INTRODUCCIÓN
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).
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. Labiotecnogía ha sido utilizada por el hombre en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. Procesos como la producción de cerveza, vino, queso y yogurt 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 yogurt o el vino. 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 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 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.
1.- ¿QUÉ ES LA BIOTECNOLOGÍA?
El término “biotecnología” es relativamente nuevo para el público amplio. Pero, la biotecnología está presente en la vida cotidiana más de lo que la gente se imagina. De hecho, la biotecnología es una actividad antigua, que comenzó hace miles de años cuando el hombre descubrió que al fermentar las uvas se obtenía un producto como el vino. También es biotecnología la fabricación de cerveza a partir de la fermentación de cereales que el hombre empezó a elaborar hace 4.000 años, y la fermentación de jugo de manzanas para la fabricación de sidra. En estos procesos intervienen microorganismos que transforman componentes del jugo de frutas o de cereales en alcohol.
También es biotecnología la fabricación de pan mediante el uso de levaduras, la elaboración de quesos mediante el agregado de bacterias, y también de salames. El yogurt también es un producto que se obtiene mediante procesos biotecnológicos desde la antigüedad.
Aunque en ese entonces los hombres no entendían cómo ocurrían estos procesos, ni conocían la existencia de microorganismos, podían utilizarlos para su beneficio. Estas aplicaciones constituyen lo que se conoce como biotecnología tradicional y se basa en la obtención y utilización de los productos del metabolismo de ciertos microorganismos. Se puede definir la biotecnología tradicional como “la utilización de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre”.
1.1.- Biotecnología tradicional aplicada a la industria
La biotecnología se aplica a diferentes ramas de la industria: alimenticia, textil, detergentes, combustibles, plásticos, papel, farmacéutica. En general lo que se usa son productos del metabolismo de los microorganismos. Por ejemplo, algunas de las aplicaciones de la biotecnología tradicional a la industria son:
ü El alcohol que se puede usar para la industria alimenticia o farmacéutica, pero también se puede usar como combustible (en Brasil se produce alco nafta a partir de la caña de azúcar).
ü Producción de yogures probióticos en los que se usa el microorganismo entero que está presente en el producto final.
ü A partir de microorganismos se pueden fabricar ácidos orgánicos para diferentes aplicaciones, como el ácido cítrico para endulzar gaseosas y golosinas.
ü Muchos antibióticos son fabricados por microorganismos, como la penicilina que la fabrica un hongo de la familia penicillium.
ü Los plásticos son polímeros de diferentes estructuras químicas. La mayoría de ellos se producen a partir de derivados de petróleo. Pero hay microorganismos que fabrican polímeros que son biodegradables.
ü Las enzimas son proteínas que tiene la función de catalizadores biológicos, que aceleran reacciones químicas, haciendo que el proceso sea más rápido y eficiente que cualquier otro proceso químico. Las enzimas se utilizan habitualmente en los detergentes o polvo para lavar la ropa. Por ejemplo, lipasas para sacar manchas de grasas, proteasas para sacar manchas de proteínas, etc. Cada tipo de enzima tiene un rango de temperaturas dentro del cual es activa. En la temperatura óptima actúa al 100% y al alejarse de esa temperatura disminuye su función. Para determinados procesos en los cuales se necesitan temperaturas extremas, se van a emplear enzimas provenientes de organismos extremófilos que pueden actuar a temperaturas extremas (altas o bajas). Por ejemplo, la ropa de hospital que requiere esterilización se lava con productos que tengan enzimas que funciones a temperaturas altas, mientras que el lavado en agua fría emplea enzimas provenientes de microorganismos que se desarrollan en temperaturas bajas.
ü En la industria alimenticia también se usan enzimas. Por ejemplo en la etapa final de la fabricación de jugos cuando hay que sacar los restos de pepitas de frutas antes de la pasteurización, se emplea la enzima pectinasa que degrada la pectina, el principal componente de la semillas.
ü Las enzimas también se usan en la industria textil para ablandar los jeans. En este caso se usa celulasa, que degrada la celulosa que es el principal componente de las células vegetales (entre ellas, las células del algodón que es el principal componente de la tela de jean). Mediante un proceso controlado (temperatura, tiempo, cantidad y tipo de celulasa) se logran diferentes texturas de jean. También se usa la enzima celulasa en la industria del papel (que está formado por celulosa) para lograr diferentes texturas.
1.2.- La biotecnología moderna
Actualmente, los científicos comprenden mucho más cómo ocurren los procesos biológicos que permiten la fabricación de productos biotecnológicos. Esto les ha permitido desarrollar nuevas técnicas a fin de modificar o imitar algunos de esos procesos y lograr una variedad mucho más amplia de productos. Los científicos hoy saben, además, que los microorganismos sintetizan compuestos químicos y enzimas que pueden emplearse eficientemente en procesos industriales. Estos conocimientos dieron lugar al desarrollo de la biotecnología moderna.
A diferencia de la biotecnología tradicional, la biotecnología moderna surge en la década de los ’80, y utiliza técnicas, denominadas en su conjunto ingeniería genética, para modificar y transferir genes de un organismo a otro. El siguiente esquema resume la definición actual del término biotecnología:
Biotecnología tradicional
Empleo de organismos para la obtención de un producto útil para la industria
Biotecnología moderna
Es la que emplea las técnicas de ingeniería genética
La biotecnología es el empleo de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre, e incluye la producción de proteínas recombinantes, el mejoramiento de cultivos vegetales y del ganado y el empleo de organismos para limpiar el medio ambiente.
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A través de la biotecnología moderna es posible producir insulina humana en bacterias y, consecuentemente, mejorar el tratamiento de la diabetes. Por ingeniería genética también se fabrica la quimosina, enzima clave para la fabricación del queso y que evita el empleo del cuajo en este proceso. La ingeniería genética también es hoy una herramienta fundamental para el mejoramiento de los cultivos vegetales. Por ejemplo, es posible transferir un gen proveniente de una bacteria a una planta, tal es el ejemplo del maíz Bt. En este caso, los bacilos del suelo fabrican una proteína que mata a las larvas de un insecto que normalmente destruyen los cultivos de maíz. Al transferirle el gen correspondiente, ahora el maíz fabrica esta proteína y por lo tanto resulta refractaria al ataque del insecto.
La biotecnología moderna avanza y, en la actualidad, son muchos los países que utilizan las técnicas de ingeniería genética para la obtención de diferentes productos que tienen aplicación en la producción de alimentos, de medicamentos, y de productos industriales.
Así podemos definirla como el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos, para obtener bienes y servicios para el hombre.
2.- ANTECEDENTES
La historia de la biotecnología puede dividirse en cuatro períodos.El primero corresponde a la era anterior a Pasteur. En esta época, la biotecnología se refiere a las prácticas empíricas de selección de plantas y animales y sus cruzas, y a la fermentación como un proceso para preservar y enriquecer el contenido proteínico de los alimentos. Se caracteriza como la aplicación artesanal de una experiencia resultante de la práctica diaria.
La segunda era biotecnológica comienza con la identificación, por Pasteur, de los microorganismos como causa de la fermentación y el siguiente descubrimiento por parte de Buchner de la capacidad de las enzimas, extraídas de las levaduras, de convertir azúcares en alcohol. Estos desarrollos dieron un gran impulso al desarrollo industrial de productos como las levaduras, los ácidos cítricos y lácticos y, finalmente, al desarrollo de una industria química para la producción de acetona, "butanol" y glicerol, mediante el uso de bacterias.
La tercera época en la historia de la biotecnología se caracteriza el descubrimiento de la penicilina por Fleming en 1928, sentaría las bases para la producción en gran escala de antibióticos, a partir de la década de los años cuarenta.
La cuarta era de la biotecnología es la actual. Se inicia con el descubrimiento de la doble estructura axial del ácido "deoxi-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 aplicación en 1975 de la técnica del "hibridoma" para la producción de anticuerpos "monoclonales", gracias a los trabajos de Milstein y Kohler.
En todos estos casos, la innovación biotecnológica surgió en el sector productivo; en cambio, los desarrollos de la nueva biotecnología se originan en los centros de investigación, generalmente localizados en el seno de las universidades.
Es posible agrupar las tecnologías que forman parte de la biotecnología en los seis grupos siguientes:
♦ Cultivos de tejidos y células para la rápida micropropagación "in vitro" de plantas, la obtención de cultivos sanos, el mejoramiento genético por cruza amplia, la preservación e intercambio de "germoplasma", la "biosíntesis" de "metabolitos" secundarios de interés económico y la investigación básica.
♦ El uso de enzimas o fermentación microbiana, para la conservación de materia primas definidas como sustratos en determinados productos, la recuperación de estos productos, su separación de los caldos de fermentación y su purificación final.
♦ Tecnología del "hibridoma", que se refiere a la producción, a partir de "clones", de anticuerpos de acción muy específica que reciben el nombre de anticuerpos "monoclonales".
♦ Ingeniería de proteínas, que implica la modificación de la estructura de las proteínas para mejorar su funcionamiento o para la producción de proteínas totalmente nuevas. Ingeniería genética o tecnología del "ADN", que consiste en la introducción de un "ADN" híbrido, que contiene los genes de interés para determinados propósitos, para capacitar a ciertos organismos en la elaboración de productos específicos, ya sean estos enzimas, hormonas o cualquier otro tipo de proteína u organismo.
♦ Bioinformática, que se refiere a la técnica basada en la utilización de proteínas en aparatos electrónicos, particularmente sensores biológicos y "bioships"; es decir, "microchips" biológicos, capaces de lógica y memoria.
La nueva biotecnología crea nuevos procesos y nuevos productos en diversas áreas de la economía. Como estos procesos se basan en los mismos principios, ya sea que se apliquen en un sector económico o en otro, ello introduce cierto grado de flexibilidad, ya que permite la movilidad entre diferentes sectores. Por ejemplo, los procesos de fermentación pueden aplicarse para la producción, en gran escala, de alcohol o de antibióticos como la penicilina, o en escalas menores para la producción de aminoácidos o en la industria farmacéutica. Esto facilita la movilidad de factores productivos y tiene impacto sobre la calificación de la mano de obra, la cual, aun cuando deberá adaptarse a este nuevo perfil tecnológico (tanto en términos cuantitativos como cualitativos) posiblemente logre al mismo tiempo una mayor facilidad de empleo. A nivel mundial el interés por la biotecnología es indudable, como se ve a través del frecuente abordaje de tales temas en los periódicos, libros y medios de comunicación.
Determinadas proteínas humanas y algunos enzimas requeridos en Medicina se conseguirán de esta forma, en el futuro. Otros muchos beneficios, serán el resultado de la fabricación mediante técnicas de fermentación, de anticuerpos específicos para fines analíticos y terapéuticos. Estos anticuerpos monoclonales se producirán mediante el crecimiento de células en grandes tanques de cultivo, utilizando el conocimiento biotecnológico adquirido por el cultivo de microorganismos en grandes fermentadores, como por ejemplo la producción de antibióticos como la penicilina.
Se están desarrollando en la actualidad importantes descubrimientos y aplicaciones comerciales en cada uno de los campos de la Biotecnología, incluyendo las que tienen lugar en las industrias de fermentación, la biotecnología de los enzimas y células inmovilizadas, el tratamiento de residuos y la utilización de subproductos. Aquellos procesos que resulten productivos serán útiles a la sociedad, atractivos para la industria por motivos comerciales y en algunos casos recibirán el apoyo de los respectivos gobiernos.
Una gran potencialidad de la biotecnología se da en el campo de la investigación y el desarrollo científico, ya que proporciona herramientas que permiten una mejor comprensión de los procesos fisiológicos, por ejemplo, del sistema inmuno-defensivo, o que reducen, en forma considerable, los plazos de la I y D, facilitando así los procesos de innovación tecnológica.
Ha sido frecuente, en los últimos tiempos, señalar el láser y la biotecnología como ejemplos del segundo tipo de innovación.
En la agricultura, la biotecnología se orienta a la superación de los factores limitantes de la producción agrícola a través de la obtención de variedades de plantas tolerantes a condiciones ambientales negativas (sequías, suelos ácidos), resistentes a enfermedades y pestes, que permitan aumentar el proceso fotosintético, la fijación de nitrógeno o la captación de elementos nutritivos. También se apunta al logro de plantas más productivas y/o más nutritivas, mediante la mejora de su contenido proteínico o aminoácido.
Un desarrollo paralelo es la producción de pesticidas (insecticidas, herbicidas y fungicidas) microbianos. Las técnicas que ya se emplean, o que están desarrollándose, van desde los cultivos de tejidos, la fusión protoplasmática, el cultivo in Vitro de "meristemas", la producción de nódulos de "rhizobium" y "micorizas", hasta la ingeniería genética para la obtención de plantas de mayor capacidad fotosintética, que puedan fijar directamente nitrógeno, resistentes a plagas y pestes, etc. El cultivo de tejidos consiste en la regeneración de plantas completas a partir de una masa amorfa, de células, que se denomina "callo". En su forma más general, se aplica a todo tipo de cultivo "in Vitro", desde simples unidades indiferenciadas hasta complejos multicelulares y órganos. El proceso consiste en la incubación, en condiciones controladas y asépticas, de una célula o parte de un tejido vegetal (hoja, tallo, raíz, embrión, semilla, "meristema", polen, etc.) en un medio que contiene elementos nutritivos, vitaminas y factores de crecimiento.
Las aplicaciones de esta técnica se dan en tres áreas fundamentales:
* a) Rápida micropropagación in “Vitro” de plantas.
* b) Desarrollo "in Vitro" de variedades mejoradas y
* c) Producción de "metabolitos" secundarios de interés económico para el cultivo de células de plantas. En el primer grupo se incluye el cultivo "in Vitro" de "meristemas", que permiten la micropropagación de material de siembra uniforme y sano, y el cultivo de anteras, de gran utilidad al permitir la reducción del tiempo necesario en la selección de genes, y por lo tanto de gran ayuda en las técnicas tradicionales de hibridación. También incluye el cultivo y la fusión de "protoplastos", el cultivo de embriones, la mutación somática, etc.
Las ventajas principales del cultivo "in vitro" de plantas son:
a) Rápida reproducción y multiplicación de cultivos;
b) Obtención de cultivos sanos, libres de virus y agentes patógenos;
c) Posibilidad de obtener material de siembra a lo largo de todo el año (no
estar sujetos al ciclo estacional)
d) Posibilidad de reproducir especies de difícil reproducción o de
reproducción y crecimientos lentos .
e) Facilita la investigación y proporciona nuevas herramientas de gran
utilidad en otras técnicas como la del "ADN" .
f) Mejora las condiciones de almacenamiento, transporte y comercialización
de germoplasma, facilitando su transferencia internacional.
Algunas de las técnicas aplicadas son ya prácticamente de dominio público y tienen además costos relativamente bajos. Como ejemplo puede mencionarse los cultivos de tejidos, ampliamente utilizados para la producción de plantas ornamentales y con enorme potencial en plantas tropicales como la yuca, la palma de aceite, la patata dulce, el banano, la papaya, etc. En forma similar, la producción de "inóculos" de "rhizobium" es una actividad ampliamente utilizada en el cultivo de la soya en los Estados Unidos, Australia y Brasil, y que prácticamente ha eliminado la utilización de fertilizantes químicos en este cultivo. Un aspecto que es importante de destacar en el desarrollo de la biotecnología agrícola, es que tanto los procesos como los productos que se utilizan como insumos, están fuertemente condicionados por las características ecológicas, climáticas y geográficas, así como por la diversidad biológica y genética de cada área o región. Por lo tanto, el desarrollo biotecnológico aplicado a la agricultura tiene que ser llevado a cabo in situ. Por ejemplo, es sabido que cada especie de leguminosa existe una bacteria de "rhizobium" específica. Más aún, estas bacterias tienden a ser, además, específicas respecto de condiciones ecológicas y climáticas particulares, de tal manera que para cada leguminosa se necesita no sólo el "inóculo" de una bacteria determinada, sino que también esa bacteria se adapte a las condiciones ambientales en las cuales la leguminosa se cultiva. Así los "inóculos" de "rhizobium" que se utiliza para los cultivos de soya en los Estados Unidos no son efectivos en los cultivos de soya en Brasil, ya que las características de los suelos, la temperatura y la humedad difieren. La producción de "inóculos" debe realizarse en el lugar y para el producto para el cual se van a utilizar.
Actualmente la biotecnología está siendo aplicada en gran escala en la producción de alcohol (etanol), como combustible sustituto del petróleo, fundamentalmente en el Brasil y en menor medida en Estados Unidos y la India. En el Brasil, la producción se logra a partir de melazas de la caña de azúcar, mientras que en Estados Unidos se usa el maíz. Otro producto importante es el ácido cítrico. Los principales productores son los Estados Unidos, Italia, Bélgica y Francia. Utilizan como materia prima melazas de remolacha.
La importancia que tiene cada una de las aplicaciones mencionadas es incuestionable desde el punto de vista económico. Como ejemplos concretos cabe mencionar las aplicaciones ya realizadas para la micropropagación de cultivos sanos de yuca, el desarrollo en curso de sistemas de reproducción para la palma africana (palma de aceite), el creciente comercio internacional de plantas ornamentales, la producción de material sano de patata y el creciente intercambio de "germoplasma". Por lo que respecta a la mayor rapidez en la obtención de híbridos, se han indicado las siguientes cifras: una nueva especie de tomate que por cruza tradicional se obtiene en un plazo de 7-8 años, por variación "somaclonal" se puede obtener en 3-4 años; en el caso de la caña de azúcar, el plazo se reduce de 14 a 7 años. Las diferentes técnicas de cultivo de tejidos están en distintas fases de desarrollo; algunas como el tejido "meristemático", ya han sido ampliamente aplicadas para la obtención de cultivos sanos y libres de virus (caso yuca, por ejemplo).
Las técnicas de cultivo de tejidos se pueden clasificar, según la fecha de su aplicación en actividades económicas, en las siguientes categorías: Aplicaciones de corto plazo (dentro de los tres años), aplicaciones de mediano plazo (dentro de los próximos ocho años), aplicaciones de largo plazo (no antes de los próximos ocho años), propagación vegetativa , Variación "somaclonal" Hibridización somática, eliminación de enfermedades, variación "gametoclonal", líneas celulares mutantes, intercambio de germoplasma, cultivos de embriones, transferencia de cromosomas, transferencia de genes pro cruza amplia Fertilización "in vitro" Ingeniería genética molecular, cultivo de anteras y "haploidea". Otra aplicación económica importante, aun cuando es de más largo plazo, es la obtención de "metabolitos" secundarios por cultivo celular. Hay cuatro grupos importantes de "metabolitos" secundarios:
a) aceites esenciales, que se emplean como sazonadores, perfumes y solventes; b) glucósidos: "saponinas", aceite de mostaza para colorantes; c) alcaloides tales como morfina, cocaína, atropina, etc. de gran utilidad en la producción de fármacos, de los que se conocen más de 4000 compuestos, la mayoría de origen vegetal; d) enzimas: "hidrolasas", "proteasas", "amilasas", "ribonucleasa".
La obtención por procesos tradicionales de estos productos es ineficiente, estando sujeta a las variaciones estacionales y/o climáticas, dificultades de conservación y transporte, falta de homogeneidad del producto obtenido, etc. Frente a estos inconvenientes, el cultivo celular ofrece la posibilidad de un suministro regular de un producto homogéneo y sobre todo la perspectiva de lograr buenos rendimientos, dado que las plantas pueden ser "manipuladas" y su crecimiento es controlado. El cultivo celular permite la "rutinización" típica de las actividades industriales y por lo tanto la optimización de las operaciones. Finalmente, se vislumbra también la posibilidad de obtener nuevos compuestos por medio del cultivo celular. Para ello se prevén dos enfoques diferentes: a) el aislamiento de un cultivo capaz de alto rendimiento y b) el cultivo celular en gran escala y la obtención industrial de determinados productos.
3.- ¿CUÁLES SON LAS RAMAS DE LA BIOTECNOLOGÍA?
3.1. BIOTECNOLOGIA EN SALUD HUMANA
Desarrollo en tecnologías, para el diagnóstico de enfermedades infecciosas o de desórdenes genéticos.
LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN:
· Clonación de células madre.
· Reprogramación de células adultas sin necesidad de clonar.
· Esclarecimiento y manipulación del mecanismo genético que dispara la formación de órganos y extremidades en el embrión.
3.2.- BIOTECNOLOGÍA ANIMAL
Su aplicación es dirigida a sistemas diagnósticos, nuevas vacunas y drogas, fertilización de embriones in Vitro, uso de hormonas de crecimiento, etc.
Las áreas en la que está influyendo la biotecnología para la reproducción animal son:
· Uso de tecnología reproductivas.
· Nuevas vacunas
· Nuevas bacterias y cultivos celulares que producen hormonas.
En animales tenemos ejemplos de modelos desarrollados para evaluar enfermedades genéticas humanas, el uso de animales para la producción de drogas y como fuente donante de células y órganos, por ejemplo el uso de animales para la producción de proteínas sanguíneas humanas o anticuerpos.
Para las enfermedades animales, la biotecnología provee de numerosas oportunidades para combatirlas, y están siendo desarrolladas vacunas contra muchas enfermedades bovinas y porcinas, que en los últimos tiempos han hecho mella en estos animales.
3.3.- BIOTECNOLOGÍA INDUSTRIAL
Es la disciplina que hace uso de los conocimientos científicos, campos de biología molecular, microbiología, bioquímica e ingeniería bioquímica, para contribuir al desarrollo de la agricultura, la medicina y las ciencias ambientales.
Desde hace varias décadas las grandes multinacionales de la biotecnología tienen puestos sus ojos en el control de algo vital para todos los pueblos del planeta, las plantas.
Ya que, tanto las plantas silvestres como los cultivos encierran unas posibilidades de hacer negocio verdaderamente insospechadas. Y esta posibilidad la han visto claramente dos empresas como:
Pharmagenesis es una empresa Americana que une, en la investigación de las plantas, la biología y la informática. Esta empresa basa sus estudios en el análisis de una planta china, llamada "Liana del Dios del Trueno", ha sido analizada química y genéticamente y se ha descubierto que es eficaz contra la artritis y además es anticancerígena, ya que la molécula extraída de la planta provoca el suicidio de las células cancerígenas de distintos tumores.
Los chinos llevan muchos años (muchísimos) utilizando de forma natural estas plantas, pero Pharmagenesis tiene la patente para explotar el principio activo de la "Liana del Dios del Trueno" y los chinos no obtienen ningún beneficio de ello, en cambio, esta empresa ganará mucho dinero por los derechos de autor en la venta de cada caja de medicamento que se venda.
3.4.- BIOTECNOLOGÍA VEGETAL
Con las técnicas de la biotecnología moderna, es posible producir más rápidamente que antes, nuevas variedades de plantas con características mejoradas, produciendo en mayores cantidades, con tolerancia a condiciones adversas, resistencia a herbicidas específicos, control de plagas, cultivo durante todo el año. Problemas de enfermedades y control de malezas ahora pueden ser tratados genéticamente en vez de con químicos.
La ingeniería genética (proceso de transferir ADN de un organismo a otro) aporta grandes beneficios a la agricultura a través de la manipulación genética de microorganismos, plantas y animales.
Una planta modificada por ingeniería genética, que contiene ADN de una fuente externa, es un organismo transgénico. Un ejemplo de planta transgénica es el tomate que permite mantenerse durante mas tiempo en los almacenes evitando que se reblandezcan antes de ser transportados.
* Alimentos con más vitaminas, minerales y proteínas y menos contenido en grasas.
Desventaja: Aparición de alergias insospechadas.
* Cultivos más resistentes al ataque de virus, hongos, insectos sin la necesidad de emplear productos químicos, lo que supone un mayor ahorro económico y menor daño al medio ambiente.
Desventaja: Desaparición de avifauna que no se adapte a nuevas condiciones de plantas mejoradas.
* Mayor tiempo de conservación de frutas y verduras.
* Cultivos tolerantes a la sequía.
3.5.- BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL
Es cuando la biotecnología es aplicada y usada para estudiar el entorno natural. La biotecnología ambiental también puede implicar tratar de aprovechar un proceso biológico para usos comerciales y de la explotación. La Sociedad Internacional Biotecnología Ambiental define a la biotecnología ambiental como "el desarrollo, uso y regulación de sistemas biológicos para la remediación de entornos contaminados (tierra, aire, agua) y para procesos amigables con el entorno natural (tecnologías "verdes" y desarrollo sustentable)".
4.- IMPORTANCIA DE LA BIOTECNOLOGÍA
En el campo de la Biotecnología Ambiental. Como una de las consecuencias del desarrollo humano y tecnológico de las últimas décadas, las sociedades actuales se enfrentan a serios problemas de contaminación ambiental. La biotecnología ambiental ha surgido como una respuesta para la solución a muchos de los problemas de contaminación actual. Hablando de modo genérico, la biotecnología ambiental abarca cualquier aplicación destinada a reducir la contaminación, desde la utilización de microorganismos para la generación de combustibles hasta el empleo de plantas modificadas genéticamente para la absorción de substancias tóxicas.
Con respecto a la Biotecnología Vegetal, Con las técnicas de la biotecnología moderna, es posible producir más rápidamente que antes, nuevas variedades de plantas con características mejoradas, produciendo en mayores cantidades, con tolerancia a condiciones adversas, resistencia a herbicidas específicos, control de plagas, cultivo durante todo el año. Problemas de enfermedades y control de malezas ahora pueden ser tratados genéticamente en vez de con químicos.
Lo que permite la biotecnología es acelerar tiempos y realizar todo tipo de combinaciones, casi sin límites. Así, por ejemplo, antes cuando se buscaban mejoras en alimentos, el procedimiento habitual era cruzar especies. A partir del desarrollo de la biotecnología todo este proceso comenzó a acelerarse ya que directamente se procede a tomar los genes que se quiere de una y otra especie para combinarlos mediante ingeniería genética, y obtener algo nuevo.
Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos.
La biotecnología ofrece soluciones para una gama de problemas relacionados con las condiciones de vida de grandes sectores de la población y es una importante fuente de generación de empleos, en especial para profesionales y técnicos.
La Biotecnología permite avanzar en el conocimiento de los procesos moleculares y genéticos, responsables, en último término, de la aparición de enfermedades y del avance de las infecciones. Actualmente existen más de 155 fármacos y vacunas biotecnológicos que mejoran la esperanza y calidad de vida de 325 millones de personas en el mundo, y además hay 370 fármacos biotecnológicos en desarrollo contra enfermedades como el cáncer, Alzheimer, esclerosis múltiple, artritis, sida y enfermedades cardiovasculares. Los beneficios del mercado bio-farmacéutico alcanzaron en el año 2006 los 50.000 millones de dólares, y se estima que alcancen los 100.000 millones de dólares en 2010. Los anticuerpos monoclonales terapéuticos son una nueva vía terapéutica para enfermedades contra el cáncer. Existe una decena de ellos aprobados y más de 120 en desarrollo, para un mercado actual de 350 millones de dólares que crece un 50% anualmente.
ÁREAS FUNDAMENTALES DE DESARROLLO
La Biotecnología se puede aplicar de manera horizontal a una multiplicidad de sectores, entre ellos la medicina, la farmacia, la agricultura, la alimentación, la energía, la producción industrial o el medio ambiente. Las principales actividades de la Biotecnología en España y en el resto del mundo son las orientadas a la terapia regenerativa, la mejora genética de especies vegetales y animales, la medicina personalizada, la investigación en bioprocesos alimentarios, industriales y energéticos, el desarrollo de nuevos fármacos y vacunas, así como el avance en el conocimiento de la Genómica, la Proteómica y la Metabolómica, procesos genéticos y moleculares que, al fin y al cabo, son los últimos responsables del crecimiento y desarrollo de los seres vivos, incluido el género humano.La terapia regenerativa es posible gracias a las células madre, que permiten regenerar tejidos y órganos dañados. En EEUU, existen 180 firmas trabajando en esta nueva área terapéutica. En la actualidad, esta nueva terapia representa un valor de mercado actual por encima de los 3.200 millones de dólares. No obstante, debido a la preocupación social y religiosa, los Comités Nacionales de Ética son una pieza clave para asegurar el avance responsable de la investigación con célula madre. Los programas tradicionales de selección y mejora genética de cultivos y razas animales ganaderas, también se están comenzando a beneficiar del conocimiento y las herramientas generadas por la Biotecnología. Además de la mejora de la calidad y la resistencia de los productos y de las producciones agrícolas y ganaderas, otra de las grandes aplicaciones de las plantas y cultivos modificados genéticamente consiste en su utilización para producir medicamentos, cuyo futuro se estima que alcanzará, sólo en EEUU, el valor de 2.200 millones de dólares para el año 2010.
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).
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. Labiotecnogía ha sido utilizada por el hombre en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. Procesos como la producción de cerveza, vino, queso y yogurt 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 yogurt o el vino. 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 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 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.
1.- ¿QUÉ ES LA BIOTECNOLOGÍA?
El término “biotecnología” es relativamente nuevo para el público amplio. Pero, la biotecnología está presente en la vida cotidiana más de lo que la gente se imagina. De hecho, la biotecnología es una actividad antigua, que comenzó hace miles de años cuando el hombre descubrió que al fermentar las uvas se obtenía un producto como el vino. También es biotecnología la fabricación de cerveza a partir de la fermentación de cereales que el hombre empezó a elaborar hace 4.000 años, y la fermentación de jugo de manzanas para la fabricación de sidra. En estos procesos intervienen microorganismos que transforman componentes del jugo de frutas o de cereales en alcohol.
También es biotecnología la fabricación de pan mediante el uso de levaduras, la elaboración de quesos mediante el agregado de bacterias, y también de salames. El yogurt también es un producto que se obtiene mediante procesos biotecnológicos desde la antigüedad.
Aunque en ese entonces los hombres no entendían cómo ocurrían estos procesos, ni conocían la existencia de microorganismos, podían utilizarlos para su beneficio. Estas aplicaciones constituyen lo que se conoce como biotecnología tradicional y se basa en la obtención y utilización de los productos del metabolismo de ciertos microorganismos. Se puede definir la biotecnología tradicional como “la utilización de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre”.
1.1.- Biotecnología tradicional aplicada a la industria
La biotecnología se aplica a diferentes ramas de la industria: alimenticia, textil, detergentes, combustibles, plásticos, papel, farmacéutica. En general lo que se usa son productos del metabolismo de los microorganismos. Por ejemplo, algunas de las aplicaciones de la biotecnología tradicional a la industria son:
ü El alcohol que se puede usar para la industria alimenticia o farmacéutica, pero también se puede usar como combustible (en Brasil se produce alco nafta a partir de la caña de azúcar).
ü Producción de yogures probióticos en los que se usa el microorganismo entero que está presente en el producto final.
ü A partir de microorganismos se pueden fabricar ácidos orgánicos para diferentes aplicaciones, como el ácido cítrico para endulzar gaseosas y golosinas.
ü Muchos antibióticos son fabricados por microorganismos, como la penicilina que la fabrica un hongo de la familia penicillium.
ü Los plásticos son polímeros de diferentes estructuras químicas. La mayoría de ellos se producen a partir de derivados de petróleo. Pero hay microorganismos que fabrican polímeros que son biodegradables.
ü Las enzimas son proteínas que tiene la función de catalizadores biológicos, que aceleran reacciones químicas, haciendo que el proceso sea más rápido y eficiente que cualquier otro proceso químico. Las enzimas se utilizan habitualmente en los detergentes o polvo para lavar la ropa. Por ejemplo, lipasas para sacar manchas de grasas, proteasas para sacar manchas de proteínas, etc. Cada tipo de enzima tiene un rango de temperaturas dentro del cual es activa. En la temperatura óptima actúa al 100% y al alejarse de esa temperatura disminuye su función. Para determinados procesos en los cuales se necesitan temperaturas extremas, se van a emplear enzimas provenientes de organismos extremófilos que pueden actuar a temperaturas extremas (altas o bajas). Por ejemplo, la ropa de hospital que requiere esterilización se lava con productos que tengan enzimas que funciones a temperaturas altas, mientras que el lavado en agua fría emplea enzimas provenientes de microorganismos que se desarrollan en temperaturas bajas.
ü En la industria alimenticia también se usan enzimas. Por ejemplo en la etapa final de la fabricación de jugos cuando hay que sacar los restos de pepitas de frutas antes de la pasteurización, se emplea la enzima pectinasa que degrada la pectina, el principal componente de la semillas.
ü Las enzimas también se usan en la industria textil para ablandar los jeans. En este caso se usa celulasa, que degrada la celulosa que es el principal componente de las células vegetales (entre ellas, las células del algodón que es el principal componente de la tela de jean). Mediante un proceso controlado (temperatura, tiempo, cantidad y tipo de celulasa) se logran diferentes texturas de jean. También se usa la enzima celulasa en la industria del papel (que está formado por celulosa) para lograr diferentes texturas.
1.2.- La biotecnología moderna
Actualmente, los científicos comprenden mucho más cómo ocurren los procesos biológicos que permiten la fabricación de productos biotecnológicos. Esto les ha permitido desarrollar nuevas técnicas a fin de modificar o imitar algunos de esos procesos y lograr una variedad mucho más amplia de productos. Los científicos hoy saben, además, que los microorganismos sintetizan compuestos químicos y enzimas que pueden emplearse eficientemente en procesos industriales. Estos conocimientos dieron lugar al desarrollo de la biotecnología moderna.
A diferencia de la biotecnología tradicional, la biotecnología moderna surge en la década de los ’80, y utiliza técnicas, denominadas en su conjunto ingeniería genética, para modificar y transferir genes de un organismo a otro. El siguiente esquema resume la definición actual del término biotecnología:
Biotecnología tradicional
Empleo de organismos para la obtención de un producto útil para la industria
Biotecnología moderna
Es la que emplea las técnicas de ingeniería genética
La biotecnología es el empleo de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre, e incluye la producción de proteínas recombinantes, el mejoramiento de cultivos vegetales y del ganado y el empleo de organismos para limpiar el medio ambiente.
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A través de la biotecnología moderna es posible producir insulina humana en bacterias y, consecuentemente, mejorar el tratamiento de la diabetes. Por ingeniería genética también se fabrica la quimosina, enzima clave para la fabricación del queso y que evita el empleo del cuajo en este proceso. La ingeniería genética también es hoy una herramienta fundamental para el mejoramiento de los cultivos vegetales. Por ejemplo, es posible transferir un gen proveniente de una bacteria a una planta, tal es el ejemplo del maíz Bt. En este caso, los bacilos del suelo fabrican una proteína que mata a las larvas de un insecto que normalmente destruyen los cultivos de maíz. Al transferirle el gen correspondiente, ahora el maíz fabrica esta proteína y por lo tanto resulta refractaria al ataque del insecto.
La biotecnología moderna avanza y, en la actualidad, son muchos los países que utilizan las técnicas de ingeniería genética para la obtención de diferentes productos que tienen aplicación en la producción de alimentos, de medicamentos, y de productos industriales.
Así podemos definirla como el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos, para obtener bienes y servicios para el hombre.
2.- ANTECEDENTES
La historia de la biotecnología puede dividirse en cuatro períodos.El primero corresponde a la era anterior a Pasteur. En esta época, la biotecnología se refiere a las prácticas empíricas de selección de plantas y animales y sus cruzas, y a la fermentación como un proceso para preservar y enriquecer el contenido proteínico de los alimentos. Se caracteriza como la aplicación artesanal de una experiencia resultante de la práctica diaria.
La segunda era biotecnológica comienza con la identificación, por Pasteur, de los microorganismos como causa de la fermentación y el siguiente descubrimiento por parte de Buchner de la capacidad de las enzimas, extraídas de las levaduras, de convertir azúcares en alcohol. Estos desarrollos dieron un gran impulso al desarrollo industrial de productos como las levaduras, los ácidos cítricos y lácticos y, finalmente, al desarrollo de una industria química para la producción de acetona, "butanol" y glicerol, mediante el uso de bacterias.
La tercera época en la historia de la biotecnología se caracteriza el descubrimiento de la penicilina por Fleming en 1928, sentaría las bases para la producción en gran escala de antibióticos, a partir de la década de los años cuarenta.
La cuarta era de la biotecnología es la actual. Se inicia con el descubrimiento de la doble estructura axial del ácido "deoxi-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 aplicación en 1975 de la técnica del "hibridoma" para la producción de anticuerpos "monoclonales", gracias a los trabajos de Milstein y Kohler.
En todos estos casos, la innovación biotecnológica surgió en el sector productivo; en cambio, los desarrollos de la nueva biotecnología se originan en los centros de investigación, generalmente localizados en el seno de las universidades.
Es posible agrupar las tecnologías que forman parte de la biotecnología en los seis grupos siguientes:
♦ Cultivos de tejidos y células para la rápida micropropagación "in vitro" de plantas, la obtención de cultivos sanos, el mejoramiento genético por cruza amplia, la preservación e intercambio de "germoplasma", la "biosíntesis" de "metabolitos" secundarios de interés económico y la investigación básica.
♦ El uso de enzimas o fermentación microbiana, para la conservación de materia primas definidas como sustratos en determinados productos, la recuperación de estos productos, su separación de los caldos de fermentación y su purificación final.
♦ Tecnología del "hibridoma", que se refiere a la producción, a partir de "clones", de anticuerpos de acción muy específica que reciben el nombre de anticuerpos "monoclonales".
♦ Ingeniería de proteínas, que implica la modificación de la estructura de las proteínas para mejorar su funcionamiento o para la producción de proteínas totalmente nuevas. Ingeniería genética o tecnología del "ADN", que consiste en la introducción de un "ADN" híbrido, que contiene los genes de interés para determinados propósitos, para capacitar a ciertos organismos en la elaboración de productos específicos, ya sean estos enzimas, hormonas o cualquier otro tipo de proteína u organismo.
♦ Bioinformática, que se refiere a la técnica basada en la utilización de proteínas en aparatos electrónicos, particularmente sensores biológicos y "bioships"; es decir, "microchips" biológicos, capaces de lógica y memoria.
La nueva biotecnología crea nuevos procesos y nuevos productos en diversas áreas de la economía. Como estos procesos se basan en los mismos principios, ya sea que se apliquen en un sector económico o en otro, ello introduce cierto grado de flexibilidad, ya que permite la movilidad entre diferentes sectores. Por ejemplo, los procesos de fermentación pueden aplicarse para la producción, en gran escala, de alcohol o de antibióticos como la penicilina, o en escalas menores para la producción de aminoácidos o en la industria farmacéutica. Esto facilita la movilidad de factores productivos y tiene impacto sobre la calificación de la mano de obra, la cual, aun cuando deberá adaptarse a este nuevo perfil tecnológico (tanto en términos cuantitativos como cualitativos) posiblemente logre al mismo tiempo una mayor facilidad de empleo. A nivel mundial el interés por la biotecnología es indudable, como se ve a través del frecuente abordaje de tales temas en los periódicos, libros y medios de comunicación.
Determinadas proteínas humanas y algunos enzimas requeridos en Medicina se conseguirán de esta forma, en el futuro. Otros muchos beneficios, serán el resultado de la fabricación mediante técnicas de fermentación, de anticuerpos específicos para fines analíticos y terapéuticos. Estos anticuerpos monoclonales se producirán mediante el crecimiento de células en grandes tanques de cultivo, utilizando el conocimiento biotecnológico adquirido por el cultivo de microorganismos en grandes fermentadores, como por ejemplo la producción de antibióticos como la penicilina.
Se están desarrollando en la actualidad importantes descubrimientos y aplicaciones comerciales en cada uno de los campos de la Biotecnología, incluyendo las que tienen lugar en las industrias de fermentación, la biotecnología de los enzimas y células inmovilizadas, el tratamiento de residuos y la utilización de subproductos. Aquellos procesos que resulten productivos serán útiles a la sociedad, atractivos para la industria por motivos comerciales y en algunos casos recibirán el apoyo de los respectivos gobiernos.
Una gran potencialidad de la biotecnología se da en el campo de la investigación y el desarrollo científico, ya que proporciona herramientas que permiten una mejor comprensión de los procesos fisiológicos, por ejemplo, del sistema inmuno-defensivo, o que reducen, en forma considerable, los plazos de la I y D, facilitando así los procesos de innovación tecnológica.
Ha sido frecuente, en los últimos tiempos, señalar el láser y la biotecnología como ejemplos del segundo tipo de innovación.
En la agricultura, la biotecnología se orienta a la superación de los factores limitantes de la producción agrícola a través de la obtención de variedades de plantas tolerantes a condiciones ambientales negativas (sequías, suelos ácidos), resistentes a enfermedades y pestes, que permitan aumentar el proceso fotosintético, la fijación de nitrógeno o la captación de elementos nutritivos. También se apunta al logro de plantas más productivas y/o más nutritivas, mediante la mejora de su contenido proteínico o aminoácido.
Un desarrollo paralelo es la producción de pesticidas (insecticidas, herbicidas y fungicidas) microbianos. Las técnicas que ya se emplean, o que están desarrollándose, van desde los cultivos de tejidos, la fusión protoplasmática, el cultivo in Vitro de "meristemas", la producción de nódulos de "rhizobium" y "micorizas", hasta la ingeniería genética para la obtención de plantas de mayor capacidad fotosintética, que puedan fijar directamente nitrógeno, resistentes a plagas y pestes, etc. El cultivo de tejidos consiste en la regeneración de plantas completas a partir de una masa amorfa, de células, que se denomina "callo". En su forma más general, se aplica a todo tipo de cultivo "in Vitro", desde simples unidades indiferenciadas hasta complejos multicelulares y órganos. El proceso consiste en la incubación, en condiciones controladas y asépticas, de una célula o parte de un tejido vegetal (hoja, tallo, raíz, embrión, semilla, "meristema", polen, etc.) en un medio que contiene elementos nutritivos, vitaminas y factores de crecimiento.
Las aplicaciones de esta técnica se dan en tres áreas fundamentales:
* a) Rápida micropropagación in “Vitro” de plantas.
* b) Desarrollo "in Vitro" de variedades mejoradas y
* c) Producción de "metabolitos" secundarios de interés económico para el cultivo de células de plantas. En el primer grupo se incluye el cultivo "in Vitro" de "meristemas", que permiten la micropropagación de material de siembra uniforme y sano, y el cultivo de anteras, de gran utilidad al permitir la reducción del tiempo necesario en la selección de genes, y por lo tanto de gran ayuda en las técnicas tradicionales de hibridación. También incluye el cultivo y la fusión de "protoplastos", el cultivo de embriones, la mutación somática, etc.
Las ventajas principales del cultivo "in vitro" de plantas son:
a) Rápida reproducción y multiplicación de cultivos;
b) Obtención de cultivos sanos, libres de virus y agentes patógenos;
c) Posibilidad de obtener material de siembra a lo largo de todo el año (no
estar sujetos al ciclo estacional)
d) Posibilidad de reproducir especies de difícil reproducción o de
reproducción y crecimientos lentos .
e) Facilita la investigación y proporciona nuevas herramientas de gran
utilidad en otras técnicas como la del "ADN" .
f) Mejora las condiciones de almacenamiento, transporte y comercialización
de germoplasma, facilitando su transferencia internacional.
Algunas de las técnicas aplicadas son ya prácticamente de dominio público y tienen además costos relativamente bajos. Como ejemplo puede mencionarse los cultivos de tejidos, ampliamente utilizados para la producción de plantas ornamentales y con enorme potencial en plantas tropicales como la yuca, la palma de aceite, la patata dulce, el banano, la papaya, etc. En forma similar, la producción de "inóculos" de "rhizobium" es una actividad ampliamente utilizada en el cultivo de la soya en los Estados Unidos, Australia y Brasil, y que prácticamente ha eliminado la utilización de fertilizantes químicos en este cultivo. Un aspecto que es importante de destacar en el desarrollo de la biotecnología agrícola, es que tanto los procesos como los productos que se utilizan como insumos, están fuertemente condicionados por las características ecológicas, climáticas y geográficas, así como por la diversidad biológica y genética de cada área o región. Por lo tanto, el desarrollo biotecnológico aplicado a la agricultura tiene que ser llevado a cabo in situ. Por ejemplo, es sabido que cada especie de leguminosa existe una bacteria de "rhizobium" específica. Más aún, estas bacterias tienden a ser, además, específicas respecto de condiciones ecológicas y climáticas particulares, de tal manera que para cada leguminosa se necesita no sólo el "inóculo" de una bacteria determinada, sino que también esa bacteria se adapte a las condiciones ambientales en las cuales la leguminosa se cultiva. Así los "inóculos" de "rhizobium" que se utiliza para los cultivos de soya en los Estados Unidos no son efectivos en los cultivos de soya en Brasil, ya que las características de los suelos, la temperatura y la humedad difieren. La producción de "inóculos" debe realizarse en el lugar y para el producto para el cual se van a utilizar.
Actualmente la biotecnología está siendo aplicada en gran escala en la producción de alcohol (etanol), como combustible sustituto del petróleo, fundamentalmente en el Brasil y en menor medida en Estados Unidos y la India. En el Brasil, la producción se logra a partir de melazas de la caña de azúcar, mientras que en Estados Unidos se usa el maíz. Otro producto importante es el ácido cítrico. Los principales productores son los Estados Unidos, Italia, Bélgica y Francia. Utilizan como materia prima melazas de remolacha.
La importancia que tiene cada una de las aplicaciones mencionadas es incuestionable desde el punto de vista económico. Como ejemplos concretos cabe mencionar las aplicaciones ya realizadas para la micropropagación de cultivos sanos de yuca, el desarrollo en curso de sistemas de reproducción para la palma africana (palma de aceite), el creciente comercio internacional de plantas ornamentales, la producción de material sano de patata y el creciente intercambio de "germoplasma". Por lo que respecta a la mayor rapidez en la obtención de híbridos, se han indicado las siguientes cifras: una nueva especie de tomate que por cruza tradicional se obtiene en un plazo de 7-8 años, por variación "somaclonal" se puede obtener en 3-4 años; en el caso de la caña de azúcar, el plazo se reduce de 14 a 7 años. Las diferentes técnicas de cultivo de tejidos están en distintas fases de desarrollo; algunas como el tejido "meristemático", ya han sido ampliamente aplicadas para la obtención de cultivos sanos y libres de virus (caso yuca, por ejemplo).
Las técnicas de cultivo de tejidos se pueden clasificar, según la fecha de su aplicación en actividades económicas, en las siguientes categorías: Aplicaciones de corto plazo (dentro de los tres años), aplicaciones de mediano plazo (dentro de los próximos ocho años), aplicaciones de largo plazo (no antes de los próximos ocho años), propagación vegetativa , Variación "somaclonal" Hibridización somática, eliminación de enfermedades, variación "gametoclonal", líneas celulares mutantes, intercambio de germoplasma, cultivos de embriones, transferencia de cromosomas, transferencia de genes pro cruza amplia Fertilización "in vitro" Ingeniería genética molecular, cultivo de anteras y "haploidea". Otra aplicación económica importante, aun cuando es de más largo plazo, es la obtención de "metabolitos" secundarios por cultivo celular. Hay cuatro grupos importantes de "metabolitos" secundarios:
a) aceites esenciales, que se emplean como sazonadores, perfumes y solventes; b) glucósidos: "saponinas", aceite de mostaza para colorantes; c) alcaloides tales como morfina, cocaína, atropina, etc. de gran utilidad en la producción de fármacos, de los que se conocen más de 4000 compuestos, la mayoría de origen vegetal; d) enzimas: "hidrolasas", "proteasas", "amilasas", "ribonucleasa".
La obtención por procesos tradicionales de estos productos es ineficiente, estando sujeta a las variaciones estacionales y/o climáticas, dificultades de conservación y transporte, falta de homogeneidad del producto obtenido, etc. Frente a estos inconvenientes, el cultivo celular ofrece la posibilidad de un suministro regular de un producto homogéneo y sobre todo la perspectiva de lograr buenos rendimientos, dado que las plantas pueden ser "manipuladas" y su crecimiento es controlado. El cultivo celular permite la "rutinización" típica de las actividades industriales y por lo tanto la optimización de las operaciones. Finalmente, se vislumbra también la posibilidad de obtener nuevos compuestos por medio del cultivo celular. Para ello se prevén dos enfoques diferentes: a) el aislamiento de un cultivo capaz de alto rendimiento y b) el cultivo celular en gran escala y la obtención industrial de determinados productos.
3.- ¿CUÁLES SON LAS RAMAS DE LA BIOTECNOLOGÍA?
3.1. BIOTECNOLOGIA EN SALUD HUMANA
Desarrollo en tecnologías, para el diagnóstico de enfermedades infecciosas o de desórdenes genéticos.
LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN:
· Clonación de células madre.
· Reprogramación de células adultas sin necesidad de clonar.
· Esclarecimiento y manipulación del mecanismo genético que dispara la formación de órganos y extremidades en el embrión.
3.2.- BIOTECNOLOGÍA ANIMAL
Su aplicación es dirigida a sistemas diagnósticos, nuevas vacunas y drogas, fertilización de embriones in Vitro, uso de hormonas de crecimiento, etc.
Las áreas en la que está influyendo la biotecnología para la reproducción animal son:
· Uso de tecnología reproductivas.
· Nuevas vacunas
· Nuevas bacterias y cultivos celulares que producen hormonas.
En animales tenemos ejemplos de modelos desarrollados para evaluar enfermedades genéticas humanas, el uso de animales para la producción de drogas y como fuente donante de células y órganos, por ejemplo el uso de animales para la producción de proteínas sanguíneas humanas o anticuerpos.
Para las enfermedades animales, la biotecnología provee de numerosas oportunidades para combatirlas, y están siendo desarrolladas vacunas contra muchas enfermedades bovinas y porcinas, que en los últimos tiempos han hecho mella en estos animales.
3.3.- BIOTECNOLOGÍA INDUSTRIAL
Es la disciplina que hace uso de los conocimientos científicos, campos de biología molecular, microbiología, bioquímica e ingeniería bioquímica, para contribuir al desarrollo de la agricultura, la medicina y las ciencias ambientales.
Desde hace varias décadas las grandes multinacionales de la biotecnología tienen puestos sus ojos en el control de algo vital para todos los pueblos del planeta, las plantas.
Ya que, tanto las plantas silvestres como los cultivos encierran unas posibilidades de hacer negocio verdaderamente insospechadas. Y esta posibilidad la han visto claramente dos empresas como:
Pharmagenesis es una empresa Americana que une, en la investigación de las plantas, la biología y la informática. Esta empresa basa sus estudios en el análisis de una planta china, llamada "Liana del Dios del Trueno", ha sido analizada química y genéticamente y se ha descubierto que es eficaz contra la artritis y además es anticancerígena, ya que la molécula extraída de la planta provoca el suicidio de las células cancerígenas de distintos tumores.
Los chinos llevan muchos años (muchísimos) utilizando de forma natural estas plantas, pero Pharmagenesis tiene la patente para explotar el principio activo de la "Liana del Dios del Trueno" y los chinos no obtienen ningún beneficio de ello, en cambio, esta empresa ganará mucho dinero por los derechos de autor en la venta de cada caja de medicamento que se venda.
3.4.- BIOTECNOLOGÍA VEGETAL
Con las técnicas de la biotecnología moderna, es posible producir más rápidamente que antes, nuevas variedades de plantas con características mejoradas, produciendo en mayores cantidades, con tolerancia a condiciones adversas, resistencia a herbicidas específicos, control de plagas, cultivo durante todo el año. Problemas de enfermedades y control de malezas ahora pueden ser tratados genéticamente en vez de con químicos.
La ingeniería genética (proceso de transferir ADN de un organismo a otro) aporta grandes beneficios a la agricultura a través de la manipulación genética de microorganismos, plantas y animales.
Una planta modificada por ingeniería genética, que contiene ADN de una fuente externa, es un organismo transgénico. Un ejemplo de planta transgénica es el tomate que permite mantenerse durante mas tiempo en los almacenes evitando que se reblandezcan antes de ser transportados.
* Alimentos con más vitaminas, minerales y proteínas y menos contenido en grasas.
Desventaja: Aparición de alergias insospechadas.
* Cultivos más resistentes al ataque de virus, hongos, insectos sin la necesidad de emplear productos químicos, lo que supone un mayor ahorro económico y menor daño al medio ambiente.
Desventaja: Desaparición de avifauna que no se adapte a nuevas condiciones de plantas mejoradas.
* Mayor tiempo de conservación de frutas y verduras.
* Cultivos tolerantes a la sequía.
3.5.- BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL
Es cuando la biotecnología es aplicada y usada para estudiar el entorno natural. La biotecnología ambiental también puede implicar tratar de aprovechar un proceso biológico para usos comerciales y de la explotación. La Sociedad Internacional Biotecnología Ambiental define a la biotecnología ambiental como "el desarrollo, uso y regulación de sistemas biológicos para la remediación de entornos contaminados (tierra, aire, agua) y para procesos amigables con el entorno natural (tecnologías "verdes" y desarrollo sustentable)".
4.- IMPORTANCIA DE LA BIOTECNOLOGÍA
En el campo de la Biotecnología Ambiental. Como una de las consecuencias del desarrollo humano y tecnológico de las últimas décadas, las sociedades actuales se enfrentan a serios problemas de contaminación ambiental. La biotecnología ambiental ha surgido como una respuesta para la solución a muchos de los problemas de contaminación actual. Hablando de modo genérico, la biotecnología ambiental abarca cualquier aplicación destinada a reducir la contaminación, desde la utilización de microorganismos para la generación de combustibles hasta el empleo de plantas modificadas genéticamente para la absorción de substancias tóxicas.
Con respecto a la Biotecnología Vegetal, Con las técnicas de la biotecnología moderna, es posible producir más rápidamente que antes, nuevas variedades de plantas con características mejoradas, produciendo en mayores cantidades, con tolerancia a condiciones adversas, resistencia a herbicidas específicos, control de plagas, cultivo durante todo el año. Problemas de enfermedades y control de malezas ahora pueden ser tratados genéticamente en vez de con químicos.
Lo que permite la biotecnología es acelerar tiempos y realizar todo tipo de combinaciones, casi sin límites. Así, por ejemplo, antes cuando se buscaban mejoras en alimentos, el procedimiento habitual era cruzar especies. A partir del desarrollo de la biotecnología todo este proceso comenzó a acelerarse ya que directamente se procede a tomar los genes que se quiere de una y otra especie para combinarlos mediante ingeniería genética, y obtener algo nuevo.
Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos.
La biotecnología ofrece soluciones para una gama de problemas relacionados con las condiciones de vida de grandes sectores de la población y es una importante fuente de generación de empleos, en especial para profesionales y técnicos.
La Biotecnología permite avanzar en el conocimiento de los procesos moleculares y genéticos, responsables, en último término, de la aparición de enfermedades y del avance de las infecciones. Actualmente existen más de 155 fármacos y vacunas biotecnológicos que mejoran la esperanza y calidad de vida de 325 millones de personas en el mundo, y además hay 370 fármacos biotecnológicos en desarrollo contra enfermedades como el cáncer, Alzheimer, esclerosis múltiple, artritis, sida y enfermedades cardiovasculares. Los beneficios del mercado bio-farmacéutico alcanzaron en el año 2006 los 50.000 millones de dólares, y se estima que alcancen los 100.000 millones de dólares en 2010. Los anticuerpos monoclonales terapéuticos son una nueva vía terapéutica para enfermedades contra el cáncer. Existe una decena de ellos aprobados y más de 120 en desarrollo, para un mercado actual de 350 millones de dólares que crece un 50% anualmente.
ÁREAS FUNDAMENTALES DE DESARROLLO
La Biotecnología se puede aplicar de manera horizontal a una multiplicidad de sectores, entre ellos la medicina, la farmacia, la agricultura, la alimentación, la energía, la producción industrial o el medio ambiente. Las principales actividades de la Biotecnología en España y en el resto del mundo son las orientadas a la terapia regenerativa, la mejora genética de especies vegetales y animales, la medicina personalizada, la investigación en bioprocesos alimentarios, industriales y energéticos, el desarrollo de nuevos fármacos y vacunas, así como el avance en el conocimiento de la Genómica, la Proteómica y la Metabolómica, procesos genéticos y moleculares que, al fin y al cabo, son los últimos responsables del crecimiento y desarrollo de los seres vivos, incluido el género humano.La terapia regenerativa es posible gracias a las células madre, que permiten regenerar tejidos y órganos dañados. En EEUU, existen 180 firmas trabajando en esta nueva área terapéutica. En la actualidad, esta nueva terapia representa un valor de mercado actual por encima de los 3.200 millones de dólares. No obstante, debido a la preocupación social y religiosa, los Comités Nacionales de Ética son una pieza clave para asegurar el avance responsable de la investigación con célula madre. Los programas tradicionales de selección y mejora genética de cultivos y razas animales ganaderas, también se están comenzando a beneficiar del conocimiento y las herramientas generadas por la Biotecnología. Además de la mejora de la calidad y la resistencia de los productos y de las producciones agrícolas y ganaderas, otra de las grandes aplicaciones de las plantas y cultivos modificados genéticamente consiste en su utilización para producir medicamentos, cuyo futuro se estima que alcanzará, sólo en EEUU, el valor de 2.200 millones de dólares para el año 2010.
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