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Labiotecnología es una técnica utilizada en la producción a gran escala de productos alimenticios y otros procesos mediante organismos vivos y su maquinaria metabólica. Las aplicaciones actuales de la biotecnología han revolucionado las industrias médica, agrícola y alimentaria.
Introducción a la Biotecnología
La Federación Europea de Biotecnología (EFB ) ha proporcionado la definición de biotecnología como:
Labiotecnología es la integración de la ciencia natural y los organismos, células, partes de éstos y análogos moleculares para productos y servicios.
En pocas palabras, utilizando el material genético de células y bacterias, podemos cambiar el genotipo de un organismo alterando su ADN. Esto suele hacerse utilizando un vector y transmitiendo los rasgos deseables al sujeto.
La biotecnología se ha utilizado históricamente para criar ganado y cultivos, incluso antes de que se estudiara el razonamiento científico de estas técnicas. Se utilizaba para hacer cuajada, pan, vino, domesticar y criar animales para obtener los rasgos deseados.
Desde entonces, la biotecnología ha crecido rápidamente en las últimas décadas. Se utiliza principalmente en medicina, agricultura, industria alimentaria y prácticas medioambientales.
Examinaremos varias aplicaciones de la biotecnología a lo largo del resto de este artículo.
Principios de la biotecnología molecular y aplicaciones del ADN recombinante
La biotecnología tiene dos principios y, mediante las aplicaciones de la tecnología del ADN recombinante, podemos alterar el genoma de un organismo y conferirle rasgos deseables utilizando la ingeniería genética y la ingeniería de bioprocesos.
La ingenieríagenética consiste en alterar la composición del ADN de un organismo mediante la inserción de nuevos genes y, de este modo, cambiar el fenotipo del organismo.
La ingeniería debioprocesos consiste en mantener un entorno estéril en los procesos químicos para permitir el crecimiento de productos biológicos como medicamentos, vacunas, cultivos, etc.
Ahora que conoces los principios de la biotecnología, podemos ver cómo hemos conseguido incorporar estos principios hablando de las aplicaciones del ADN recombinante.
Organismos modificados genéticamente
Los organismos como plantas, animales, bacterias, etc. cuyos genes han sido alterados mediante ingeniería genética se denominan Organismos Genéticamente Modificados. Se puede dotar a estos organismos de rasgos deseables insertando un gen extraño en su genoma para cambiar su fenotipo.
Veremos varios ejemplos de organismos modificados genéticamente, incluidos cultivos y animales utilizados para la investigación científica.
Algodón Bt
El cultivo del algodón siempre ha sido difícil, ya que siempre está amenazado por plagas como los gusanos de la cápsula. Gracias a ello, hemos podido crear un algodón resistente a las plagas llamado algodón Bt.
El algodónBt es un cultivo modificado genéticamente (MG) que tiene insertadas en su genoma algunas cepas del Bacillusthuringiensis .
El B. thuringiensis produce cristales prote ínicos que contienen proteínas insecticidas. Esta proteína está presente como protoxina inactiva que se activa una vez ingerida por el insecto por el pH alcalino del intestino. La toxina activada se une a las células epiteliales del intestino y crea poros en ellas. Estos poros provocan la lisis celular y, finalmente, la muerte del insecto.
Los científicos consiguieron aislar con éxito este gen tóxico del B. thuringiensis e incorporarlo a plantas como el algodón para hacerlas resistentes a las plagas. Así, podemos crear cultivos transgénicos resistentes a condiciones extremas y a las plagas.
Fig. 1: Este diagrama muestra cómo se produce el algodón Bt resistente a los insectos.
Animales transgénicos
Los animales cuyos genes se han alterado mediante ingeniería genética se conocen como animales transgénicos. La inserción de un gen extraño, un transgén , en el genoma del animal, se realiza para conferirle rasgos deseables.
Los científicos han creado con éxito ratas, vacas, ovejas, peces y ratones transgénicos para utilizarlos en la investigación científica. Actualmente, más del 95% de los animales sujetos son ratones, debido a la posibilidad de estudiar el comportamiento, la fisiología y los procesos de enfermedad en un mamífero que se reproduce con relativa rapidez. Estos animales están diseñados para estudiar la regulación de los genes y cómo afectan a las funciones del organismo del animal, tanto con la enfermedad como sin ella.
Muchas veces, los productos biológicos como los medicamentos y las vacunas se prueban en ratas transgénicas para evaluar su seguridad y los efectos secundarios que puedan desarrollarse. También se utilizan para pruebas de seguridad química como el maquillaje y la toxicidad de los fármacos. Sin duda, estas prácticas plantean cuestiones sobre las normas éticas.
Por eso existen ciertas normas éticas para garantizar que no se explota a los animales.
Por ejemplo, en las universidades de investigación, hay paneles que aprueban todos los protocolos y cualquier cambio en los procedimientos experimentales, llamados paneles IACUC. Hay inspecciones bianuales (como mínimo) de las instalaciones por parte de terceros neutrales. A nivel nacional, las organizaciones que conceden subvenciones exigen un razonamiento adecuado para el uso de sujetos animales específicos, y existen límites en el número de sujetos, manteniendo los experimentos con la potencia adecuada para el análisis estadístico.
Aplicaciones de la biotecnología en la sanidad
La biotecnología ha ayudado al desarrollo de la industria sanitaria utilizando procesos tecnológicos de ADN recombinante. Ha ayudado a desarrollar vacunas, curar trastornos genéticos, crear medicamentos que salvan vidas para pacientes con diabetes y otros fármacos que se comentan a continuación.
Insulina de ingeniería genética
La insulina es una hormona producida por lascélulas de los islotes del páncreas. Su función principal es controlar la cantidad de azúcar en nuestro torrente sanguíneo.
Cuando aumenta nuestro nivel de azúcar en sangre, el páncreas libera insulina para reducir estos niveles a una cantidad normal. Los diabéticos necesitan insulina a intervalos regulares para regular sus niveles de azúcar en sangre, ya que su organismo no produce suficiente insulina.
Hay dos tipos de pacientes diabéticos.
Las personas con diabetes tipo 1 no pueden producir insulina mientras que,
las personas con diabetes de tipo 2 no producen suficiente insulina.
En consecuencia, necesitan hormonas producidas artificialmente para regular sus niveles de azúcar.
A principios y mediados del siglo XX, la insulina se extraía del páncreas del ganado vacuno y porcino. Sin embargo, esto provocó alergias y otros síntomas en algunos pacientes. Además, la insulina extraída de animales tarda varias horas en hacer efecto.
El desarrollo de la insulina transgénica revolucionó el suministro, ya que esta insulina era más fácil de obtener, tardaba menos en hacer efecto y no causaba efectos secundarios en los pacientes.
Cuando se sintetiza la insulina, se produce como una prohormona con una cadena polipeptídica, la cadena C, junto con las cadenas A y B. La insulina madura no tiene la cadena C y sólo tiene las cadenas A y B.
En 1983, una empresa estadounidense llamada Eli Lilly consiguió producir insulina madura con la ayuda de técnicas de ADNr.
Esto hizo que la insulina estuviera ampliamente disponible y fuera mucho más eficaz que la insulina animal.
Fig. 2: Diagrama de la conversión de la proinsulina en insulina madura sin péptido C.
Terapia génica
Las personas con enfermedades genéticas pueden someterse ahora a terapia génica. La terapia génica es un conjunto de técnicas utilizadas para corregir un gen defectuoso en un individuo, normalmente a una edad temprana, pero potencialmente también en adultos. Los trastornos genéticos se tratan mediante la inserción de un gen correcto como sustituto del gen defectuoso. Para llevar a cabo este proceso se utilizan vectores como el adenovirus.
Si la terapia génica se introduce en el niño a una edad temprana, hay muchas posibilidades de que se produzca una curación permanente, ya que el gen correcto sustituye al defectuoso.
Esto se ha utilizado para curar a pacientes con deficiencia de ADA (adenosina deaminasa).
La deficiencia de ADA es una enfermedad genética que daña el sistema inmunitario y es también una causa frecuente de inmunodeficiencia combinada grave (IDCG). Las personas con IDCG son incapaces de luchar contra los patógenos y tienen una inmunidad muy baja. La deficiencia de ADA es un trastorno autosómico recesivo causado por un defecto en el gen ADA. El gen ADA tiene instrucciones para la enzima Adenosina deaminasa, que produce glóbulos blancos (linfocitos). Los síntomas de la ADA empiezan a manifestarse en los pacientes antes de los 6 meses de edad. Incluyen erupciones cutáneas, neumonía, retraso del crecimiento y, a veces, retraso del desarrollo.
Diagnóstico molecular
Te habrás dado cuenta de que durante la pandemia de COVID-19, los que mostraban síntomas tenían que someterse a una prueba rápida de PCR (reacción en cadena de la polimerasa). Se trata de otra aplicación de la biotecnología utilizada para diagnosticar enfermedades que normalmente no pueden diagnosticarse mediante análisis de orina o suero.
Junto con la PCR, otros métodos de diagnóstico son el ELISA (ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas) y la tecnología del ADN recombinante. Estas técnicas se basan en el principio de interacción antígeno-anticuerpo. Los patógenos pueden detectarse por la presencia de antígenos como proteínas, glucoproteínas, etc.
Aplicación de la biotecnología en la gestión de residuos
La biotecnología puede aprovecharse para ayudar a mejorar factores medioambientales como lagestión de residuos . A lo largo de este artículo, hemos abordado algunas de estas tecnologías. La ingeniería genética desempeña un papel importante en la eficacia deproducir menos residuos.
Los cultivos modificados genéticamente pueden ayudar a reducir el desperdicio innecesario de alimentos al ayudar a los agricultores a minimizar la pérdida de cosechas conservando al mismo tiempo los recursos. Permite a los agricultores obtener mayores rendimientos utilizando menos tierra, ayudando aconservar la biodiversidad. Además, el cultivo de algunos cultivos modificados genéticamente ha ayudado realmente a reducirlas emisiones dedióxido de carbono producidas por la agricultura ya que se necesita menos maquinaria pesada.
Algunos cultivos que han sido modificados para reducir la necesidad de fertilizantes, y las piscifactorías que utilizan fuentes de alimentos vegetales (normalmente procedentes de cultivos modificados genéticamente) tienen menos escorrentía de residuos que tiende a provocar eutrofización (un proceso que reduce la biodiversidad debido al aumento del crecimiento de plantas acuáticas y algas ).
Aplicaciones en la industria alimentaria
Con la ayuda de la biotecnología, ahora podemos producir alimentos que tienen una vida útil más larga, un sabor mejorado y un alto valor nutritivo. Con las técnicas y los recursos adecuados, la biotecnología puede utilizarse incluso para erradicar el hambre en el mundo y otras enfermedades causadas por la malnutrición.
A continuación se exponen algunas aplicaciones de estas técnicas.
Fermentación
Las fábricas de cerveza utilizan levaduras anaeróbicas para producir alcohol. Tradicionalmente, se sabe que las levaduras fermentan a 20-28 grados Celsius. Se sabe que las levaduras modificadas genéticamente producen alcohol a temperaturas mucho más bajas, lo que resulta rentable. El pan también se produce de forma similar con la ayuda de levaduras modificadas genéticamente. Estos cultivos se han refinado genéticamente para producir alimentos de alta calidad.
Vida útil más larga
¿Te has dado cuenta alguna vez de que los plátanos o los tomates que has comprado en el supermercado se vuelven pulposos después de dejarlos reposar fuera unos días? Esto se llama maduración de las frutas, y puede ser especialmente molesto si tus frutas y verduras maduran demasiado deprisa y se echan a perder a los pocos días. Para hacer frente a este problema, los científicos han empezado a producir cultivos modificados genéticamente que tienen naturalmente una vida útil más larga. Esto, a su vez, ha reducido el despilfarro de alimentos y recursos, ahorrando dinero.
Una empresa de California llamada Calgene consiguió crear un tomate llamado Flavr Savr, que tiene una vida útil más larga y puede utilizarse para apoyar el transporte marítimo. Del mismo modo, científicos de Israel consiguieron fabricar plátanos modificados genéticamente que no sólo tienen una larga vida útil, sino también altos valores nutritivos.
Ejemplos de biotecnología en la agricultura
La seguridad alimentaria y el intento de resolver los problemas asociados a la producción de alimentos han estado en el punto de mira de muchos científicos que trabajan en la industria agrícola desarrollando tanto nuevas formas de cultivar alimentos como nuevos tipos de alimentos utilizando técnicas de la biotecnología. Esto se lleva a cabo de 2 formas principales: modificación genética (o ingeniería) y cría selectiva.
Cultivos modificados genéticamente
Los cultivos alimentarios pueden modificarse genéticamente. Esto ocurre cuando se elimina un gen identificado en una especie diferente utilizando enzimas y se coloca en el ADN de otro organismo. Cuando esto ocurre, el organismo resultante se conoce como transgénico.
Organismo transgénico - Organismo que contiene material genético de otro organismo no relacionado y que ha sido introducido por medios artificiales.
Los cultivos que han sufrido modificaciones genéticas incluyen tales alteraciones para hacerlos
Más valiosos desde el punto de vista nutricional, como el arroz dorado - que contiene un gen de otra planta y una bacteria para hacer que los granos de arroz produzcan betacaroteno, una sustancia química que se convierte en vitamina A en el cuerpo humano. Esta variedad de arroz puede ayudar a quienes padecen carencias relacionadas con enfermedades.
Resistentea los insectos, como en el trigo y el maíz - contienen un gen de una bacteria conocida como Bacillusthuringiensis que produce de forma natural una toxina que mata plagas como las orugas.
Resistente a algunos herbicidas (una sustancia química que destruye las plantas) - algunas plantas contienen este gen de forma natural. Pero a las que no, se les puede insertar este gen para que, cuando los agricultores rocíen todo su campo con herbicida, sólo mueran las malas hierbas y no las plantas de cultivo.
resistentes a la sequía para que crezcan mejor en condiciones más secas y cálidas y así aumentar el rendimiento de los cultivos.
Las técnicas de ingeniería genética desempeñan un papel enorme en las aplicaciones de la biotecnología que conforman nuestras vidas cada día. ¡Lee más sobre ellas consultando el artículo sobre Ingeniería Genética!
Mejora selectiva
Este tipo de cría en relación con la agricultura existe desde hace miles de años. La cría selectiva es cuando un organismo con rasgos deseables se cruza con otro de la misma especie, que generalmente también contiene rasgos deseables. Se utiliza también en los cultivos alimentarios, la cría de ganado y la piscicultura.
En comparación con la modificación genética, la cría selectiva no conlleva algunas de las preocupaciones éticas que plantea esta última técnica biotecnológica. Para algunos, lamodificación genética se aleja demasiado de los procesos naturales.
Cría selectiva | Modificación genética | |
Definición | La selección artificial de parejas reproductoras con características deseadas para producir descendencia con esas características. | La manipulación artificial del genoma de un organismo para conseguir las características deseadas |
Número de generaciones necesarias para lograr el cambio | Muchas generaciones | Una |
Organismo implicado | Los individuos tienen que ser de la misma especie | Se introduce ADN extraño de una especie no emparentada |
Intervención humana | Los humanos intervienen en el apareamiento seleccionando parejas reproductoras, los genes se combinan por sí solos | Los humanos intervienen introduciendo genes en el organismo huésped para crear nuevas combinaciones genéticas. |
¡La cría selectiva existe desde hace mucho tiempo! Consulta el artículo"Cría selectiva" para saber por qué.
Aplicación de la biotecnología en la acuicultura
Laacuicultura, también conocida como agricultura acuática , incluye procesos como lapiscicultura utilizados para conseguiruna pesca sostenible . Con la creciente demanda de peces de piscifactoría, la biotecnología puede ayudar a satisfacerla.
La biotecnología desempeña un papel masivo en la acuicultura, concretamente asegurando que los peces
Alcancen unatasa de crecimiento sustancial utilizando técnicas como la cría selectiva
Los piensos acuáticos tengan un mayor valor nutritivo mediante la producción de fuentes alternativas de proteínas de origen vegetal
Semejora la salud mediante el uso de ingeniería genética para seleccionar genes resistentes a las enfermedades y mediante la administración de vacunas
También ofrece beneficios medioambientales, no sólo ayudará a conservar las poblaciones silvestres, sino que puede ayudar a restaurar y proteger el medio ambiente.
La conservación del medio ambiente es un subproducto de la utilización de fuentes de proteínas vegetales, que contienen mucho menos fósforo que las proteínas de pescado. Lee más sobre acuicultura consultando nuestro artículo sobre ¡Pesca y agricultura sostenibles!
Aplicaciones de la biotecnología en la industria láctea
Las bacterias que se alimentan de lactosa, unidas a la biotecnología, pueden utilizarse para cambiar la textura de la leche y convertirla en queso. Este método se ha incorporado a la cultura humana desde hace siglos y sólo con la ayuda de la tecnología actual podemos producir en masa estos productos, que no sólo son de alta calidad, sino también rentables.
¿Alguna vez has ido a una tienda de comestibles y te has encontrado en un estado de indecisión porque hay muchas opciones de yogur y no sabes cuál elegir? Te sorprendería saber que este yogur, de textura suave y espesa, lo producen bacterias como el Lactobacillus bulgaricus y el Streptococcus thermophilus.
Estas bacterias fermentan la lactosa de la leche en ácido láctico y producen el yogur. La presencia de ácido láctico impide el crecimiento de bacterias nocivas. Esto también significa que el yogur puede conservarse durante unos días, si se guarda adecuadamente.
Aplicación de la biotecnología - Puntos clave
- Labiotecnología es el proceso de producción a gran escala de productos alimenticios, medicamentos y otros recursos utilizando organismos vivos y su maquinaria metabólica.
- Se pueden crear medicamentos, vacunas y otros fármacos terapéuticos mediante la tecnología del ADN recombinante.
- Las enfermedades genéticas pueden curarse mediante terapia génica corrigiendo un gen defectuoso.
- Los métodos de diagnóstico molecular como la PCR, ELISA y la tecnología del ADN recombinante se utilizan para diagnosticar enfermedades como el VIH-SIDA, COVID-19, etc.
- Los organismos con genes alterados se llaman Organismos Genéticamente Modificados
Referencias
- Biotecnología y sus aplicaciones, 2022
- Suzanne Wakim y Mandeep Grewal, Biotecnología, Biología LibreTexts, 2022
- Los científicos desarrollan plátanos modificados genéticamente con una vida útil más larga, Crop Biotech Update. (s.f.)
- Haroon F, Ghazanfar M, Aplicaciones de la biotecnología alimentaria, Jour. of Ecosys & Eco, 2016
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