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Universidad de Concepción Gobierno Regional
Qué es la Biotecnologia
Línea de Tiempo de la Biotecnología

 

La biotecnología es un área multidisciplinaria, que emplea la biología, química y procesos, con gran uso en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, ciencias forestales y medicina. Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Karl Ereky, en 1919.

 

Una definición de biotecnología aceptada internacionalmente es la siguiente:

 

La biotecnología se refiere a 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 (Convention on Biological Diversity, Article 2. Use of Terms, United Nations. 1992).


 

Las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y se suelen clasificar como:

 

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

 

* Biotecnología blanca: conocida como biotecnología industrial, es aquella aplicada a procesos industriales. Un ejemplo de ello es el diseño 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 deshechos 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 el diseño 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. Si los productos de la biotecnología verde como éste son más respetuosos con el medio ambiente o no, es un tema de debate.

 

* 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.


 

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El ADN es la sigla empleada para el Ácido DesoxiriboNucleico. Este corresponde al material genético que está presente en cada célula de los organismos vivos. Está presente en algunos virus (otros virus tiene ARN), algas, plantas, árboles, animales y el hombre. El ADN se forma por cuatro nucleótidos (letras) que son Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T). Esta información se encuentra en el núcleo de la célula y es lo que conocemos como genoma. Una característica de gran interés es que las bases del ADN son las mismas en todos los organismos vivos, pero varía el orden en que se disponen estas letras y la cantidad de ellas presentes en el núcleo. Es así que los virus tienen muy poco ADN comprado con el hombre. A su vez, no debemos engañarnos, ya que muchas plantas tienen mucho más ADN que el hombre.

 

Si pensamos en el pino tiene cerca de 9 veces más ADN que el hombre. Dentro del ADN hay diferentes funciones, algunas letras (secuencias) son responsables que existan los genes. Por ejemplo la insulina es una proteína, cuya información se encuentra en el núcleo. Del total del ADN de un organismo, se cree que sólo un 20% es funcional, es decir está involucrado en generar proteínas o cumplir una función en la célula. A medida que se vaya descifrando un mayor número de genomas será posible conocer la función de las diferentes partes del genoma.


 

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La biotecnología moderna se basa en la manipulación del ADN de los diferentes organismos. Con herramientas de la biología molecular (enzimas de restricción) es posible tomar un fragmento pequeño de ADN de un organismo (por ejemplo bacteria) e insertarlo en el ADN (genoma) de una planta. Eso se conoce con el nombre de tecnología del ADN recombinante (ADN de 2 o más fuentes diferentes).

 

El año de 1970 marca otra etapa importante: el comienzo de la manipulación enzimática del material genético, y por consiguiente, la aparición de la biotecnología moderna, que constituye la más reciente evolución de la manipulación genética. Los procedimientos que se utilizan reciben el nombre de métodos del ADN recombinante o clonación molecular del ADN.


 

La Reacción en cadena de la polimerasa, conocida como PCR por sus siglas en inglés (Polymerase Chain Reaction), es una técnica de biología molecular descrita en 1986 por Kary Mullis, cuyo objetivo es obtener un gran número de copias de un fragmento de ADN particular, partiendo de un mínimo; en teoría basta partir de una única copia de ese fragmento.

 

Esta técnica sirve para amplificar un fragmento de ADN. Tras la amplificación, resulta mucho más fácil identificar con una muy alta probabilidad virus o bacterias causantes de una enfermedad, identificar personas (test de paternidad) o hacer investigación científica sobre el ADN amplificado.

 

Gracias a que se han estudiado microorganismos que son termofílicos (viven a altas temperaturas) es que se ha desarrollado y mejorado esta técnica. Se emplean ADN polimerasas termoestables, extraídas de Thermus aquaticus (polimerasa Taq), Pyrococcus furiosus (Pfu), Thermococcus litoralis (Vent) y Thermus termophilus (Tth).


 

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La PCR consta de tres pasos que se repiten durante varios ciclos (varían entre 25 a 40). Todas las reacciones empiezan con la activación de la polimerasa, por lo cual se somete a una temperatura de 94-95ºC durante 5-10 minutos.

 

Posteriormente los pasos que se repiten son:


1. Desnaturalización (denaturation)

Se desnaturaliza el ADN, es decir se separan las dos hebras de las cuales está constituido. Este paso puede realizarse de diferentes modos, siendo el calentamiento (94-95ºC) de la muestra la forma más habitual. La temperatura a la cual se decide realizar la denaturación depende, por ejemplo, de la proporción de G+C que tenga la hebra, como también del largo de la misma.

 

2. Alineamiento (annealing)

En esta etapa se hibridación el cebador o partidor, uniéndose a secuencias complementarias en el ADN molde. Para esto es necesario que la temperatura descienda (puede variar según sea el caso entre 45ºC y 65ºC). Estos cebadores actuarán como límites de la región de la molécula que va a ser amplificada.

 

3. Extensión de la cadena

Por último actúa la ADN polimerasa, tomando el ADN molde para sintetizar la cadena complementaria y partiendo del cebador como soporte inicial necesario para la síntesis de nuevo ADN. Se aumenta la temperatura hasta 72 ºC, temperatura a la cual la ADN polimerasa presenta su máximo de actividad, aumentando exponencialmente la cantidad de fragmentos de ADN amplificados en la reacción.

 

Una vez completados todos los ciclos, se finaliza con dos pasos, uno de extensión de la cadena a la temperatura óptima de la ADN polimerasa, normalmente 72ºC, para finalizar enfriando la muestra a 4ºC para su conservación.


 

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La ingeniería genética es la tecnología que permite tener ADNr. La ingeniería genética puede definirse como "La manipulación deliberada de la información genética, con miras al análisis genético o al mejoramiento de una especie". La generación del ADNr puede tener diferentes fines, el más común es determinar la función o rol que tendría un gen. Por ejemplo, si asumimos que tenemos un fragmento de ADN y creemos que es responsable de la producción del color azul en flores, podemos insertar ese fragmento en una planta que produce flores blancas. Si al dejar crecer esta planta genera flores azules, entonces sabremos que ese gen es el ?culpable? del color azul. Las aplicaciones más comunes de esta tecnología la encontramos en el área de la farmacología. Muchas proteínas, que son necesarias para el buen funcionamiento del hombre (por ejemplo insulina, en el caso de diabéticos) se pueden producir en microorganismos a gran escala y bajo costo. Una ventaja enorme es que por esta metodología tendremos la insulina humana, con una gran pureza. Hoy en día se sintetizan más de 200 fármacos por medio de ADNr.

 

Según French Anderson (60 años), pionero de la terapia genética, "ya existe toda la base científica necesaria, pero no tendremos hasta dentro de 10 o 5 años la eficiencia y seguridad para llevar a cabo transferencias genéticas en forma ética".

 

La ingeniería genética tiene un gran potencial en las diferentes áreas de la biotecnología. Ya mencionábamos el caso de la insulina, beneficio directo para el hombre. Un área de uso y que representa sólo el 10% de la tecnología del ADNr, es en el sector agrícola. Es posible obtener plantas que posean una característica de interés, por ejemplo plantas que producen una toxina para insectos (maíz Bt), arroz enriquecido con vitamina (arroz dorado), cultivos que en el futuro sean capaces de actuar como biorreactores y producir fármacos, etc. Desde 1996, se están comercializando plantas genéticamente modificadas en el mundo, especialmente en Estados Unidos, Argentina, Brasil y Canadá.

 

En el área pecuaria, ya hay algunos ejemplos de animales genéticamente modificados y lo mismo en el caso de los peces, donde hay mucha investigación, pero todavía no se comercializan.


 

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Los alimentos transgénicos son aquellos que derivan de organismos genéticamente modificados. Hoy en día son 4 los principales cultivos GM, maíz, algodón, soya y canola, ya sea para resistencia a insectos o tolerancia a herbicidas o en algunos casos poseen ambas características. Sin embargo, hay 22 cultivos GM diferentes que se comercializan en el mundo. Un ejemplo serían galletas que son fabricadas con harina de soya GM. A la fecha no se ha demostrado ningún daño a la salud por el consumo de este tipo de alimentos.

 

En muchos procesos para producir alimentos, como en el caso del queso, se emplean enzimas que son producto de la tecnología del ADNr, pero estos productos no son denominados transgénicos.


 

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Si la clonación es posible, específicamente en el caso de vegetales se viene realizando hace muchos años. Esto es posible ya que la célula vegetal, a diferencia de la célula animal, es totipotente, es decir que a partir de cualquier célula es posible regerenar un individuo genéticamente idéntico al que pertenecía esa célula. Hay diferentes metodologías que permiten clonar (o copiar) un individuo.


 

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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 de los microorganismos para degradar y convertir dichos compuestos.

 

Los entornos marinos 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.


 

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La bioinformática es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas biológicos usando herramientas computacionales y hace que sea posible la rápida organización y análisis de los datos biológicos. Este campo también puede ser denominado biología computacional, y puede definirse como, "la conceptualización de la biología en término de moléculas y, a continuación, la aplicación de técnicas informáticas para comprender y organizar la información asociada a estas moléculas, a gran escala." La bioinformática desempeña un papel clave en diversas áreas, tales como la genómica funcional, la genómica estructural y la proteómica, y forma un componente clave en el sector de la biotecnología y la farmacéutica.


 

Ventajas

Entre las principales ventajas de la biotecnología se tienen:

 

* Rendimiento superior. Mediante los OGM el rendimiento de los cultivos aumenta, dando más alimento por menos recursos, disminuyendo las cosechas perdidas por enfermedad o plagas así como por factores ambientales. * Reducción de pesticidas. Cada vez que un OGM es modificado para resistir una determinada plaga se está contribuyendo a reducir el uso de los plaguicidas asociados a la misma que suelen ser causantes de grandes daños ambientales y a la salud. * Mejora en la nutrición. Se puede llegar a introducir vitaminas y proteínas adicionales en alimentos así como reducir los alergenos y toxinas naturales. También se puede intentar cultivar en condiciones extremas lo que auxiliaría a los países que tienen menos disposición de alimentos. * Mejora en el desarrollo de nuevos materiales.

 

 

Riesgos

A la fecha no se ha demostrado ningún riesgo proveniente de un OGM que esté a escala comercial. Esto ha sido posible, gracias a que se realizan estudios exhaustivos sobre el nuevo OGM. El área encargada de realizar estos análisis se denomina bioseguridad.

 

Los análisis que se realizan tienen dos objetivos principales, determinar que no hay riesgo para la salud human ni sobre el ambiente. Por ello, es necesario que se evalué el OGM en las diferentes etapas de generación, paso a paso. Si asumimos que hemos generado una petunia que tendrá flores de color amarrillo fosforescente, fenotípicamente deberá ser idéntica a la petunia no transformada, salvo por el color de la flor. A continuación se debe evaluar a pequeña escala, ya no en invernadero, para determinar si tiene algún impacto sobre el ambiente. En esta etapa se hacen estudios muy detallados, analizando desde la dispersión del polen a la misma especie u otra cercana hasta estudios de la rizósfera (suelo y bacterias que viven en el), con el fin de determinar si hubiesen cambios.

 

Si este producto fuese para consumo humano, entonces aún se deben presentar más análisis, que implican verificar que no se va a generar una nueva toxina, proteína que genere una respuesta alergénica en la población o cambios en la composición química de la planta en general.


 

ADN: es la base química de la herencia, constituido por una molécula con estructura de doble hélice formada por cuatro bases nitrogenadas (Adenina, Timina, Guanina y Citosina), grupos fosfato y azúcares. Generalmente se encuentra en el núcleo celular, pero puede hallarse también en algunos orgánulos citoplasmáticos como mitocondrias y cloroplastos.


Bacteria: microorganismo compuesto de una sola célula que se caracteriza por no poseer núcleo. Este tipo de organismo primitivo se clasifica dentro del grupo de los procariotas.


Célula: es la unidad más pequeña que contiene todas las propiedades de un ser vivo. Consta de un núcleo donde se halla el material hereditario (ADN) y u citoplasma que contiene diferentes orgánulos, los cuales cumplen variadas funciones (producción de energía o proteínas, almacenamiento de sustancias, etc.)


Cruzamiento: apareamiento entre dos individuos de la misma especie para producir descendencia.


Cultivar: categoría de plantas cultivadas que se distinguen claramente por ciertas características y deben ser cultivadas bajo condiciones específicas.


Enzima: proteína que promueve o activa un proceso químico sin alterarse o destruirse. Un tipo muy especial lo constituyen las enzimas de restricción, las cuales son sintetizadas por algunas bacterias como reacción ante la invasión de un ADN extraño (por ejemplo de algunos virus que atacan bacterias). Estas enzimas los seccionan en pequeños fragmentos, rechazando así la infección.


Especia: sustancia aromática usada como condimento (ejemplo: canela, pimienta, vainilla, etc.).


Especie: clasificación taxonómica que agrupa a un conjunto de individuos que pueden cruzarse naturalmente (generar descendencia fértil) y que presentan características similares.


Fermentación: proceso por el cual las enzimas de ciertas bacterias y levaduras convierten sustancias orgánicas complejas en otras más simples como alcohol, ácido láctico y gases.


Gen: unidad estructural y funcional de la herencia, transmitida de los padres a los hijos a través de los gametos (óvulo y espermatozoide, en el caso de los humanos y otros animales). Es un fragmento de ADN que lleva las instrucciones precisas para fabricar una determinada proteína.


Generación: conjunto de todos los organismos coetáneos vivientes de una especie.


Genética: ciencia que estudia la herencia, es decir la transmisión de los caracteres que un ser vivo pasa a su descendencia.


Herencia: transmisión de caracteres biológicos de los padres a los hijos.


Levadura: hongo unicelular que puede intervenir en procesos de fermentación.


Mejoramiento: conjunto de procedimientos utilizados para obtener progenies de plantas o animales con mejores características que los padres.


Microorganismo: organismo microscópico. Dentro de esta clasificación se incluyen hongos, bacterias y virus.


Molécula: es la porción más pequeña de un elemento o compuesto que conserva la identidad química del mismo. Es la unión dedos o más átomos.


Selección: escogencia de individuos con características deseables (por ejemplo, mayor rendimiento de granos) como padres de la siguiente generación.


 



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