanas son envasadas con adiciones de azúcar (o de mosto) y de levadura fresca. Esto provoca una segunda fermentación en la botella, responsable de la efervescencia de la cerveza.

Maduración. Normalmente, las mejores cervezas reciben un tiempo prudencial de maduración en ambientes controlados para favorecer la segunda fermentación y el desarrollo adecuado de gustos y aromas. El tiempo de maduración puede ir de dos semanas a tres meses. Algunos tipos de cerveza ya hechos para ser madurados durante mucho tiempo pueden ser sometidos a maduraciones de hasta tres años

11. TODO PARA EL MEDIO AMBIENTE

La biotecnología ambiental es empleada y usada para perfeccionar las tecnologías sobre el entorno natural y terrestre y para las mejoras de los suelos, también puede implicar tratar de aprovechar un proceso biológico para usos comerciales y de la explotación y el uso de microorganismos en procesos ambientales que se encuentra desde el siglo XIX. Hacia finales de 1950 y principios de 1960, cuando se descubrió la estructura y función de los ácidos nucleicos, se puede distinguir entre biotecnología antigua tradicional y la biotecnología de segunda generación, la cual, en parte, hace uso de la tecnología del ADN recombinante.

La Sociedad Internacional Biotecnología Ambiental define a la biotecnología ambiental como el desarrollo, uso y regulación de sistemas biológicos para la remediación de entornos contaminados como tierra, aire, agua y para procesos amigables con el entorno natural de las tecnologías verdes y el desarrollo sustentable.

Área de Biotecnología Ambiental

Esta área desarrolla sus investigaciones en

Digestión anaerobia para el tratamiento de residuos agroindustriales.

Decoloración biológica de efluentes.

Tratamiento aerobio y biorremediación de aguas y suelos impactados con hidrocarburos.

Beneficios

Alimentos con más vitaminas, minerales y proteínas, y menor contenido en grasas.

Cultivos más resistentes al ataque de virus, hongos insectos sin la necesidad de emplear productos químicos, lo que supone un mayor ahorro económico y menor daño al medio ambiente.

Mayor tiempo de conservación de frutas y verduras.

Cultivos tolerantes de la sequía y estrés.

Medidas

Debidas a estas situaciones se tomaron medidas para estas situaciones motivaron que organizaciones de consumidores y ecologistas pidieran que los productos elaborados con plantas transgénicas lleven la etiqueta correspondiente. Esta petición fue concedida con la aprobación el 15 de Mayo de 1997 del Reglamento CE nº 258/97 sobre nuevos alimentos y nuevos ingredientes alimentarios aprobado por el Parlamento Europeo y el Consejo de la Unión Europea el 27 de Enero de 1997.

En principio este Reglamento consideraba fuera de su aplicación a los productos derivados de la soja y maíz transgénicos, cuya comercialización había sido permitida con anterioridad, el 26 de Mayo de 1998 se aprobó el Reglamento nº1139/98/CE del Consejo por el que se exige el etiquetado de los alimentos e ingredientes alimentarios fabricados, total o parcialmente, a partir de maíz y de semillas de soja modificados genéticamente.

Sin embargo esta regulación es muy necesaria, ya que calmará, en cierto modo la alarma social existente en torno a las plantas y alimentos transgénicos. La sociedad conocerá poco a poco las características de estos productos y su temor ya no podrá basarse en el desconocimiento y temor a lo desconocido y novedoso, pudiendo entonces, aceptarlos o rechazarlos.

Aplicaciones de la Biotecnología ambiental

Cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural. La biorremediación puede ser empleada para atacar contaminantes específicos del suelo, por ejemplo en la degradación bacteriana de compuestos organoclorados o de hidrocarburos.

Inconvenientes de la Biotecnología en general

Las desventajas que presenta la aplicación de la biotecnología se pueden clasificar en dos grupos: Riesgos ambientales y los efectos en la salud humana.

Riesgos ambientales

Posibilidad de una polinización cruzada, es decir, el polen de cultivos genéticamente modificados llega a cultivos dónde no se ha intervenido el material genético. Esto podría traer consigo el surgimiento de una maleza agresiva que trastorne el equilibrio del ecosistema.

Uso de cultivos genéticamente modificados, cuyos genes produzcan toxinas insecticidas como el bacillus thuringiensis. Esto puede generar el surgimiento de poblaciones de insectos que invadan los cultivos. También puede perjudicar a la fauna del lugar, como a las mariposas o aves si consumen estas plantas infectadas.

Riesgos para la salud humana

Trasferencia de toxinas o compuestos alergénicos al consumir alimentos infectados, lo que puede traer consigo reacciones alérgicas en las personas.

Riesgo de que virus o bacterias con el material genético modificado escapen de los laboratorios e infecten a la población humana o animal.

El consumo excesivo de alimentos transgénicos puede traer consigo a largo plazo mutaciones en algunas células humanas.

Sus investigadores analizaron el efecto de los pimientos y los tomates transgénicos en ratas de laboratorio, comparando el peso y el estado de los mismos con los de otros no alimentados, y no observaron diferencias significativas.

La creación o elaboración de este tipo de alimentos depende del nivel de desarrollo del país, de los intereses políticos del mismo y del grado de presión que ejerzan las grandes industrias privadas del sector. Hay un gran debate en torno a la conveniencia o no de este tipo de organismos.

Hay quien asegura que estos alimentos ponen en peligro la salud humana, provocando la aparición de alergias insospechadas. Se han citado casos de alergia producida por soja transgénica manipulada con genes de la nuez de Brasil o de fresas resistentes a las heladas por llevar incorporado un gen de pescado un pez que vive en aguas árticas a bajas temperaturas. En este caso, las personas alérgicas al pescado podrían sufrir una crisis alérgica al ingerir las fresas transgénicas.

Desarrollo sostenible

El ámbito del desarrollo sostenible puede dividirse conceptualmente en tres partes: ambiental, económica y social. Se considera el aspecto social por la relación entre el bienestar social con el medio ambiente y la bonanza económica.

Deben satisfacerse las necesidades de la sociedad como alimentación, ropa, vivienda y trabajo, pues si la pobreza es habitual, el mundo estará encaminado a catástrofes de varios tipos, incluidas las ecológicas. Asimismo, el desarrollo y el bienestar social, están limitados por el nivel tecnológico, los recursos del medio ambiente y la capacidad del medio ambiente para absorber los efectos de la actividad humana.

Ante esta situación, se plantea la posibilidad de mejorar la tecnología y la organización social de forma que el medio ambiente pueda recuperarse al mismo ritmo que es afectado por la actividad humana.

Reflexión 1

Reflexión llevada a cabo en el mundo desarrollado a lo largo de la primera mitad de los ochenta, asume la coexistencia de dos definiciones. La primera de ellas cobija bajo el término biotecnología al conjunto de técnicas que utiliza organismos vivos (o parte de ellos) para obtener productos o modificarlos, mejorar plantas o animales, o para desarrollar microorganismos con fines bien determinados. Esta definición abarca tanto los nuevos instrumentos biológicos como los métodos tradicionales de selección genética que desde los albores de la civilización humana se vienen aplicando, en genética o del conocimiento bioquímico o fisiológico para la mejora de productos agrícolas, ganaderos o de fermentación. La segunda definición, más acotada, concierne a la nueva biotecnología que ha empezado a aplicar con fines comerciales las técnicas del ADN recombinante, la fusión celular y nuevos procesos de bioingeniería.

Esta precisión es absolutamente imprescindible para acometer un debate racional sobre los usos, con sus ventajas e inconvenientes, de la biotecnología.

El debate sobre la biotecnología y su empleo en un determinado sector de la economía debe incorporar una visión analítica retrospectiva en la que se contemple lo que esa tecnología, en la primera acepción, ha supuesto en ese sector o en un determinado campo de aplicación y cuáles son los eventuales beneficios o problemas que su aplicación ha supuesto, aproximación analítica que se enriquezca a su vez, con la orientación comparativa que ponga de relieve las ventajas o inconvenientes que surgen con la utilización específica de métodos o técnicas propias de la nueva biotecnología.

Reflexión 2

La biotecnología es ciertamente un tópico científico importante. Durante las últimas décadas ha contribuido a la transformación de muchos aspectos de la industria química, de la agricultura y la medicina - una transformación que ha salido del laboratorio a su aplicación práctica con notable rapidez - La biotecnología no es nueva: sus orígenes como he reflejado en el apartado 1.2, se remontan en los albores de la historia de la humanidad.

En términos generales, el hombre no está satisfecho con la productividad de los organismos en su estado silvestre, por consiguiente, se requiere el mejoramiento, para realizar un cambio permanente en la composición hereditaria del organismo con el fin de aumentar la productividad del producto deseado. Históricamente, el cruzamiento ha sido factor limitante en el mejoramiento de organismos, porque los métodos convencionales son lentos y empíricos, y se efectúan por ensayo y error. La posibilidad que ofrece la biotecnología es que presenta sistemas radicalmente novedosos para alterar y modificar las propiedades genéticas de los organismos en una forma totalmente dirigida.

Esta capacidad ha dependido de los descubrimientos y avances de las técnicas de biología molecular de mayor conocimiento del ADN como material de la herencia, del código genético, de los métodos de leer el mensaje genético por secuenciación de los genes, del uso de las enzimas de restricción por las cuales es posible cortar y unir fragmentos de ADN en una forma dirigida y deliberada.

Los organismos utilizados hoy en día en biotecnología pueden ser complejos como el ganado vacuno, o tan simples como las levaduras utilizadas para la producción de cerveza o el pan. Aún microorganismos simples son muy valiosos porque suministran drogas que incluyen los antibióticos como la estreptomicina y la penicilina, así como otros productos químicos complejos que se podían obtener por síntesis en el laboratorio, pero a un costo mucho mayor y con más dificultad.

Bibliografía

https://es.wikipedia.org/wiki/Biotecnolog%C3%ADa

https://es.wikipedia.org/wiki/ADN_recombinante

http://www.agrobiomexico.org.mx/index.php?option=com_k2&view=item&id=93:organismos-geneticamente-modificados&Itemid=22

http://www.monografias.com/trabajos82/biotecnologia-y-sus-aplicaciones/biotecnologia-y-sus-aplicaciones.shtml

Biotecnología

La Biotecnología es una disciplina que se basa en la aplicación de organismos, componentes o sistemas biológicos para la obtención de bienes y servicios; también se les llaman así a las técnicas de manipulación de genes.

Anexos

Esta disciplina se apoya en otras ciencias como: la microbiología, bioquímica, genética, biología celular, química, informática, entre otras. Su campo de utilidad es muy grande ya que gracias a esto se ha logrado obtener diversos productos; antibióticos, vacunas, mejorar los procesos de obtención de alimentos y bebidas, así como tratamientos de residuos urbanos, agrícolas e industriales.

Maíz transgénico.