Biotecnología

Biotecnología

La biotecnología es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medio ambiente y medicina. 

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.

• Herramientas

Ingeniería genética 

La ingeniería genética puede definirse como "La manipulación deliberada de la información genética, con miras al análisis genético o al mejoramiento de una especie". Una definición más adecuada seria la siguiente: La Ingeniería Genética es la ciencia biológica que trata de la manipulación de los genes. La aplicación de los conocimientos de la Ingeniería Genética constituye la Biotecnología. Las aplicaciones más comunes de esta tecnología la encontramos en el área de la farmacología.

ADN recombinante

El ADN recombinante, o ADN recombinado, es una molécula de ADN artificial formada de manera deliberada in vitro por la unión de secuencias de ADN provenientes de dos organismos de especies diferentes que normalmente no se encuentran juntos. Al introducirse este ADN recombinante en un organismo, se produce una modificación genética que permite la adición de un nuevo ADN al organismo, conllevando a la modificación de rasgos existentes o la expresión de nuevos rasgos.

Clonación celular

La clonación celular es un mecanismo que utiliza células para clonar fragmentos de ADN, no es una clonación de células. Para ello, previamente se ha tenido que amplificar (es decir, conseguir muchas copias clonadas) el ADN que se quiere clonar. Después, insertar el ADN en vehículos, denominados vectores, que lo transportan e introducen en las células. El nombre que reciben estas células es anfitriones, y son las células que hay que cultivar, es decir, conseguir multiplicarlas en un medio de cultivo.

Cultivo celular

Los cultivos de células in vitro consisten en un sistema formado por células provenientes de un órgano o un tejido, mantenidas en medios de cultivo de composición química definida y en condiciones de temperatura, pH, aireación y humedad controladas. De esta forma se aseguran su supervivencia y multiplicación, manteniendo todas sus funciones metabólicas de una manera semejante a las que tenían en el huésped.

• Aplicaciones

Medicina

En el área de la salud humana, la biotecnología tiene diversas aplicaciones: 

- Nutrición y salud. La biotecnología moderna puede contribuir a paliar los  problemas de desnutrición, atenuando al menos las carencias nutricionales  y mejorando la salud de las personas afectadas. También puede contribuir a solucionar problemas específicos que afectan a grupos de personas, como es el caso de determinadas alergias o enfermos diabéticos, o reducir el contenido de compuestos tóxicos en productos de consumo habitual en la población. 

- Diagnóstico. Una de las aplicaciones de mayor impacto de la tecnología del ADN es el desarrollo de nuevas técnicas para diagnóstico clínico. Esto ha permitido contar con tecnologías más eficientes para el reemplazo de las pruebas serológicas clásicas, y nuevos métodos para el diagnóstico de enfermedades infecciosas y genéticas.

- Biofármacos. Entre los biofármacos, se encuentran aquellos que cumplen una función de  reemplazo de moléculas naturales como en el caso de hormonas, interferones, factores  de coagulación sanguínea, etc y medicamentos de diseño como la estreptoquinasa, la uroquinasa, los anticuerpos monoclonales y los antígenos para inmunoterapias.

- Vacunas. La tecnología de ADN recombinante han permitido el surgimiento de una nueva generación de vacunas: las vacunas recombinantes y las vacunas de ADN.  

- Nuevos antibióticos. A partir de la identificación de sustancias producidas por microorganismos, plantas y animales con propiedades antibióticas con  relevancia clínica, es posible incrementar su acción antibiótica, alterando su composición molecular. 

-  Nuevos tratamientos.  Las  inmunoterapias se basan en el control de la respuesta inmune a través de la aplicación de anticuerpos monoclonales para la prevención de enfermedades virales, en el tratamiento de enfermedades autoinmunes y contra el cáncer, para reducir la respuesta inmune evitando el rechazo al transplante, etc.

Medioambiente

Gracias a la biotecnología se pueden transformar contaminantes en sustancias no tóxicas y generar materiales biodegradables a partir de recursos renovables.

La biotecnología ambiental se ocupa de la aplicación de los procesos biotecnológicos para proteger y mantener la calidad del medio ambiente.

En la actualidad, las principales aplicaciones concretas de la biotecnología para la mejora del medio ambiente son las siguientes:

• Eliminación de metales pesados.
• Eliminación de las mareas negras.
• Obtención de energía no contaminante.
• Tratamientos de residuos urbanos e industriales.
• Tratamientos de diferentes tipos de contaminación asociados a la industria del petróleo.
• Tratamiento de la contaminación producida por herbicidas, pesticidas e insecticidas.
• Ensayos sobre la toxicidad de diversos compuestos en la naturaleza.
• Detección de metales.
• Separaciones selectivas de mezclas de hidrocarburos.

Diversas técnicas biotecnológicas permiten resolver, de diferentes y novedosas maneras, el problema de la contaminación ambiental. Se pueden utilizar diversos microorganismos para afrontar problemas de tratamiento y control de la contaminación química en los ecosistemas, ya que algunos de ellos, principalmente bacterias, tienen la capacidad de eliminar del medio o degradar con enzimas gran número de compuestos tóxicos y peligrosos.

En la actualidad en los laboratorios se están creando bacterias, levaduras y enzimas específicas para conseguir la degradación de los residuos mediante las siguientes técnicas:

• Biometanización: Es un proceso de digestión anaerobia (sin oxígeno) de la materia orgánica por microorganismos, que la descomponen dando lugar a una mezcla de gases, principalmente metano y dióxido de carbono.
• Lagunas de estabilización: Se utilizan bacterias y algas para depurar residuos líquidos por procesos naturales.
• Filtros percoladores: Con filtros que contienen una población de microorganismos que degradan la materia orgánica que haya en el residuo.

Agricultura y ganadería

Mediante la biotecnología se pueden seleccionar genes concretos e introducirlos en una célula, obteniendo un organismo nuevo al que llamamos organismo genéticamente modificado, que poseerá las características que le hemos insertado.

• Agricultura: En agricultura estas técnicas pueden constituir toda una revolución, ya que las células vegetales son fácilmente manipulables. Los genes seleccionados se introducen en la célula vegetal mediante microinyección o biobalística. Se induce la división celular y, en poco tiempo, podemos tener un nuevo plantón, un organismo genéticamente modificado.  Con este sistema se han obtenido diferentes variedades, como por ejemplo: transgénicos de maíz, transgénicos de la patata, transgénicos de arroz...
• Ganadería:  La creación de animales transgénicos es un proceso más complicado que con vegetales. Las células animales no son totipotentes, por lo que hay que recurrir a un óvulo o a células embrionarias. Los mejores resultados se han obtenido con peces, como el salmón, la carpa y la lubina. A individuos de estas especies se les ha añadido el gen de la hormona del crecimiento, lo que produce un aumento de tamaño del pez en muy poco tiempo. Por ejemplo, en el salmón se ha introducido otro gen, "el anticongelante". Así puede ser criado en aguas muy frías.

Industria

Se podría definir como “el conjunto de empresas que fabrican industrialmente sustancias químicas o bienes de equipo y de consumo usando herramientas biotecnológicas”. Por ejemplo, algunas de las herramientas biotecnológicas que se usan industrialmente son las enzimas, los microorganismos, las líneas celulares, las fermentaciones, las materias primas de origen renovable y los productos biodegradables, entre otros. Con el uso de estas herramientas se consigue que los procesos de fabricación tengan un impacto menor sobre el medio ambiente, sin renunciar, sin embargo, a su eficacia, prestaciones o rentabilidad. Aplicaciones industriales (ejemplos significativos):

• Productos químicos de “gran tonelaje” y artículos indiferenciados: Hoy es posible producir mediante fermentación de materias primas renovables y baratas (melazas, bagazos, almidones y otros sustratos ricos en carbohidratos) compuestos que antes tenían que ser extraídos o sintetizados químicamente. También encontramos otros productos que pueden ser sintetizados por microorganismos y de los cuales actualmente se estudia la producción biotecnológica a escala industrial en sustitución de la síntesis petroquímica, como el ácido succínico o el ácido adípico.
• Productos de química fina y de especialidades químicas: Estos productos se caracterizan por la alta especialización funcional. Estos compuestos a menudo son muy complejos y requieren muchos pasos de síntesis, la utilización de cantidades estequiométricas de sustratos y reactivos, y pasar por etapas de proteccióndesprotección de grupos y el uso de grandes cantidades de energía. Ello permite desarrollar procesos mucho más eficientes y sostenibles a escala medioambiental y económica. 
• Enzimas: Las enzimas se han convertido en uno de los principales productos de la biotecnología industrial, hay empresas que se dedican exclusivamente a producirlos y comercializarlos. Las enzimas son compuestos de naturaleza proteica y son los responsables de la biocatálisis. Gracias a ellos, reacciones bioquímicas que requerirían altas temperaturas, exceso de sustratos o presencia de disolventes complejos se llevan a cabo a temperaturas próximas a la temperatura ambiental (entre 25ºC y 42ºC), en medios acuosos, normalmente no tóxicos, y de una manera sumamente específica y selectiva. Hoy hay más de 150 enzimas de uso comercial, de aplicación en todos los sectores de la industria, como por ejemplo: sector alimentario, sector textil, empresas diversas...
• Biocombustibles: Los llamados biocombustibles o biocarburantes son, junto con las enzimas, las grandes estrellas de la biotecnología industrial. Un biocombustible es un combustible para motores de explosión o combustión que se elabora a partir de materia prima de origen biológico o renovable (principalmente vegetal). Los biocombustibles actuales en el mercado, llamados de primera generación, son dos, el bioetanol y el biodiésel.
• Biomateriales: Los materiales sintetizados a partir de material biológico o utilizando metodologías basadas en sistemas biológicos (los llamados biomateriales) son, quizás, los productos más nuevos de la biotecnología industrial, y en los cuales hay más campo abierto para la investigación y la experimentación. Se trata de materiales aptos para diversas aplicaciones (desde construcción hasta la industria de juguetes) que pueden sustituir los plásticos y otros materiales derivados del petróleo, y mantener, y a menudo mejorar, las características y prestaciones. Los biomateriales más desarrollados hasta el momento son polímeros producidos por microorganismos o plantas, o derivados de estos microorganismos, como alternativa a los plásticos.