Biotecnología y sus aplicaciones
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.
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.
Procesos microbiológicos
La mayoría
de las veces se piensa que las bacterias son microorganismos peligrosos que
causan enfermedades, pero se conoce que hay
microorganismos benéficos que peligrosos. Algunos de ellos se desarrollan en
nuestro organismo, como la flora intestinal, las cuales nos proporcionan vitaminas; en la producción de alimentos como queso, yogurt y en
productos químicos como en los antibióticos, vacunas, etc.
Un proceso microbiológico son aquellos estudios que
se llevan a cabo en el laboratorio, utilizando
bacterias, seleccionando aquellas que pueden ser útiles, o en otro caso es la
obtención de cepas mejoradas.
En estos
procesos microbiológicos se encuentra lo que es el cultivo de bacterias, la
fermentación y la producción de antibióticos.
CULTIVO DE BACTERIAS
Para el
aislamiento, estudio y clasificación de los microorganismos, es necesario
utilizar un medio de cultivo en que se dispongan de las sustancias orgánicas e
inorgánicas necesarias indispensables para el normal desarrollo de su metabolismo.
En estos medios las bacterias pueden desarrollarse, manifestar sus propiedades
bioquímicas; para que la bacteria pueda lograr su desarrollo es importante que el cultivo contenga sustancias
nutritivas, un pH adecuado, estar esterilizado y protegido de contaminación.
Estos
cultivos, según su estado físico pueden ser sólidos o líquidos, y a su vez también
se clasifican en según su composición química, su estado físico o según su
utilización; dependiendo de la bacteria a analizar puede que el cultivo incluya proteínas, suero, sangre o vitaminas, antibióticos o
algún tipo de inhibidor.
Los cultivos
de bacterias se utilizan para el aislamiento de algún microorganismo a partir del suelo, agua, aire o cualquier sustrato natural; permiten la identificación
de bacterias dependiendo de las características que vayan presentando en su
desarrollo, como la morfología y sus reacciones bioquímicas; también los cultivos sirven
para la obtención de microorganismo patógenos o de sus toxinas para la
elaboración de productos biológicos.
PROCESOS DE FERMENTACIÓN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
La fermentación es un proceso que ha sido utilizado ya hace mucho tiempo, sin embargo fue hasta el siglo antepasado que se
descubrió que en este proceso participaban los organismos llamados levaduras.
Es Luis Pasteur, mientras hacia un estudio de los problemas relacionados con los bebedores de vino, quien
se da cuenta que este proceso es facilitado por algunos microorganismos, los
cuales se encontraban en el aire y al contacto con el sustrato indicado se
desarrollaban con gran rapidez.
La fermentación es un proceso de transformación de
una sustancia orgánica en otra utilizable y es una forma de conservación
de alimentos; consiste en una serie de reacciones
óxido-reducción, por la acción catalítica de una enzima o algún fermento; llega a
ser comparada con el proceso de respiración, ya que en ambos procesos, a partir de sustancias
complejas, se obtienen unas más sencillas, esto aunado a una liberación de
energía.
Con base a los productos obtenidos, son los que
caracterizan los tipos de fermentación:
·
Fermentación Pútrida.-
Se lleva a cabo
cuando se desintegran las proteínas de seres vivos. En este proceso se liberan
diversos gases como la putrescina y la cadaverina, y en algunos
casos, la liberación de amoniaco.
·
Fermentación Láctica.-
Se utiliza
la glucosa para obtener ácido láctico, lo cual es utilizado
para la fabricación de productos lácteos como yogurt, queso, etc.
·
Fermentación Acética.-
Es una
fermentación bacteriana, que transforma el alcohol en ácido acético o vinagre.
·
Fermentación Alcohólica.-
Es producida por
fermentos, es una reacción anaeróbica. De este tipo de fermentación se obtiene
la cerveza y el vino.
También
de la fermentación se obtienen productos como el pan, en el cual intervienen
las levaduras, las cuales fermentan el azúcar, despiden alcohol y dióxido de carbono; en el caso de los vinos, los azúcares de la uva se
transforman en alcohol etílico y dióxido de carbono, por medio de la levadura.
Con
los productos lácteos como el yogur y la leche acidificada se emplean las bacterias necesarias
para llevar a cabo la fermentación láctica.
PRODUCCIÓN DE ANTIBIÓTICOS
La palabra antibiótico proviene del griego anti
-anti que significa en contra y de ß?ot??ó?-bióticos que significa dado a la
vida. Los antibióticos son sustancias orgánicas producidas por microorganismos,
capaces de matar o inhibir el crecimiento de otros microorganismos, por lo que
se utiliza en medicina humana, animal y en horticultura para
tratar enfermedades e infecciones producidas por dichos
organismos; los antibióticos han revolucionado el mundo de la medicina, ya que
gracias a ellos se curan varias enfermedades que antes eran letales para
la población.
Alexander Fleming fue el primer bacteriólogo en
utilizar la producción de antibióticos; mientras se encontraba trabajando con
un cultivo de estafilococos accidentalmente se contaminó con el hongo Penicillium
notatum ; esto le permitió observar que alrededor del moho se formaban
zonas circulares en las que no se detectaba presencia de bacterias.
Tiempo después Fleming logró aislar dicho hongo
bautizándolo como penicilina.
Con posterioridad a este hallazgo se desarrollaron más fuentes de antibióticos, aunque no todos son aceptados
para uso medicinal humano ya que tienen un alto grado de toxicidad.
Los antibióticos se pueden dividir en bactericidas
(capaces de eliminar a la bacteria), o en bacteriostáticos (bloquean el
crecimiento y su multiplicación).
En los últimos años la producción de antibióticos
ha aumentado, ya que los mecanismo de obtención de los mismo han ido avanzando,
por ejemplo con el penicillium chrysogenum se logra obtener mucho más
antibiótico que con el penicillium notatum, se han creado cepas mutantes que le
dan mucho más capacidad a los antibióticos y las técnicas de purificación ahora se pueden aplicar desde
los tanques de cultivo.
Técnicas de la ingeniería genética
Ingeniería Genética.- Rama de la genética dedicada al estudio del ADN con el fin de manipularlo, cortando y
modificando genes, y lograr que se expresen en otros organismos.
Entre las técnicas de Ingeniería genética más relevantes
en la actualidad son las de La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y las
técnicas de ADN recombinante.
REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA (PCR)
Es una técnica que permite obtener millones de copias de
ADN a partir de un segmento específico. Fue diseñada por Kary Mullis y gracias
a ello se han podido llevar a cabo experimentos cuyos resultados se han aplicado a la ingeniería genética.
Mediante el PCR es posible diagnosticar enfermedades del
tipo genético.
Se utilizan enzimas provenientes de microorganismos termófilos, que resisten
a altas temperaturas, y esto ha facilitado la automatización de la prueba.
La Reacción en Cadena de la Polimerasa se basa en la
repetición de un ciclo formado por tres etapas:
·
1. Desnaturalización
del ADN doble cadena.
·
2. Hibridación.
·
3. Extensión.
·
Desnaturalización
del ADN doble cadena.- Se selecciona el segmento de ADN que se quiere
amplificar, después la doble hélice es sometida a temperaturas de entre 93° -
98° C, logrando que las cadenas se separen.
·
Hibridación.- Las cadenas se enfrían y se ponen en
contacto con la enzima ADN polimerasa y una cantidad de nucleótidos llamados indicadoreso primers; la enzima comienza a armar una nueva
cadena de ADN, después se forma una copia completa del segmento de ADN la cual
vuelve a ser sometida a las de temperaturas de 93° - 98° C.
·
Extensión
o síntesis.- Las
moléculas de ADN se vuelven a separar, se ponen nuevamente en contacto con los
primers; a partir de esto se obtienen cuatro copias del ADN original. El
proceso de calentamiento y enfriamiento, se repite varias veces, obteniendo
tantas copias como se requieran.
TÉCNICAS DE ADN RECOMBINANTE
Al descubrir la manera en que las células llevan a cabo sus procesos, los biólogos moleculares han
desarrollado métodos para manipular los genes.
Mediante la tecnología del ADN recombinante es posible transferir por medio de
un vector, moléculas de ADN de una célula a otra, aún cuando estas sean de organismos distintos.
Clonar un segmento de ADN es un proceso que
necesita de 5 pasos:
·
cortar
al ADN en posiciones precisas con endonucleasas de restricción que actúan como
tijeras moleculares.
·
Unir
los fragmentos obtenidos, proceso que hace naturalmente la ADN ligasa.
·
seleccionar
una pequeña molécula de ADN capaz de autoreplicarse. Esto se logra utilizando
plásmidos o ADNs virales (vectores de clonación). Las moléculas de ADN que están compuestas de
material genético de diferentes fuentes se denominan ADNs recombinantes.
·
insertar
los vectores de clonación a células específicas que contienen toda la
maquinaria genética para la expresión de la información contenida en el vector.
·
seleccionar
o identificar a las células que contienen al ADN recombinante.
PRODUCTOS OBTENIDOS
A
partir de las técnicas de ADN recombinante se han obtenido diversos productos,
algunos de ellos destinados a la preservación de la salud,
otros a incrementar la producción de alimentos tanto de origen vegetal como
animal, y otros a la producción de insumos por la industria.
TRANSGÉNICOS
Los cultivos transgénicos son aquellos a los que se les ha
modificado su estructura genética, ya sea insertando un gen de alguna
otra especie o alterando su estructura propia, buscando generar o aislar
ciertas características.
Las
técnicas de ADN recombinante han logrado obtener diversos productos que logran
ser resistentes a plagas, productos que duren frescos por más tiempo, etc.,
esto ayuda a reducir el uso de insecticidas y el aumento en la producción.
Las plantas transgénicas pueden aumentar la producción de
alimentos, pero a su vez pudiesen alterar el equilibrio ecológico o bien, causar efectos negativos en
las personas que los consumen.
Grupos
ecologistas como Greenpeace han hecho campañas para poder frenar el consumo y producción de este tipo de productos; piden a
los gobiernos que paralicen de forma inmediata la importación y que además se establezca un sistema de evaluación de riesgos ambientales, sanitarios, económicos, sociales,
real y creíble.
VACUNAS
La
elaboración de vacunas se ha basado en la obtención de virus o bacterias atenuados, que, al ser inoculados,
provoquen la respuesta inmune sin causar la enfermedad.
Las
nuevas vacunas se basan en la identificación de las moléculas del
microorganismo patógeno que actúan como antígeno, y que desatan la respuesta inmune. Posteriormente se
identifica el segmento de ADN que codifica para esas moléculas y se inserta en
un microorganismo inofensivo, el cual es inoculado como vacuna, así la vacuna
sólo contiene una secuencia de ADN y se puede lograr la inmunización sin
el riesgo de que se desate la enfermedad.
ENZIMAS
Las
técnicas de ADN recombinante se han aplicado en la producción de enzimas que se
aprovechan en distintas áreas, como la medicina o la industria alimentaria.
Aplicaciones de las técnicas de ingeniería genética
Todos lo que ha desarrollado la Biotecnología han
contribuido enormemente al avance científico en diversas áreas económicas como
lo son la industria, la agricultura, la medicina y la ganadería.
APLICACIONES EN LA INDUSTRIA
Se ha desarrollado y un tipo de bacteria que pueden descomponer el petróleo, las cuales son utilizadas para limpiar los
derrames de petróleo. En algunas compañías mineras se utilizan otro tipo
de bacterias que han sido modificadas para la extracción de metales. Se utiliza en el tratamiento de agua y de residuos.
Algunas sustancias como la Fenilalanina se produce por ingeniería
genética; con la fenilalanina se puede producir el aspartame, el cual se
utiliza como sustituto del azúcar.
Se han encontrado otro tipo de bacterias que eliminan toxinas de los
basureros de desechos tóxicos.
APLICACIONES EN LA AGRICULTURA
El uso de la biotecnología en la agricultura es principalmente
lo que se mencionaba con anterioridad, las plantas transgénicas, ya que estas
tienen mayorresistencia al
ataque de plagas, mayor tolerancia a los
cambios climáticos, retrasan las maduración, son resistentes a enfermedades y
en otros casos ya no es necesario utilizar fertilizantes.
APLICACIONES EN LA GANADERÍA
Se han obtenido animales transgénicos,
en los cuales se busca mejorar la producción de carne, o de leche, que su
crecimiento sea más eficiente; también los animales transgénicos se utilizan
para la obtención de productos en medicina de una forma más sencilla y barata.
APLICACIONES EN LA MEDICINA
Algunas de las plantas transgénicas han permitido grandes
avances en la medicina:
Plantas transgénicas que sintetizan hormonas humanas en sus semillas, así como factores de coagulación
y anticuerpos.
Un tipo de anticuerpo desarrollado en el maíz sirve para administrar radio-isótopos a células tumorales y otros del frijol de soya
que sirven para el tratamiento del herpes genital.
La terapia génica, la cual consiste en modificar los
genes de las personas que nacen con anormalidad en ellos
A partir del ADN recombinante se han obtenido productos
ya comercializados.
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