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Asignatura: Informatica, Profesor: Inasagasti Inasagasti, Carrera: Economía, Universidad: UAH
Tipo: Apuntes
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La ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras, tienen gran repercusión en la farmacia, la medicina, la ciencia de los alimentos, el tratamiento de residuos sólidos, líquidos, gaseosos y la agricultura.
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 yoghurt 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 yoghurt 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.
La biotecnología moderna está compuesta por una variedad de técnicas derivadas de la investigación en biología celular y molecular, las cuales pueden ser utilizadas en cualquier industria que utilice microorganismos o células vegetales y animales. Esta tecnología permite la transformación de la agricultura. También tiene importancia para otras industrias basadas en el carbono, como energía, productos químicos y farmacéuticos y manejo de residuos o desechos. Tiene un enorme impacto potencial, porque la investigación en ciencias biológicas está efectuando avances vertiginosos y los resultados no solamente afectan una amplitud de sectores sino que también facilitan enlace entre ellos. Por ejemplo, resultados exitosos en fermentaciones de desechos agrícolas, podrían afectar tanto la economía del sector energético como la de agroindustria y adicionalmente ejercer un efecto ambiental favorable. Una definición más exacta y específica de la biotecnología "moderna" es "la aplicación comercial de organismos vivos o sus productos, la cual involucra la manipulación deliberada de sus moléculas de DNA". Esta definición implica una serie de desarrollos en técnicas de laboratorio que, durante las últimas décadas, han sido responsables del tremendo interés científico y comercial en biotecnología, la creación de nuevas empresas y la reorientación
4000-2000 a.C - Por primera vez la “biotecnología” se usa en Egipto para producción de cerveza y pan usando la técnica de fermentación, por medio de la levadura.
1322 - Caballos de una raza superior sanos son inseminados artificialmente por un líder árabe.
1761 - Plantas de especies diferentes son cruzadas por el naturalista alemán Joseph Gottlieb Koelreuter.
1859 - El ilustre científico británico, Charles Darwin, publica la “Teoría de la Evolución de las Especies por Selección Natural”. El concepto de seleccionar y destruir la prole más débil tiene gran influencia entre los creadores de animales en los años 1800, a pesar de que la genética no era, entonces, una ciencia reconocida.
1865 - Surge la Genética, que tiene al científico austríaco Gregor Mendel como el padre de esta ciencia. A través de sus experiencias con arvejas, descubrió que las características son hereditarias, pasadas de padre a hijo, así como descubrió también las patrones de la hereditariedad.
1870 - Los creadores de plantas empiezan a utilizar la teoría de Darwin para cruzar especies diferentes de algodón y así consiguen desarrollar una variedad superior de la planta.
1876 - Louis Pasteur probó que las fermentaciones eran causadas por la acción de seres minúsculos, los microorganismos, con lo que desplazó la teoría, vigente hasta entonces, de que la fermentación era un proceso puramente químico.
Pasteur fue quien sentó las bases de la futura industria biotecnológica al demostrar que todos los procesos de fermentación eran el resultado de la actividad microbiana.
1879 - El científico Alexander Fleming descubre la cromatina, una estructura similar a una varilla dentro del núcleo de las células, que más tarde se llamó “cromosoma”.
1897 - Eduard Buchner demostró que es posible la conversión del azúcar en alcohol utilizando células de levadura maceradas, es decir, en ausencia de organismos vivos.
1900 - La mosca-de la-fruta, la drosophila melanogaster es usada en los primeros estudios de genes.
1906 - Surge el término “genética”.
1919 - La palabra biotecnología es usada inicialmente por el ingeniero húngaro Karl Ereky.
1941 - El término ingeniería genética es usado por primera vez.
1942 - La penicilina empieza a ser producida como fármaco y utilizada en seres humanos como un antibiótico.
1944 - Se descubre que el ADN es la estructura responsable de la transmisión de la información genética.
1953 - Los científicos James Watson y Francis Crick describen por primera vez la estructura del ADN. Su artículo es publicado en la revista “Nature” y marca la era de la genética moderna.
1956 - Se optimiza el proceso de fermentación, Kornberg descubre la enzima ADN polimerasa I, que cataliza la síntesis de ADN en bacteria, y se logra comprender cómo se replica el ADN.
1958 - El ADN es producido por primera vez en un tubo de ensayo.
1969 - Una enzima es sintetizada in vitro por primera vez.
1970 - Se identifican enzimas de restricción (nucleasas específicas); se abre el camino hacia la clonación molecular de genes.
1972 - Se descubre que la composición del ADN humano es 99% similar a la de los chimpancés y gorilas.
1973 - desarrollan el primer organismo transgénico (OMG) mediante la inserción de un fragmentos de ADN de rana en un plásmido bacteriano de Escherichia coli.
1975 - en Argentina se producen los primeros anticuerpos monoclonales.
1982 - La FDA aprueba la primera insulina humana producida por bacterias genéticamente modificadas.
Se publica en México la Ley de Bioseguridad de Organismos Genéticamente Modificados
2008- Se publica el Reglamento de la Ley de Bioseguridad de Organismos Genéticamente Modificados.
A nivel mundial, más de 13.3 millones de agricultores se dedican a la producción y comercialización de cultivos genéticamente modificados en 125 millones de hectáreas en 25 países del mundo.
En México se sembraron 85,000 hectáreas de algodón genéticamente modificado en fase experimental.
2009- Se realizan reformas al Reglamento de la Ley de Bioseguridad de Organismos Genéticamente Modificados que adicionan al Régimen de Protección Especial al Maíz.
La Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación y la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales otorgan los primeros 24 permisos de siembra experimental con maíz genéticamente modificado en los estados de Sonora, Sinaloa, Tamaulipas y Chihuahua. Inician las primeras siembras experimentales con maíz genéticamente modificado en Sonora y Sinaloa.
Dentro de las aplicaciones de la biotecnología verde nos encontramos con tres áreas diferenciadas:
■ La Biotecnología alimentaria que utiliza técnicas y procesos que emplean organismos vivos o sus sustancias para producir o modificar un alimento, mejorar las plantas o animales de los que provienen, o desarrollar microorganismos que intervengan en su elaboración. Entre los ejemplos más conocidos nos encontramos los alimentos funcioanles, como probióticos y prebióticos, la seguridad alimentaria, etc. ■ La Biotecnología agrícola se refiere a la aplicación de técnicas biotecnológicas para el mejoramiento de los cultivos. Un ejemplo de ello es la utilización de la ingeniería genética para defender a los cultivos frente a plagas, frío o sequía o la utilización de biofertilizantes para el crecimiento y desarrollo de las plantas. ■ La Biotecnología ambiental se refiere a la aplicación de los procesos biotecnológicos para la protección y restauración de la calidad del medio ambiente. Actualmente, una de las principales aplicaciones de la biotecnología ambiental es limpiar la polución, aguas residuales,
purificación del aire y gases de desecho, como es la denominada biorremediación (uso de sistemas biológicos para la reducción de la polución del aire o de los sistemas acuáticos y terrestres) Cada vez más la industria está desarrollando procesos en este área de prevención, con el fin de reducir el impacto ambiental.
El término “biotecnología blanca” hace referencia a la rama de la biotecnología dedicada a optimizar los procesos industriales, buscando reemplazar a las tecnologías contaminantes por otras más limpias o amigables con el ambiente. Básicamente, emplea organismos vivos y enzimas para obtener productos más fáciles de degradar, y que requieran menos energía y generen menos desechos durante su producción.
El uso de enzimas o biocatalizadores es uno de los avances más significativos en el área de la biotecnología blanca. Las ventajas de su uso residen en la alta selectividad y eficiencia de las enzimas en comparación con los procesos químicos. Mientras los procesos químicos convencionales requieren alta presión y alta temperatura, los microorganismos y sus enzimas trabajan a presión y temperaturas normales. Además, las enzimas son biodegradables y muchas de ellas pueden funcionar en solventes orgánicos, alta concentración de sales y otras condiciones extremas. Las enzimas hoy se aplican a prácticamente todas las industrias, incluyendo la farmacéutica, alimenticia, química, textil, de detergentes, del papel, etc.
Los detergentes son probablemente el mejor ejemplo de cómo el empleo de enzimas reduce los costos, ya que el lavado sin enzimas requiere casi el doble de
Se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos, algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir antibióticos, el desarrollo de vacunas mas seguras y nuevos fármacos. De todas las posibles aplicaciones de la biotecnología, la roja es la que probablemente está causando y causará un mayor impacto en nuestra manera de vivir. La biotecnología roja comprende distintos ámbitos de actuación como el terapéutico, diagnóstico, salud animal e investigación biomédica, y también se puede incluir en esta categoría la biotecnología aplicada al desarrollo de alimentos funcionales y nutracéuticos.
Los medicamentos de origen biotecnológico aparecieron con la insulina recombinante en 1983, y ahora representan más de 100 moléculas diferentes indicadas para tratar más de 200 enfermedades como la artritis, el cáncer, la fibrosis quística, Después de la insulina han venido la hormona del crecimiento, el factor IX de coagulación, la eritropoyetina, el interferón y los medicamentos del siglo XXI como los anticuerpos monocionales, el Enbrel y las vacunas contra el cáncer de cérvix. Además de todo este nuevo arsenal de medicamentos debemos incorporar los avances espectaculares del sector diagnóstico, donde los anticuerpos monocionales, la PCR y el abaratamiento de los costes de secuenciación del ADN hacen cada vez más cercana la posibilidad de hacer medicina personalizada. Biotecnología Roja o Sanitaria Comprende las aplicaciones terapéuticas, diagnósticas, de salud animal y de investigación biomédica. En referencia a lo anterior, cabe mencionar las siguientes áreas de aplicación:
Diagnóstico molecular y biosensores:
Se basa en la detección de marcadores moleculares, sensibles y específicos, presentes en los seres vivos que sean indicadores de alguna característica del estado fisiológico del cuerpo patologías y enfermedades, estados de estrés celular Esto permite un diagnóstico precoz, comprobar el estado de la enfermedad e incluso la elección del mejor tratamiento.
Entre los marcadores presentes se encuentran marcadores genéticos variedades genéticas que predisponen a ciertas enfermedades, como el cáncer, proteínicos enzimas que silencian genes o están defectuosos o moleculares productos secundarios del metabolismo Para esto se utilizan biochips, tanto de genes como de proteínas, técnicas hinmunohistoquímicas. De esta forma se implanta la llamada medicina personalizada, donde se administra la droga adecuada, con la concentración y lugar precisos, gracias al estudio genético, proteínico e histológico del paciente.
Ingeniería celular y de tejidos:
Se basa en la producción de células y tejidos que sustituyan a aquellos que están degradados, se han extirpado o han perdido su función, por lo que se considera también medicina regenerativa. Para ello utilizan el conocimiento de la ingeniería, cultivos celulares, células madre…
Proteínas recombinantes y anticuerpos monoclonales:
Se basa en la utilización de las células como herramientas para producir fármacos de forma barata y eficiente. En base a estas tecnologías se han podido descubrir y producir multitud de sustancias con capacidad terapéutica
Terapia génica:
Se basa en la modificación del material genéticos de las células (sólo en la línea somática y no la germinal, totalmente prohibida en la legislación), para aumentar, sustituir, disminuir o silenciar la expresión de ciertos genes y sus respectivas proteínas resultantes, en pos de curar alguna enfermedad o característica fisiológica no deseada.
Nuevas dianas terapéuticas, nuevos fármacos y nuevas vacunas: De la mano de otras áreas de la biotecnología se han podido descubrir nuevos fármacos (a partir de librerías naturales del mundo marino, de plantas o animales) que tienen capacidad terapéutica en dianas de enfermedades ya conocidos o nuevos (receptores de membrana, enzimas o los propios genes). De la misma forma, se están descubriendo nuevas vacunas más eficaces para todo tipo de enfermedades, como las llamadas vacunas recombinantes, que utilizan sólo las partes que confieren inmunidad al cuerpo sin tener que utilizar el patógeno en su totalidad.
Nuevos sistemas de administración de fármacos y vacunas:
Gracias a la implantación de la nanotecnología y al avance de la química, disponemos de nuevas y prometedoras formas de administrar fármacos y vacunas. Por ejemplo, la administración controlada de fármacos, que sólo se liberan ante unas circunstancias muy determinadas, a la concentración adecuada y sólo en la zona afectada.
Asimismo, existe el potencial de descubrir nuevas moléculas que alteran la habilidad de las células tumorales de unirse y multiplicarse o dar lugar a metástasis. Además, un gran reto que se encuentran los científicos en la actualidad es que se pueden aislar una elevada cantidad de compuestos novedosos procedentes de invertebrados marinos. Estudiar todas estas moléculas y sus actividades es muy complicado y requiere de nuevos desarrollos en aislamiento, identificación, caracterización y técnicas de ingresen.
Está constituida por todas aquellas aplicaciones directas de la biotecnología al medio ambiente. Podemos subdividir dichas aplicaciones en dos grandes ramas de actividad: el mantenimiento de la biodiversidad y la eliminación de contaminantes. Respecto a la primera, cabe destacar la aplicación de la biología molecular al análisis genético de poblaciones y especies integrantes de ecosistemas, su comparación y catalogación. También pueden incluirse las técnicas de clonación con el fin de preservar especies y la utilización de tecnologías de almacenamiento de genomas. En cuanto a la eliminación de contaminantes o biorremediación, la biotecnología gris hace uso de microorganismos y especies vegetales para el aislamiento y la eliminación de diferentes sustancias, como metales pesados e hidrocarburos, con la interesante
posibilidad de aprovechar posteriormente dichas sustancias o utilizar subproductos derivados de esta actividad.
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.
Biotecnología en la salud: la medicina hecha a medida.
La Biotecnología está presente en la Medicina y en la Salud animal, participando tanto en el diagnóstico como en el tratamiento de enfermedades. Con la Biotecnología cambia el concepto de la Salud, dirigiéndonos hacia una medicina cada vez más personalizada. Esto significa que podemos tener tratamientos “hechos a medida” para nosotros, así nos curan de forma más eficaz. Cada vez más medicamentos en nuestro hogar son de origen biotecnológico.
La biotecnología de la salud se aplica en la actualidad al diagnóstico molecular para la detección de infecciones y enfermedades de orígen genético. También se utiliza para el desarrollo de nuevos fármacos, diseñando y produciendo nuevas proteínas que pueden utilizarse para tratar un gran número de enfermedades como infecciones, diabetes, enfermedades cardiovasculares e incluso el cáncer. Dentro de este apartado va cobrando cada vez mayor importancia la denominada “medicina personalizada” que consiste en el estudio de la respuesta de cada paciente a los fármacos, basándose en su perfil genético.
como la cerveza, el vino, el pan, el yogur y el queso haciendo uso del bioproceso de la fermentación (utilización de bacterias y levaduras que procesan la leche y la transforman en yogur y queso, o procesan la uva o la cebada y la transforman en vino o cerveza).
Lo que está cambiando en el sector alimentario es que hoy en día queremos que aquello que comemos mantenga nuestras constantes energéticas y satisfaga nuestras apetencias sensoriales, pero también pretendemos que sea beneficioso para nuestra salud. En este marco surgen los nuevos desarrollos de la alimentación como los probióticos o los nutracéuticos.
Biotecnología en la Agricultura: en sintonía desde los inicios de la civilización
La agricultura tiene como objetivo el cultivo y producción de alimentos que incorporamos a nuestra dieta y nos aportan energía y nutrientes. La agricultura es una actividad muy primitiva y hace pensar que no tiene mucho que ver con la ciencia, la tecnología y la biotecnología. Sin embargo, la realidad es muy distinta.
Los inicios de la Agricultura se sitúan hace más de 10.000 años en el Oriente Próximo, cuando el hombre abandonó sus hábitos nómadas, se hizo sedentario y empezó a utilizar la agricultura y la ganadería para producir alimentos, domesticando de manera consciente pero intuitiva especies naturales para obtener mejores especies de trigo, cebada o centeno.
Los nuevos productos de cultivo que las técnicas biotecnológicas van generando, incluidos los transgénicos, antes de ser comercializados se someten a estudios exhaustivos para demostrar que no tienen riesgos para la salud del consumidor o el medio ambiente y por lo tanto son seguros. En España, los Ministerios de Sanidad y Consumo, y Medio Ambiente, Rural y Marino son las autoridades nacionales que, como en el resto de países de la Unión Europea, valoran los alimentos que se les presentan y dan su autorización para el consumo.
Biotecnología en el Medio ambiente: el lugar para la amistad
Con la Revolución Industrial (siglo XVIII), la Historia Moderna evoluciona drásticamente desde una economía agraria y artesana a otra dominada por la industria y en la que se produce un aumento exponencial de la población mundial. Todo esto exigirá un vertiginoso incremento del uso de recursos naturales, así como la obtención de ingentes cantidades de desechos contaminantes y con ello los inicios de los verdaderos dañinos con el medio ambiente.
Dos siglos más tarde y conscientes del daño que se está haciendo al planeta, los ciudadanos reclaman la preservación del medio ambiente como un derecho universal, lo que ha conducido en la década de 1990 al desarrollo de la Biotecnología ambiental.
La Biotecnología ambiental no sólo es positiva sino realmente necesaria para proteger los recursos naturales y el medioambiente, ya que ayuda a reducir, controlar y resolver las catástrofes medioambientales debidas a la acción inadecuada del hombre, mediante estrategias de “bioprevención” y “biorremediación”.
La Biotecnología ambiental se encarga por ejemplo del tratamiento de aguas residuales y basuras haciendo uso de microorganismos. También puede limpiar y corregir catástrofes naturales – como los derrames en el mar de combustibles fósiles o la recuperación de suelos calcinados– haciendo uso de bacterias y plantas o trabajar conjuntamente con la Biotecnologia Industrial para la elaboración de biocombustibles a partir de materias primas vegetales o utilizar enzimas para actividades industriales, lo que reduce notablemente la contaminación y permite el mejor cumplimiento de las normativas de protección ambiental
Con todo esto, la Biotecnología Industrial acerca al máximo la idea de sostenibilidad y respeto al medio ambiente al sector industrial, mejorando el rendimiento económico de sus productos y la relación coste/beneficio.
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.
Los alimentos transgénicos son aquellos que han sido producidos a partir de un organismo modificado mediante ingeniería genética y al que se le han incorporado genes de otro organismo para producir las características deseadas. 1 En la actualidad tienen mayor presencia de alimentos procedentes de plantas transgénicas como el maíz o la soja.
La Historia de los Transgénicos se inicia allá por el año de gracia de 1973, cuando un grupo de científicos estadounidenses logran transferir genes de una bacteria a otra de distinta especie. Sin embargo es en 1983 cuando en un laboratorio europeo se crea la primera planta transgénica, un tabaco el cual era resistente al antibiótico canamicina.
Lo primero es extraer del núcleo del alimento un cromosoma y de ese cromosoma extraemos el ADN.
De otro alimento o de uno de su misma especie pero mejor, se extrae el transgen, es decir el gen que se le va a poner y que tiene la nueva información genética que queremos que tenga nuestro alimento.
Mediante ingeniería genética se clona el gen, se modifica y se fragmenta el transgen y se introduce en el ADN del alimento primeramente extraído.
A partir de ese momento ese alimento ya es un transgénico, ya que la información genética ha sido modificada. Ahora ese alimento posee un gen que no es propio de su naturaleza y que le da una nueva característica que no tenía antes.
El transgen suele introducirse en las semillas de muchas plantas para que los productos que den sean mejores y soporten mucho mejor las plagas.
