Recapitulación sobre las líneas de investigación en biotecnologíA






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UNIVERSIDAD PRIVADA ANTONIO GUILLERMO URRELO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD

CARRERA PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA

RECAPITULACIÓN SOBRE LAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN EN BIOTECNOLOGÍA

NOVIEMBRE DEL 2012

INTRODUCCIÓN

Actualmente vivimos en una época de constantes descubrimientos a nivel científico, muchos de estos descubrimientos despiertan una gran esperanza porque abren puertas para la cura de enfermedades, alimentación de la población mundial, mejora de nuestro sistema de justicia criminal y prevención de problemas ambientales.

La frecuencia de los descubrimientos aumenta debido a que el conocimiento científico origina nuevas tecnologías que generan más conocimiento científico.

Los descubrimientos científicos de los últimos 40 años han suministrado a los investigadores un conjunto de nuevas herramientas; técnicas moleculares que proporcionan respuestas a viejas cuestiones y originan un conjunto amplio de nuevas cuestiones. Éstas técnicas son agrupadas comúnmente bajo el título exclusivo de “biotecnología”. Los científicos utilizan las herramientas de la biotecnología para hacer frente a los problemas en todas las ramas de la biología, desde la biología molecular y celular hasta la ecología y evolución.

La marcha del descubrimiento biológico está influenciada no sólo por los avances en el conocimiento biológico y en las tecnologías basadas en biología, sino también por los avances en otras disciplinas científicas y técnicas.

La biotecnología nos ha proporcionado algo más que herramientas útiles. Nos toca de muchas maneras, y estamos usando las diversas tecnologías para producir un ilimitado conjunto de productos. Gracias a la tecnología de los anticuerpos monoclonales y sondas de ADN, disponemos de más de 500 test para diagnosticar enfermedades humanas, animales y vegetales, y para evaluar la calidad de los alimentos. Se está utilizando la tecnología del bioprocesado para aprovechar la maquinaria bioquímica de los microorganismos para fabricar nuevos fármacos, degradar contaminantes ambientales y sintetizar enzimas útiles en la industria textil, alimentaria, química y papelera. La tecnología del cultivo de tejidos nos está permitiendo fabricar piel y cartílago en el laboratorio. La ingeniería genética nos ayuda a combatir el cáncer y hacer posible el desarrollo de cultivos más nutritivos y resistentes a insectos, enfermedades y estrés ambiental.

La biotecnología incluye muchas tecnologías diferentes, por lo que en el presente trabajo realizamos una recopilación de las líneas de investigación que sigue la biotecnología, desde su intervención en la industria, la energía, el medio ambiente, la biodiversidad, la agricultura, los animales, los alimentos y la salud.

OBJETIVOS

  • Realizar una recapitulación sobre las líneas generales de investigación en Biotecnología.



  • Estudiar los campos de aplicación de la Biotecnología.



  • Analizar las diferentes aplicaciones de la Biotecnología, desde su aplicación en la industria hasta su aplicación en la salud


RECAPITULACIÓN SOBRE LAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN EN BIOTECNOLOGÍA

  1. BIOTECNOLOGÍA

La biotecnología es una disciplina que utiliza a los organismos o parte de ellos para generar bienes y servicios, pero que a la vez tiene como base a diversas ciencias y utiliza distintas herramientas, para manejar de manera integrada desde un punto de vista científico los problemas que se presenten en la naturaleza.1

La biotecnología, en un sentido amplio se puede definir como la aplicación de organismos, componentes o sistemas biológicos para la obtención de bienes y servicios.2

Esto significa que desde hace miles de años, la humanidad ha venido realizando biotecnología, si bien hasta la época moderna, de un modo empírico, sin base científica:2




  • La domesticación de plantas y animales ya comenzó en el período Neolítico.




  • Las civilizaciones Sumeria y Babilónica (6000 años a.C.) ya conocían cómo elaborar cerveza.




  • Los egipcios ya sabían fabricar pan a partir del trigo hacia el 4000 a.C.




  • Antes de la escritura del libro del Génesis, se disfrutaba del vino en el Cercano Oriente: recuérdese que, según la Biblia, Noé "sufrió" (o disfrutó) accidentalmente los efectos de la fermentación espontánea del mosto de la uva (primera borrachera con vino).




Otros procesos biotecnológicos conocidos de modo empírico desde la antigüedad: fabricación de queso, cultivo de champiñones, alimentos y bebidas fermentadas (salsa de soya, yogurt, etc), tratamiento de aguas residuales.2

Por supuesto, hasta la llegada de la moderna biología, y en muchos casos hasta el siglo XIX, la base de muchos de estos procesos era desconocida. De hecho, solamente en el siglo XVIII cobra cuerpo la idea de que la materia viva puede ser estudiada como la materia inanimada, es decir, usando el método experimental, con lo que se inicia el lento declive de las ideas vitalistas (creencias erróneas de que "la vida depende de un principio vital irreducible a otras ramas de la ciencia"), que aún darían sus últimos estertores casi al final del siglo XIX. Algunos hitos científicos que sentarían la base de la biotecnología contemporánea:2




  • Los primeros microscopistas, como van Leeuwenhoek y Hooke (siglo XVII) describen los "animálculos" que están fuera del alcance del ojo, si bien se tarda aún un par de siglos en captar la importancia de estas minúsculas criaturas.

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  • El descubrimiento de que las fermentaciones se debían a microorganismos se debe a la gigantesca figura de Louis Pasteur, en sus estudios realizados entre 1857 y 1876.

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  • En la última parte del siglo XIX existían ya instalaciones industriales para obtener etanol, ácido acético, butanol y acetona, aprovechando fermentaciones al aire libre en condiciones no estériles

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  • A finales del siglo XIX, la "edad de oro de la bacteriología" permite: mejoras importantes en las técnicas microscópicas, es desarrollo de técnicas asépticas, la esterilización y la pasteurización, y la posibilidad de cultivar cada cepa microbiana sin mezclar con otras (cultivos puros en medios de cultivo de laboratorio).

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  • A comienzos del siglo XX la bioquímica y la microbiología convergen, estableciendo las bases enzimáticas y metabólicas de muchos procesos de fermentación. Se desarrollan procedimientos industriales para producir enzimas (invertasa, proteasas, amilasas, etc.).

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  • Desde la década de 1940, las técnicas de ingeniería química, aliadas a la microbiología y a la bioquímica, permiten la producción de antibióticos, ácidos orgánicos, esteroides, polisacáridos y vacunas.

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  • La penicilina comenzó a fabricarse en plena II Guerra Mundial, como resultado de avances importantes en técnicas de esterilización a gran escala, mejora de las instalaciones de fermentación (incluyendo la cuestión de la aireación), cultivo del hongo, etc. A partir de entonces se diseñaron estrategias para mejorar genéticamente las cepas microbianas industriales.

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  • Las décadas siguientes fueron de eclosión de producción de antibióticos así como de transformaciones de esteroides y de cultivo de células animales para la producción de vacunas antivirales.

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  • Las décadas de los 60 y 70 vieron la mejora de procesos de obtención de pequeños metabolitos como nucleósidos, aminoácidos y vitaminas.

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  • Los procesos de fermentación experimentaron mejoras con las técnicas de inmovilización de células y enzimas en soportes, y con la fermentación continua para obtener proteína de células sencillas (biomasa microbiana).

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  • Polímeros microbianos como xantanos y dextranos se obtuvieron industrialmente, con apliaciones en el campo de la alimentación (como aditivos).



Pero incluso bien avanzado el siglo XX, cuando la Genética había resuelto el misterio de la naturaleza del material de la herencia, las posibilidades que había para actuar sobre dicho material eran limitadas: cruces entre plantas y animales de la misma especie (o de especies similares), selección de los individuos con rasgos deseados, retrocruzamientos (un proceso largo y lento), mutaciones con agentes físicos (rayos UV, rayos X) o químicos, con ulterior búsqueda (selección o rastreo -screening) de alguna variante de interés (algo tedioso y frecuentemente infructuoso), etc.2

Debemos esperar a la década de los 70 para que surja un conjunto de técnicas de laboratorio revolucionarias que por primera vez permiten "tocar" de modo racional el sancta sanctorumde la vida. Son técnicas y herramientas con las que se puede modificar el ADN de acuerdo a diseños previos y objetivos concretos (de ahí el nombre popular de Ingeniería Genética).2

La Ingeniería Genética (I.G.), mejor llamada tecnología del ADN recombinante in vitro, se caracteriza por su capacidad de cortar y empalmar genes o fragmentos de ADN de organismos distintos, creando nuevas combinaciones no existentes en la Naturaleza, combinaciones que ponemos a trabajar en el interior de una variedad de organismos hospederos, para nuestro provecho.2

  1. CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA

La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales como lo son la atención de la salud, con el desarrollo de nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades; la agricultura con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; usos no alimentarios de los cultivos, como por ejemplo plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles; y cuidado medioambiental a través de la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza de sitios contaminados por actividades industriales. A este uso específico de plantas en la biotecnología se llama biotecnología vegetal. Además se aplica en la genética para modificar ciertos organismos.3

Las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y suelen clasificarse en:3

  • Biotecnología roja: se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos. Algunos ejemplos son la obtención de organismos para producir antibióticos, el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos, los diagnósticos moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación génica.



  • Biotecnología blanca: también conocida como biotecnología industrial, es aquella aplicada a procesos industriales. Un ejemplo de ello es la obtención de microorganismos para producir un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores industriales, ya sea para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas). También se aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil, en la creación de nuevos materiales, como plásticos biodegradables y en la producción de biocombustibles. Su principal objetivo es la creación de productos fácilmente degradables, que consuman menos energía y generen menos desechos durante su producción. La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales.



  • Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo de ello es la obtención de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermedades. Se espera que la biotecnología verde produzca soluciones más amigables con el medio ambiente que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt.



  • Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término utilizado para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y acuáticos. Aún en una fase temprana de desarrollo sus aplicaciones son prometedoras para la acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y productos alimentarios.



    1. Biorremediación y biodegradación

La biorremediación es el proceso por el cual son utilizados microorganismos para limpiar un sitio contaminado. Los procesos biológicos desempeñan un papel importante en la eliminación de contaminantes y la biotecnología aprovecha la versatilidad catabólica de los microorganismos para degradar y convertir dichos compuestos. En el ámbito de la microbiología ambiental, los estudios basados en el genoma abren nuevos campos de investigación in silico ampliando el panorama de las redes metabólicas y su regulación, así como pistas sobre las vías moleculares de los procesos de degradación y las estrategias de adaptación a las cambiantes condiciones ambientales. Los enfoques de genómica funcional y metagenómica aumentan la comprensión de las distintas vías de regulación y de las redes de flujo del carbono en ambientes no habituales y para compuestos particulares, que sin duda aceleraran el desarrollo de tecnologías de biorremediación y los procesos de biotransformación.3

Los entornos marítimos son especialmente vulnerables ya que los derrames de petróleo en regiones costeras y en mar abierto son difíciles de contener y sus daños difíciles de mitigar. Además de la contaminación a través de las actividades humanas, millones de toneladas de petróleo entran en el medio ambiente marino a través de filtraciones naturales. A pesar de su toxicidad, una considerable fracción del petróleo que entra en los sistemas marinos se elimina por la actividad de degradación de hidrocarburos llevada a cabo por comunidades microbianas, en particular, por las llamadas bacterias hidrocarbonoclásticas (HCB). Además varios microorganismos como Pseudomonas, Flavobacterium, Arthrobacter y Azotobacter pueden ser utilizados para degradar petróleo. El derrame del barco petrolero Exxon Valdez en Alaska en 1989 fue el primer caso en el que se utilizó biorremediación a gran escala de manera exitosa, estimulando la población bacteriana suplementándole nitrógeno y fósforo que eran los limitantes del medio.3
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