tema 1 aspectos_basicos (2)
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BIOTECNOLOGIABIOTECNOLOGIA
OBJETIVOS
El alumno analizará y diferenciará los conceptos de Biotecnología, Bioingeniería Y Fermentación El alumno conocerá cuál ha sido el desarrollo de la Biotecnología, así como su perspectiva de crecimiento.El alumno conocerá la importancia de los microorganismos en los procesos biotecnológicos industriales El alumno analizará las características de un microorganismo para ser candidato a emplearse en procesos industriales
En términos generales, la Biotecnología se puede definir como un conjunto de técnicas en que se utilizan organismos vivos, partes de ellos o moléculas derivadas de organismos vivos para fabricar o modificar productos. además, comprende aquellas técnicas de modificación genética de variedades de plantas, animales o microorganismos para su utilización con un propósito específico.
Definición de la Biotecnología
La Biotecnología es una actividad multidisciplinaria que comprende la aplicación de los principios científicos y de la Ingeniería al procesamiento de materiales por agentes biológicos para proveer bienes y servicios.
Agentes biológicos: células microbianas, animales, vegetales y enzimas.
Bienes: cualquier producto industrial relacionado con alimentos, bebidas, productos medicinales, etc.
Servicios: purificación de aguas y tratamiento de efluentes.
BIOTECNOLOGIA
MICROBIOLOGIA
BIOLOGIA MOLECULAR
GENETICA BIOLOGIA CELULAR INGENIERIA
QUIMICA
BIOQUIMICA
INDUSTRIAFARMACEUTICA
MEDIO AMBIENTE
INDUSTRIAQUIMICA
DIAGNOSTICOMEDICO
AGRICULTURA
FERMENTACIONES
INDUSTRIA ALIMENTICIA
La Microbiología Industrial puede definirse diciendo que es la parte de la Microbiología que se ocupa de las aplicaciones industriales de los microorganismos
MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL
Dentro de la Biotecnología, la BIOINGENIERIA se relaciona con la utilización de reactores y procesos, donde mediante el uso de organismos se generan productos de interés para el hombre (antibióticos, alimentos, bebidas, enzimas, productos industriales obtenidos por fermentación, cultivos celulares).
BIOINGENIERIA
BIOINGENIERIA
En el sentido más amplio de la palabra BIOINGENIERIA, se entiende EL DISEÑO Y DISPOSITIVOS QUE IMITAN O SE INSPIRAN EN “INVENTOS DE LA VIDA”
BIOTECNOLOGIA
MICROBIOLOGIA
BIOLOGIA MOLECULAR
GENETICA BIOLOGIA CELULAR
BIOQUIMICA
INDUSTRIAFARMACEUTICA
MEDIO AMBIENTE
INDUSTRIAQUIMICA
AGRICULTURA
FERMENTACIONES
INDUSTRIA ALIMENTICIA
BIOINGENIERIA
FERMENTACIONTradicionalmente se ha utilizado la palabrafermentación en Biotecnología para describir los procesos de cultivo de microorganismos con propósitos industriales. Sin embargo, no hay que confundir esta utilización del térmico con el proceso bioquímico de fermentación consistente en la regeneración del poder reductor (NADH) por un procedimiento no oxidativo
¿Dónde interviene la BIOINGENIERIAen un Proceso de Fermentación?
UP STREAM
BIOREACTOR
DOWN STREAM
Agitación, calentamiento, esterilización
Aireación, agitación, calentamiento,esterilización, régimen de operación.ETAPA DE FERMENTACION
Separación, purificación, tratamientode efluentes
CRONOLOGIA - PRODUCTOS
ERA PRE-PASTEUR (Antes de 1865)Vino, cervezaQueso, yogurtOtros productos fermentados
ERA PASTEUR (1865-1940)Etanol, butanol, acetona, glicerolAcido cítricoTratamiento aerobio de aguas residuales
ERA ANTIBIOTICOS (1940-1960)Penicilina (Fermentación sumergida)Gran variedad de antibióticosVacunas para virus Transformación microbiana de esteroides
CRONOLOGIA - PRODUCTOS
ERA POS-ANTIBIOTICOS (1960-1975)AminoácidosProteína unicelularEnzimas (detergentes)Tecnología de inmovilización, enzimas y células(glucosa isomerasa)Tratamiento anaerobio de aguas residuales (biogas)Polisacáridos bacterianos (xantana)Gasol
ERA DE LA NUEVA BIOTECNOLOGIA (1975- )Tecnología del hibridoma (Anticuerpos monoclonales)Pruebas de diagnóstico con monoclonales (1980)Ingeniría genética (1974)Insulina humana (1982)
EJEMPLOS DE PRODUCTOS BIOOTECNOLOGICOS
Impacto en la Agricultura
Jitomate con mayor vida de anaquel(FlavrSavr Tomato)
Soya resistente a herbicidas(Roundup Ready Soybean)
Plantas resistentes a insectos
Arroz con un mayor contenido de vitamina A(Golden Rice)
Quimosina transgénica
Source: Chr. Hansen
Enzima usada en productos lácteosGen de levaduraCultivada de bacteria modificada genéticamente
Reemplaza a la enzima de los terneros
Source: Rent Mother Nature
Incrementa producción de lecheGen de vacaCultivada de bacteria modificada genéticamenteReemplaza proteína recuperada de glándulaspituitarias de la matanza de vacas
bST (Somatropina bovina)
Productos transgénicos de bacterias y animales
Aplicaciones ambientales
Biorremediación
Indicador de bacteria
Limpieza de sitios contaminadosUso de microbios diseñados para degradarla contaminación
Detección de contamination en el medio ambienteMicrobios sensibles a ciertos contaminantes
Biotecnología y Salud
Producto Uso
Insulina Diabetes
Interferon Cancer
Interleucina Cancer
Hormona humana del crecimiento
Dwarfismo
Proteínas neuroactivas Dolor
¿Qué es la Biofarmacia?Definición
Crecimiento de cultivos transgénicos de plantas que expresan Productos farmacéuticos
Ejemplos:DrogasAnticuerposProteínas
Reducción de costos• Sistema animal: 1000 - 5000 USD/g proteína• Sistema vegetal: 1 – 10 USD/g proteína
Source: The Roanoke Times, 2000
Vacunas – Un sueño de la BiofarmaciaVegetales serviendo a las necesidades de salud humana
• Un gen de proteína patógena se clona• SE inserta el gen en el AND de una planta (papa, plátano, jitomate)• El humano se come la planta• El cuerpo produce anticuerpos contra la proteína patógena• El humano está “inmunizado” contra el patógeno• Ejemplos:
DiarreaHepatitis BSarampión
Caída de dientes
Salud en el futuro-relacionada con la Biotecnología
VacunasHerpeshepatitis CSIDAmalaria
Streptococcus mutans, bacteria bucallibera ácido láctico que destruye el esmalte
Streptococcus mutans modificado que nolibera ácido láctico
¿ Qué etapas se necesitan para generar un producto farmacéutico utilizando Biotecnología?
IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS
PROCESOS INDUSTRIALES
¿Por qué es importante un microorganismo en un proceso
industrial?
¿Qué ventaja representa?
IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES
Elaboran productos que no se obtienen por otros métodos o se obtienen con mas dificultadRepresentan sistemas catalíticos sofisticados capaces de operar a condiciones normales de presión de temperatura (1 atmósfera y temperatura ambiente).Se pueden manipular en fermentadoresSe pueden mejorar genéticamente
Elaboran productos que no se obtienen por otros métodos o se obtienen con mas dificultadRepresentan sistemas catalíticos sofisticados capaces de operar a condiciones normales de presión de temperatura (1 atmósfera y temperatura ambiente).Manipulación en fermentadores a nivel industrialMejoramiento genético o adquisición de ciertas capacidades metabólicas (Biología Molecular)
IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES
Procesos limpios y soluciones a problemas de impacto ambientalProducen compuestos que inhiben el crecimiento de microorganismos patógenosEnriquecen el valor nutritivo de los alimentos y ayudan a su conservación.
IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES
REQUISITOS DE UN MICROORGANISMO A SER
EMPLEADO EN UN PROCESO INDUSTRIAL
REQUISITOS DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES
El éxito o fracaso de un proceso fermentativo comienza con el microorganismo utilizado, en la elección del mismo se deberían tener en cuenta:
1. La cepa a utilizar debe ser genéticamente estable.
2. Su velocidad de crecimiento debería ser alta.
3. La cepa debe estar libre de contaminantes, incluidos fagos.
4. Sus requerimientos nutricionales deberían ser satisfechos a partir de medios de cultivo de bajo costo.
REQUISITOS DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES
El éxito o fracaso de un proceso fermentativo comienza con el microorganismo utilizado, en la elección del mismo se deberían tener en cuenta:
5. Debe ser de fácil conservación por largos períodos de tiempo, sin pérdida de sus características particulares.
6. Debería llevar a cabo el proceso fermentativo completo en un tiempo corto.
7. Si el objetivo del proceso es un producto, éste debería ser de alto rendimiento y de fácil extracción del medio de cultivo.
¿Cuál microorganismo seleccionaría? ¿Porqué? ¿Cómo lo aislaría?
Efecto de la concentración del sustrato sobre la velocidad específica de crecimiento de dos organismos A y B