Your SlideShare is downloading. ×
Proceso de biotecnología
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Saving this for later?

Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime - even offline.

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply

Proceso de biotecnología

8,529
views

Published on

La biotecnología

La biotecnología

Published in: Education

0 Comments
5 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
8,529
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
127
Comments
0
Likes
5
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. ¿Qué es la biotecnología? La biotecnología se definecomo “la utilización de losseres vivos o de susprocesos biológicos, para laobtención o modificaciónde un producto, mejoraruna especie vegetal oanimal o la obtención de unservicio”. Otra definiciónsería “aplicación deprocedimientos científicospara la transformación dematerias por agentesbiológicos para producirbienes y servicios”.Disciplinas que aportan contenidos a labiotecnologíaSon las disciplinas que aportancontenidos a la biotecnología, como lamicrobiología, química, ingenieríaindustrial, informática se piensa que estaultima puede ser el futuro de labiotecnología.
  • 2. La biotecnología tiene aplicaciones enmúltiples sectores, como son: Sanidad y Medicina : Obtención de nuevasvacunas, terapia génica, obtención demedicamentos en OMG Industrias alimentarias: obtención dealimentos transgénicos y SCP (pienso) Agricultura y ganadería: obtención de plantasy animales transgénicos y clónicos. Medio ambiente: tratamiento deaguas, biorremediación. Industrias: Producción de enzimas paradetergentes, biocombustibles Otras: Estudios filogenéticos, huella genética(criminología, derecho), recuperación deespecies extinguidas
  • 3. BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LAINDUSTRIA ALIMENTARIA Algunos microorganismos son capaces de transformar ciertas sustancias enproductos de utilidad para el hombre como el pan, yogurt y bebidasalcohólicas. Se han utilizado desde las primeras civilizaciones aunque sinsaber su existencia ni su modo de acción.Dichas transformaciones sonoxidaciones incompletas delproducto inicial en ausencia deoxígeno, y son convertidos enmoléculas orgánicas mássencillas que están todavíareducidas. Es decir, hacenfermentaciones. Sinembargo, la mayor parte de losprocesos a nivel industrial sonaerobios, aunque reciban ladenominación defermentaciones.
  • 4.  Para hacer lasfermentaciones, se utilizanlevaduras y bacterias. Sólounas pocas especies tieneninterés industrial. Las levadurasmás importantes sonSaccharomyces cerevisiae ySaccharomycesellypsoideus, que se haempleado para fabricarpan, vino, sake, alcohol ycerveza. Sólo pueden fermentarhexosas, por lo que si se lesuministra disacáridos opolisacáridos previamente hayque hidrolizarlos. Otraslevaduras utilizadas sonSaccharomyces uvarum(vino), Saccharomyces cidrii(sidra). Dentro de las bacterias destacanlosLactococcus, Lactobacillus, Acetobacter y Streptococcus.
  • 5. La biotecnología en laactualidad FERMENTACIÓNALCOHÓLICA OETÍLICA:El etanol es undisolvente empleado enla industria química ycomponentefundamental de lasbebidas alcohólicas. Lafermentación esrealizada por levadurasdel géneroSaccharomyces quetransforman líquidosricos en azúcar en unmedio anaerobio.Dependiendo de la levadura se obtiene distintotipo de bebidas: para elvino, ron, coñac, whisky, cerveza, champán se utilizaSaccharomyces cerevisiae, y a veces Saccharomycesuvarum (para el vino), para la sidra Saccharomycescidrii.Usos en la industria alimentaria
  • 6. La biotecnología en laactualidad PRODUCCIÓN DEL PAN : El pan también es obtenido por fermentaciónalcohólica. Se utiliza también Saccharomycescerevisiae, y hasta el siglo XIX se conseguía delas fábricas de cerveza. Hace unafermentación alcohólica sobre los azúcares dela harina del trigo.Usos en la industria alimentaria● Primera hay que disponer deLEVADURA SECA, al hacer creceren un medio rico en oxígeno.● La mezcla se centrifuga paraseparar la levadura. Estalevadura es la que se añade a lamezcla de harina, agua y sal.● Primero hay que dejarla enreposo unas horas. El almidón esdegradado a glucosa porenzimas (amilasas) de la propiaharina, y la glucosa liberada esatacada por la levadura dandolugar a CO2 (burbujas u ojos delpan),y etanol.● El CO2 desprendido esponja elpan y aumenta de tamaño. Lamasa fermentada se mete en elhorno, y con el calor de lacocción se pierde el alcohol, elCO2 y las levadura muere.
  • 7. La biotecnología en laactualidad FERMENTACIÓN LÁCTICAUsos en la industria alimentariaÉl ácido láctico tiene varios usos. Los lactatos dehierro se emplean en el tratamiento deanemias, los de calcio para aumentar el nivel decalcio y los de sodio en la industria del plástico.Los microorganismos que llevan a cabo estafermentación se denominan "fermentos lácticos" o"bacterias del ácido láctico", que se encuentrande forma natural en la leche como los génerosLactococcus, Lactobacillus (L.bulgaricus, L. acidophilus) esheterofermetador, y Streptococcus (S. lactis, S.termophilus y S. cremoris) eshomofermentador y a veces Leuconostoc(heterofermentador). Son cocos o bacilosmóviles, anaerobios facultativos. El proceso deesterilización de la leche (altas temperaturas) losEn esta fermentación estasbacterias convierten lalactosa (azúcar de la leche)primero en galactosa yglucosa, y estas después enácido láctico .
  • 8. Estas bacterias son las responsablesdel agriamiento espontáneo de la leche(leche cortada), al formarse el ácidoláctico, baja el pH y se coagulan(desnaturalización) las proteínas lácteasadquiriendo una textura más o menossólida. Están presentes en la leche deforma natural. Esta fermentación seutiliza para obtener derivados lácteoscomo1. Leches fermentadas o agrias(yogurt, kéfir, kuomis), porStreptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc. Típicas deRumania, Bulgaria, Turquía, etc2. Mantequilla, por Streptococcus lactisy Streptococcus diacetalis3. Quesos. La textura final de cada tipode queso depende de hongos queLa biotecnología en laactualidadUsos en la industria alimentaria
  • 9. La biotecnología en laactualidad FERMENTACIÓN ACÉTICA La realizan las "bacterias del vinagre" o"bacterias del ácido acético", como Acetobacteraceti, Acetobacter oxydans o Gluconobacter, queson Gram- flagelados. Degradan parcialmente eletanol hasta ácido acético. Este proceso es aerobio, y el O2 es el aceptorfinal de los electrones que pierde el etanol, porlo que NO es una fermentación en sentidoestricto. Se la denomina fermentación porque laoxidación es incompleta. El sustrato inicial que contiene etanol puede serel vino (agriamiento del vino), una disolución deetanol, etc. Dura varias semanas, ya que en eltonel la difusión del aire en el tonel es lenta.Usos en la industria alimentaria
  • 10. La biotecnología enla actualidadBIOTECNOLOGÍA Y LA INDUSTRIA FARMACEÚTICALa industria farmacéutica incorporó lautilización de microorganismos en los década de1940. En los últimos años está utilizando latecnología del ADN recombinante e ingenieríagenética, lo que ha supuesto una revolución enlas perspectivas de la medicina. Losmicroorganismos se utilizan para la obtención deuna gran número de sustancias, como porejemplo:• Producción de antibióticos• Producción de vacunas (antígenosbacterianos y víricos), sueros y anticuerposmonoclonales• Producción de hormonas (insulina, delcrecimiento, esteroides)• Producción devitaminas, aminoácidos, enzimas, factores decoagulación• Antifúngicos y antitumorales(interferón)
  • 11. La biotecnología enla actualidadUno de los problemasambientales másimportantes en los paísesindustrializados es laenorme cantidad deresiduos generados, comoson: Urbanos (RSU y aguasresiduales) Industriales, muycontaminantes, comolos vertidos de metalespesados Agrícolas, como lospurines, fertilizantes, insecticidas, restos decosechasBIOTECNOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTEDada la capacidaddescomponedora ytransformadora de losmicroorganismos sobre lamateria (recordar su papel enlos ciclos biogeoquímicos), estase puede aprovechar para laeliminación de residuosproducidos en distintasactividades humanas, muchosde ellos con enorme podercontaminante, contribuyendo ala conservación del medionatural. Esta capacidad esnatural (bacterias que comenhidrocarburos) y también esdiseñada por el hombre(bacterias transgénicas quecomen explosivos).Se denomina BIORREMEDIACIÓNa la utilización de los microbiospara la descontaminación delmedio ambiente (suelos oaguas). Si se utilizan plantas sehabla de FITORREMEDIACIÓN.Algunos ejemplos son:
  • 12. Se denomina BIORREMEDIACIÓN a la utilización de los microbios para ladescontaminación del medio ambiente (suelos o aguas). Si se utilizan plantas se hablade FITORREMEDIACIÓN. Algunos ejemplos son: Bacterias que comen metales pesados del agua y suelo. (Doñana, minas). Lacontaminación por metales pesados es el principal problema medioambiental a nivelmundial. Tratamiento de los residuos por los microorganismos. Depuración de aguas residuales Eliminación de RSU, RI y R. Agrarios (fabricación de compost) Bacterias que comen explosivos Bacterias que comen hidrocarburos y aceites. Pseudomonas y Nocardia comenpetróleo, y se utiliza en las mareas negras y limpieza de conductospetrolíferos, tanques de petroleros. Eliminación de COMPUESTOS XENOBIÓTICOS. Pseudomonas come herbicidas einsecticidas. Producción de compuestos biodegradables. BIOPLÁSTICOS. Uno de los residuos másproblemáticos son los plásticos, ya que no son biodegradables. Sólo unas bacterias(Alcaligenes eutrophus) pueden fabricar unos compuestos, lospolibetahidroxialcanos (PHA) o bioplásticos. Son casi iguales que los plásticosbasados en el petróleo. Tiene la ventaja de ser biodegradables y se ha fabricadoenvases con ellos.
  • 13.  Un biorreactor es un recipiente osistema que mantiene un ambientebiológicamente activo. En algunoscasos, un biorreactor es unrecipiente en el que se lleva acabo un proceso químico queinvolucra organismos o sustanciasbioquímicamente activas derivadasde dichos organismos. Este procesopuede ser aeróbico o anaeróbico.Estos biorreactores soncomúnmente cilíndricos, variandoen tamaño desde algunos mililitroshasta metros cúbicos y sonusualmente fabricados en aceroinoxidable.¿ Que es un biorreactor?
  • 14. Los criterios básicos de diseño deun biorreactor son: Características bioquímicas del cultivo arealizar. Características hidrodinámicas del reactor:es necesario minimizar los fenómenos detransporte en el reactor, para evitargradientes de nutrientes, temperatura. Cinética de crecimiento y producción delmicroorganismo. Asegurar la estabilidad genética delmicroorganismo, impidiendo que seestimulen mutaciones. Esterilización lo más barata posible, hasta elpunto de que, a pesar de su importancia, ysegún el proceso, se llega a obviar. Control de las condiciones ambientales.biorreactor batch
  • 15.  Diseño y modo de operación. Potencial para el escalado creciente deproducción. Inclusión de sistemas de oxigenaciónadecuados a las exigencias delmicroorganismo. Sistemas de muestreo para determinar lascondiciones internas del biorreactor. Adopción de refrigeradores, para mantenerconstantes las condiciones de temperatura (laactividad microbiana genera una gran cantidadde calor, que puede afectar negativamente ala producción). Materiales no tóxicos (ni para elmicroorganismo ni para el consumo). Capacidad para soportar altas presiones. Resistencia a la corrosión.Los criterios básicos de diseño deun biorreactor son:
  • 16. Tipos de biorreactores De lecho fijo o empaquetado.Los microorganismos seencuentran en una matrizempaquetada. Por logeneral, la alimentación seproduce de forma vertical ensentido ascendente. En columna de burbujas. Elsustrato es el medio líquidoen el que están inmersas lascélulas, aportándose éste porla parte inferior del reactor.Se insufla gas comprimido porla parte inferior que, juntocon una serie de buclesexternos, permitehomogeneizar el interior delreactor, suprimiendo posiblesgradientes.
  • 17.  De lecho fluidizado. No son muy corrientes, dados sualto coste y complejidad. El microorganismopermanece suspendido (debido a burbujeo continuo, loque no es fácil de conseguir) en el fermentador, comoconsecuencia del sustrato líquido ascendente. De lecho de goteo. Son los más tradicionales(similares a los de lecho fijo). El sustrato se hace pasarlentamente por la matriz empaquetada que contieneal microorganismo (un proceso semicontinuo, aunquepermiten trabajar también en discontinuo), lo quesupone la consideración de un tiempo de residencia endicha matriz. De enzimas o células inmovilizadas. Son los másinteresantes y novedosos. Los de enzimas presentangrandes ventajas, pero es difícil aislar la enzima quenos interesa. Permiten reutilizar continuamente elbiocatalizador, disminuyendo los costes. Dichainmovilización puede efectuarse por medios físicos(adsorción, el más usado, o atrapamiento mecánico enmatriz o membrana) o químicos (enlaces covalentes).Presentan el inconveniente de que, dado que lascélulas pueden participar en varios procesosfermentativos, aumenta la inestabilidad genética.
  • 18. Escalado de bioprocesosLos bioprocesos se desarrollan e implementan dediferentes maneras, en sus escalas delaboratorio, piloto, y manufacturaEl escalado puede definirse como el procedimiento paradiseñar y construir un sistema de GRAN ESCALA base delos resultados de experimentos con equipamiento dePEQUEÑA ESCALAEl desempeño de los bioprocesos es afectado porvarios parámetros: El diseño geométrico Las variables de operación Propiedades del fluido Procesos de transporte Cinética de los organismosEl diseño de un prototipo optimizado para lograr lamayor producción debe ser trasladado a granescala, considerando toda esta complejidad de
  • 19. Efectos que puede tener elcambio de escala: Disminución del rendimiento Cambio de cinética Efecto de la esterilización Efecto del inóculo Problemas de transporte(homogenización)La información sobre la cinética referidoal metabolismo del cultivo omicroorganismo obtenido a pequeñaescala es independiente de la escala (pH,temperatura, medio de cultivo, calidadde las materias primas) y no es necesariotenerlas en cuenta para determinar laestrategia de escalado (de hecho, losfenómenos de transporte son los únicosfenómenos que son dependientes delescalado)•Las reglas generales para elescalado son una extensión delas utilizadas en los reactoresquímicos, y están basados enaquellos parámetros que sepueden mantener constantes•(números adimensionales ycorrelaciones empíricas)
  • 20. Criterios de escalado Mantener constante la potencia por volumenutilizada, P/V Mantener constante el coeficiente volumétrico detransferencia de masa, kLa Mantener constante la velocidad de la punta delas paletas del agitador. Mantener constante el tiempo de mezclado Mantener constante el número de Reynolds, Re En los casos de procesos donde el producto esmuy viscoso (plásticos, polisacáridos) o elcrecimiento es filamentoso, la limitación laplantea la relación P/V (o la agitación) del fluido En general en el caso de procesos aeróbicos (comoproducción de amino ácidos, levaduras depanificación y antibióticos) se debe mantenerconstante la transferencia de oxigeno (kLa) comoobjetivo del escaladoProducciónbiotecnológicade hidrogeno
  • 21. Criterios de escalado Se estima que un tercio de losproyectos de producción emplean laregla de mantener P/V, aprox 20%usan la velocidad de la punta delagitador, otro 20% de las plantasindustriales realiza sus escalados enbase al tiempo de mezclado. El restode los escalados utiliza laconcentración de sustrato o productolimitante o inhibitorio, máscomunmente sobre la base de laconcentración del oxígeno disuelto Igual consumo de potenciaBasado en la historia práctica delescalado, la mayoría de los procesosfermentativos para la producción dealcohol y ácidos orgánicos hanseguido el concepto de la similitudgeométrica y mantener constante larelación de potencia por volumenEjemplo de cultivo demicro algas para generarhidrogeno.
  • 22. Bibliografía: Fári, M. G. y Kralovánszky, U. P. (2006) The founding father of biotechnology:Károly (Karl) Ereky Orsós Ottó Laboratory, University of Debrecen, Centre ofAgricultural Sciences, Department of Vegetable. Publicado en InternationalJournal of Horticultural Science. Con acceso el 2008-01-15 Cronología de la biotecnología vegetal en usinfo.state.gov. Con acceso el2008-01-15 Artículo 2 de Convenio sobre diversidad biológica. Secretaría del Conveniosobre la Diversidad Biológica. Río de Janeiro, 1992. a b c d e La biotecnología en la alimentación y la agricultura FAO Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Conveniosobre la Diversidad Biológica Secretaría del Convenio sobre la DiversidadBiológica. Montreal, 2000 Ochave, José María (mayo 2003). eASEAN Task Force, PNUD, APDIP (ed.):«Genes, technology and policy». Consultado el 15/11/2007. Xu, Feng (2005). «Applications of oxidoreductases: Recent progress».Industrial Biotechnology 1 (1): pp. 38-50. doi:10.1089/ind.2005.1.38.Consultado el 15/11/07. Frazzetto, Giovanni (2003). «White biotechnology». EMBO reports 4 (9): pp.835-837. Consultado el 15/11/07.