LA BIOTECNOLOGÍA
1.-
Datos Históricos
La biotecnología ha sido utilizada por
el hombre desde los comienzos de la historia en diferentes actividades. Los procesos biológicos que se utilizan en la biotecnología datan desde 3000 a 6000 años a.C.
cuando los sumerios y babilonios fermentaban cereales aprovechando la capacidad
de la levadura para producir alcohol en la fabricación de cerveza.
La biotecnología se divide en
cuatro revoluciones o periodos.
1º. Período.”Era de Pasteur”. Se inicia con las investigaciones que se desarrollan a partir del siglo XIX. con Louis Pasteur en microorganismos
como causa de la fermentación y otros científicos de
la época (entre 1865 y 1940 aproximadamente)
que tuvieron impacto inmediato en la
industria alimentaria. Esta época fue conocida como la “era de Pasteur”.
2º Período. “Era de los Antibióticos”. Entre 1940 y 1970, se produjo
importantes avances que significaron el surgimiento de la ingeniería
bioquímica. Esta se da a partir de la necesidad de la producción de los
antibióticos a gran escala con la aplicación de los principios de la ingeniería
química a la innovación en los procesos de la fermentación
y la tecnología.
3º Período. “Revolución Biotecnológica”. Por otra parte la bioquímica, la biología molecular, metabolismo
bacteriano, el inicio de las técnicas de
clonamiento de genes, la producción de anticuerpos monoclonados, la
constitución de la genética y la manipulación a nivel del ADN impactaron y
facilitaron grandemente en la tercera
revolución biotecnológica.
4º Período. La cuarta
era de la biotecnología es la actual. Se inicia con el
descubrimiento de la doble estructura
axial del ácido "desoxi-ribonucleico" (ADN)
por Crick y Watson en 1953, seguido por los procesos que permiten la
inmovilización de las enzimas,
los primeros experimentos
de ingeniería genética realizados por Cohen y Boyer en 1973, y la aplicación en
1975 de la técnica del "hibridoma" para la producción de anticuerpos
"monoclonales", gracias a los trabajos de Milstein y Kohler.
Su aplicación rápida en áreas tan diversas como la agricultura,
la industria alimenticia, la farmacéutica, los procesos de diagnóstico
y tratamiento médico, la industria química, la minería
y la informática,
justifica las expectativas generadas en torno
de estas tecnologías. Un aspecto fundamental de la nueva biotecnología es que
es intensiva en el uso del conocimiento
científico.
2.- Avances de la
biotecnología a lo largo de la historia
o
6000 a .C.: Medio
Oriente, utilización de levadura en la elaboración de cerveza.
o
4000 a .C.: China,
fabricación de yogur y queso por fermentación láctica utilizando bacterias.
o
1861: Louis Pasteur define el rol de los
microorganismos y establece la ciencia de la microbiología.
o
1919: Karl Ereky, ingeniero húngaro, utiliza
por primera vez la palabra biotecnología.
o
1973: Se desarrolla la tecnología de
recombinación del ADN por Stanley Cohen, de la Universidad de
Stanford, y Herbert Boyer, de la
Universidad de California, San Francisco.
o
1976: Robert Swanson y Herbert Boyer crean Genentech,
la primera compañía de biotecnología.
3.- Definición
de Biotecnología
Existen muchas definiciones de biotecnología:
-Según la Organization for
Economic Cooperation and Development (OECD), “Es la aplicación de los principios cinéticos e
ingeniería para el procesamiento de los materiales por agentes biológicos para
crear bienes y servicios”.
- En la Convención de Río, se
define a la biotecnología como “Toda aplicación tecnológica que utilice
sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o
modificación de productos o procesos para usos específicos”.
- La biotecnología es definida por la Unión Internacional
de Química Pura y Aplicada como “La
aplicación de la bioquímica, la biología, la microbiología y la ingeniería
química a procesos industriales y productos incluidos para la salud, energía,
agricultura y medio ambiente.
- La Federación de
Biotecnología la define como “El uso integrado de la bioquímica, la
microbiología y la ingeniería para lograr las aplicaciones tecnológicas de las
capacidades de los microorganismos, los cultivos de tejidos y parte derivados
de ellos”.
De acuerdo a las definiciones
anteriores, se puede decir que “la biotecnología es una actividad
científico – tecnológica multidisciplinaria que utiliza organismos vivos o
parte derivada de ellos, mediante procesos biológicos que sirven para crear
bienes y servicios a favor del hombre”.
4.- La biotecnología como actividad multidisciplinaria
Se dice que biotecnología es
multidisciplinaria porque parte de un cuerpo de conocimientos procedentes de la
bioquímica, microbiología, biología, genética, biología molecular, biología
celular, fisiología, botánica, etc. los
cuales hacen posible su creación.
Ejemplo: tenemos a la Biología Molecular
y la ingeniería genética que han impulsado a la unificación de la
biotecnología.
5.- Procesos biológicos o técnicas utilizados en la biotecnología
Fermentación: Tradicionalmente la fermentación era conceptuada por la producción de
bebidas alcohólicas a partir de carbohidratos. En la fermentación se controla
el metabolismo, el crecimiento y se manejan a los microorganismos que son a
nivel industrial.
Biocatálisis: En la biocatálisis se tiene como base una proteína que es la que lleva
a cabo las reacciones catabólicas especializadas.
Sistemas
hidropónicos: La hidroponía es el
cultivo de plantas sin la utilización de tierras o suelos, es decir, las
plantas crecen en un sustrato (nutrientes requeridos) que se suministran
artificialmente. Es una alternativa para las zonas urbanas con el objetivo de
sembrar variedad de vegetales con mayor calidad aprovechando costo y espacio.
Cultivo de vegetales: se utiliza para la producción comercial de especies importantes como la
papa, fresa o alcachofas a través de la micropropagación y de otras técnicas.
Es una alternativa para la producción de biomasa para determinados productos.
Cultivo de células
animales: Algunas de las proteínas de los
mamíferos pueden ser producidas a partir de cultivos de las células de
mamíferos. Esta producción con bacterias son para productos comerciales. Los
productos que existen son la insulina para el tratamiento de
la diabetes, las hormonas de crecimiento para el tratamiento de la hemofilia
y anticuerpos, etc.
Combustibles: Con el objetivo de disminuir la
contaminación ambiental se crearon combustibles biotecnológicos como el alcohol y el aceite de girasol.
También está el metano que es de algún residuo vegetal y el hidrógeno derivado
de la biofotólisis del agua.
6.- Tecnología del ADN
Las tecnologías de DNA recombinante han
tenido asombrosas repercusiones en los últimos años.
Los biólogos moleculares han mapeado genomas
enteros, se han desarrollado y comercializado nuevas medicinas y producido
plantas con nuevos tipos de resistencia a enfermedades que no podían ser
desarrolladas por los métodos tradicionales. Muchos ejemplos como la papa libre
de amilosa y la bacteria que produce índigo, también incluyen el uso de
organismos modificados genéticamente por tecnologías de DNA recombinante. Dada
la abrumadora diversidad de especies, biomoléculas y vías metabólicas en este
planeta, la ingeniería genética puede en principio ser una herramienta muy
poderosa para crear alternativas amistosas ambientales en productos y procesos
que actualmente contaminan el ambiente o acaban con los recursos no renovables.
7.-
Aplicación y clasificación de la biotecnología
La biotecnología se aplica actualmente en sectores tan diversos
como (salud, agricultura, industrial, producción de energía y protección del
medio ambiente, entre otros). La
biotecnología puede ser clasificada en:
7.1. Biotecnología en la alimentación Se define como el uso de las
tecnologías biológicas para la producción, transformación y/o preservación de
los alimentos, o bien para lo producción de materia prima, y coadyudantes empleados
en la industria alimentaria. El objetivo de este sector es el mejoramiento de
los procesos químicos, fisicoquímicos y nutricionales de los productos,
logrando así la preservación y la
disminución de los costos en su producción. Los ejemplos más comunes de la
aplicación de la biotecnología en este sector
se encuentran en la producción de bebidas alcohólicas, productos lácteos
fermentados como el queso y yogurt, hongos comestibles, proteínas unicelulares,
pan, etc. Louis
Pasteur fue el primero que logró comprender los mecanismos de fermentación en
la producción de la cerveza, vino, vinagre definiendo así el rol de los
microorganismos y estableciendo la ciencia de la microbiología. Esta
investigación tuvo un gran impacto en la industria alimentaría porque permitió
el inicio de la biotecnología tradicional en el sector alimentario. Los procesos y técnicas utilizadas en
el sector alimentario son:
La fermentación: En
los alimentos naturales (yogurt y el cacao) y cultivos. Los procesos enzimáticos: Elaboración
de materias primas, procesos aditivos y de transformación.
7.2. Biotecnología
vegetal La biotecnología aplicada a las plantas tiene
como objetivo desarrollar cultivos y plantas con ventajas, como la resistencia
a las plagas y a la sequía, así como mejorar el contenido nutritivo de las
distintas especies. La biotecnología vegetal esta basada en el cultivo in Vitro
de las células, los tejidos u órganos vegetales y también regeneración de éstos
para lograr así plantas completas, es decir libre de enfermedades y plagas. En
este sector la biotecnología permite el uso de tierras no aptas para la
agricultura, la obtención de variedades con mayor rendimiento y calidad de
productos agrícolas y también trata de eliminar el uso de los insumos tóxicos
para proteger el medio ambiente y
anticipa al insumo agrícola para
la industria como fertilizantes, herbicidas, promotores de crecimiento,
etc. El papel que juega la ingeniería
genética en la biotecnología verde es importante, ya que se permite manipular
genéticamente y obtener las plantas transgénicas que son más resistentes a los virus y ataques de insectos.
Los procesos y técnicas utilizadas por la biotecnología vegetal son:
Los Explantes: Se realizan a
partir de un fragmento de los tejidos de
cualquier parte del cuerpo, que luego se desinfectan para luego incubarlos y
así se comportan de diferente manera.
Cultivo
de meristemos: Se realiza a partir de las yemas axilares en los que se
injertan directamente a otro patrón tierno (in Vitro). Es conocido microinjertación.
Cultivo
de células haploide: En este proceso se trabaja con callos haploide
modificando genéticamente a las plantas.
Embriogénesis: es el trabajo con los embriones
somáticos que son realizados directamente.
Micropropagación: Proceso de
multiplicación in Vitro cuyo principal objetivo es multiplicar por brotes con
gran eficiencia y gran estabilidad genética.
La biotecnología vegetal ha contribuido a
beneficios como: La multiplicación masiva de los cultivos de una alta calidad a
través de las técnicas de propagación in Vitro; plantas con nuevas características
genéticas (tomates, algodón, soya, maíz, etc.).Gracias a los procesos y
técnicas de la biotecnología aplicada a este sector se ha logrado grandes
avances, como en el caso del Proyecto del genoma del arroz, la clonación de
genes y el avance en muchas especies incluyendo a los frutales y forestales.
7.3. Biotecnología en la ganadería
Permite el uso de
promotores de crecimiento y productos específicos, para cada especie. Un claro
ejemplo constituyen las hormonas de crecimiento para acelerar el desarrollo de
los pollos, cerdos y de salmones.
Una aplicación de la biotecnología en este campo es la medicina preventiva, ya
que se están fabricando vacunas y nuevos sistemas para diagnosticar
enfermedades. Los productos tradicionales de la biotecnología en el sector
pecuario son las vacunas (rabia, fiebre aftosa) y el enriquecimiento proteico
de recursos agrícolas para la alimentación.
La biotecnología en este sector ha sido criticada por parte de grupos que luchan para la
protección de los animales, ya que consideran que algunos de estos experimentos
pueden tener efectos negativos sobre ellos.
7.4 Biotecnología en la salud
La biotecnología en el
sector salud es la aplicación de los proceso biológicos para la producción de
farmacéuticos y el diagnósticos de en enfermedades del hombre. La biotecnología
en la medicina humana ha tenido un gran impacto en tres áreas: nuevas vacunas,
nuevos sistemas de diagnóstico y proteínas con efectos terapéuticos. Entre 1940 y 1970 la biotecnología aplicada a la salud se ha
desarrollado considerablemente en la elaboración de fármacos. La biotecnología
tradicional elaboró productos tradicionales como los
antibióticos, vitaminas, esteroides y las vacunas (polio, sarampión). Ahora con
la biotecnología moderna y los avances en la genética han permitido la elaboración de productos
nuevos, tales como los sistemas de diagnostico por sondas desde ADN y
anticuerpos monoclonales, terapia génica y
las vacunas recombinantes y sintéticas. En el futuro la Biotecnología
permitirá mediante el uso de chips de DNA determinar exactamente las
alteraciones genéticas y bioquímicas de las células que componen cada tumor y
consecuentemente aplicar terapias diseñadas específicamente para cada paciente.
7.5. Biotecnología en la conservación del
medio ambiente
La biotecnología
ambiental se refiere a la aplicación de los procesos biológicos modernos para
la protección y restauración de la calidad del ambiente. El objetivo de
la biotecnología en el medio ambiente tiene como finalidad controlar la contaminación ambiental causada
por las industrias y el hombre. Se basa en el uso de microorganismos y plantas
ya que tiene un potencial para controlar la contaminación y sus aplicaciones
ambientales incluyen en el área de la agricultura, minería, la limpieza de
derrames de petróleo y el control de los focos de contaminación ambiental.
Un área de rápido desarrollo dentro de la biotecnología ha
sido el uso de sistemas biológicos para la reducción de la contaminación del
aire o de los ecosistemas acuáticos y terrestres.
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