Biotecnología

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Biotecnología

  1. 1. Biotecnología Braian Almirón, Brenda Ullmann
  2. 2. Que es?• 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). Hay muchas definiciones para describir la biotecnología. 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. Como tal, la biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. Históricamente, biotecnología implicaba el uso de organismos para realizar una tarea o función. Si se acepta esta definición, la biotecnología ha estado presente por mucho tiempo. 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 Tradicionalmente la biotecnología tiene muchas aplicaciones. Un ejemplo sencillo es el compostaje, el cual aumenta la fertilidad del suelo permitiendo que microrganismos del suelo descompongan residuos orgánicos. Otras aplicaciones incluyen la producción y uso 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.
  3. 3. • La utilización de los seres vivos, sus partes o los productos de su actividad para su uso industrial constituye la base de la biotecnología. Existen ejemplos del uso biotecnológico de microorganismos desde tiempos antiguos, como son la fermentación de bebidas alcohólicas y la fabricación de pan. Desde este prisma, incluso la selección y obtención de diferentes variedades productivas de plantas y animales de interés agrícola y ganadero a lo largo de la historia podrían considerarse aproximaciones biotecnológicas. El descubrimiento y caracterización de los procesos de mantenimiento y flujo de la información biológica ha provocado la expansión del número de aplicaciones de la biotecnología.• Entornos científicos e industriales cada vez más especializados y diversos, hacen uso en mayor o menor medida de la biotecnología como herramienta para sus procesos. Esta diversidad ha determinado a su vez la necesidad de un sistema de clasificación de los usos de la biotecnología que los agrupe en función de sus características comunes o de su utilidad final. Como resultado, actualmente se consideran cinco agrupaciones fundamentales de los usos biotecnológicos, que han sido identificadas mediante un sistema de colores.
  4. 4. • La biotecnología roja agrupa todos aquellos usos de la biotecnología relacionados con la medicina. La biotecnología roja incluye la obtención de vacunas y antibióticos, el desarrollo de nuevos fármacos, técnicas moleculares de diagnóstico, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación genética. Algunos de los ejemplos más relevantes de biotecnología roja son, la terapia celular y la medicina regenerativa, la terapia génica y los medicamentos basados en moléculas biológicas, como los anticuerpos terapéuticos.
  5. 5. • La biotecnología blanca engloba a todos aquellos usos de la biotecnología relacionados con los procesos industriales. Por esta razón, la biotecnología blanca es también conocida como biotecnología industrial. La biotecnología blanca presta especial atención al diseño de procesos y productos que consuman menos recursos que los tradicionales, haciéndolos energéticamente más eficientes o menos contaminantes. Existen numerosos ejemplos de biotecnología blanca, como son la utilización de microrganismos para la producción de productos químicos, el diseño y producción de nuevos materiales de uso cotidiano (plásticos, textiles…) y el desarrollo de nuevas fuentes de energía sostenibles, como los biocombustibles.
  6. 6. • La biotecnología gris está constituida por todas aquellas aplicaciones directas de la biotecnología al medio ambiente. Podemos subdividir dichas aplicaciones en dos grandes ramas de actividad: el mantenimiento de la biodiversidad y la eliminación de contaminantes. Respecto a la primera, cabe destacar la aplicación de la biología molecular al análisis genético de poblaciones y especies integrantes de ecosistemas, su comparación y catalogación. También pueden incluirse las técnicas de clonación con el fin de preservar especies y la utilización de tecnologías de almacenamiento de genomas. En cuanto a la eliminación de contaminantes o biorremediación, la biotecnología gris hace uso de microrganismos y especies vegetales para el aislamiento y la eliminación de diferentes sustancias, como metales pesados e hidrocarburos, con la interesante posibilidad de aprovechar posteriormente dichas sustancias o utilizar subproductos derivados de esta actividad.
  7. 7. • La biotecnología verde se centra en la agricultura como campo de explotación. Las aproximaciones y usos biotecnológicos verdes incluyen la creación de nuevas variedades de plantas de interés agropecuario, la producción de biofertilizantes y biopesticidas, el cultivo in vitro y la clonación de vegetales. La primera de estas aproximaciones es la que ha experimentado un mayor desarrollo y también la que ha suscitado mayor interés y controversia en la sociedad. La creación de variedades modificadas de plantas se basa casi exclusivamente en la transgénesis, o introducción en la planta de interés de genes procedentes de otra variedad u organismo. Mediante la utilización de esta tecnología se persiguen tres objetivos fundamentales. En primer lugar, se busca la obtención de variedades resistentes a plagas y enfermedades. A modo de ejemplo, en la actualidad se utilizan y comercializan variedades de maíz resistentes a plagas como el taladro. Una segunda utilización de las plantas transgénicas está orientada al desarrollo de variedades con mejores propiedades nutricionales (por ejemplo, mayores contenidos en vitaminas). Por último, la transgénesis en plantas también se estudia como medio para obtener variedades de plantas que actúen como biofactorías productoras de sustancias de interés médico, biosanitario o industrial en cantidades fácilmente aislables y purificables.
  8. 8. • La biotecnología azul se basa en la explotación de los recursos del mar para la generación de productos y aplicaciones de interés industrial. Si tenemos en cuenta que el mar ofrece la mayor biodiversidad, potencialmente existe una enorme variedad de sectores que se pueden beneficiar de los usos de la biotecnología azul. Muchos de los productos y aplicaciones de la biotecnología azul se encuentran en fase de búsqueda o investigación, si bien ya hay ejemplos de utilización de algunos de ellos de forma cotidiana.• Sin duda, el uso de materias primas de origen marino es la biotecnología azul de mayor proyección en gran variedad de sectores. Dichas materias primas, en su mayoría hidrocoloides y gelificantes, ya están siendo ampliamente utilizados en alimentación, sanidad, depuración, etc. La medicina y la investigación son otros grandes beneficiarios del desarrollo de la biotecnología azul. Algunas moléculas marcadoras procedentes de organismos marinos son ya de uso cotidiano en investigación. También se aíslan de organismos marinos moléculas con actividades enzimáticas útiles para diagnóstico e investigación. Algunos biomateriales y agentes con actividad farmacológica o regenerativa se obtienen o están siendo investigados para su uso en estos sectores. Finalmente, sectores como la cosmética y la agricultura analizan el potencial de la biotecnología azul para su desarrollo futuro.
  9. 9. • BIOTECNOLOGÍA EN LA MEDICINA. LA APLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA A LA MEDICINA PERMITIRÁ EN UN PLAZO DE CINCO AÑOS DETECTAR Y PREVENIR ENFERMEDADES ANTES DE QUE SE MANIFIESTEN. El desarrollo de la Genómica y la Proteómica, así como la aplicación de la Biotecnología a la Medicina, permitirán identificar los genes que intervienen en las enfermedades con más prevalencia y desarrollar fármacos que compensen la actividad de los genes alterados en cada patología. La diferencia aportada por la biotecnología moderna es que actualmente el hombre no sólo sabe cómo usar las células u organismos que le ofrece la naturaleza, sino que ha aprendido a modificarlos y manipularlos en función de sus necesidades. La biotecnología tal como la conocemos actualmente empezó en los años 50 con el descubrimiento por James Watson y Francis Crick de la estructura de la molécula de ADN* (ácido desoxirribonucleico) que es donde se almacena la información genética (la herencia) en todos los seres vivos. ¿QUÉ ES EL DIAGNÓSTICO MOLECULAR? Con el nombre de Diagnóstico Molecular se engloban una serie de técnicas basadas en elanálisis del DNA o ácido desoxirribonucleico, que es la molécula que recoge toda lainformación genética de las células. Dicho análisis puede tener dos objetivos: la detecciónde microorganismos de forma rápida y eficaz, así como el estudio de variaciones en losgenes humanos que pueden condicionar la aparición de enfermedades.
  10. 10. • Un suceso importante en el desarrollo de la biotecnología fue la producción de penicilina a partir del hongo Penicillium. Aunque inicialmente fue un proceso a pequeña escala, desarrollado por Howard Florey y sus colaboradores durante la II Guerra Mundial, poco después se consiguió producir penicilina en grandes cantidades, al tiempo que se utilizaban otros microorganismos para obtener una gran variedad de antibióticos, como la estreptomicina. Hoy en día, la biotecnología es la principal herramienta para la obtención de nuevos antibióticos que sean activos frente a las bacterias patógenas resistentes a una gran gama de antibióticos. También resulta de gran utilidad la aplicación de la ingeniería genética en microorganismos para sintetizar antibióticos sintéticos, es decir, ligeramente diferentes de aquellos obtenidos de forma natural. La biotecnología ha llegado a “programar” bacterias con objeto de obtener distintos tipos de drogas que, de otra forma, estos microorganismos no podrían fabricar. La insulina humana, necesaria para el tratamiento de la diabetes, es un claro ejemplo de esta metodología, ya que está producida por bacterias en las que se ha introducido, mediante ingeniería genética, el gen que codifica la síntesis de esta hormona. A diferencia de las hormonas producidas por cerdos y vacas, esta hormona es idéntica a la secretada por el páncreas humano. Igualmente, la hormona del crecimiento humano, utilizada para el tratamiento de niños con deficiencias en su producción, y que de otro modo no podrían alcanzar una estatura normal, también se obtiene a partir de bacterias en las que se ha insertado una copia del gen humano. Este sistema, como en el caso anterior, también presenta ventajas frente a la obtención de la hormona a partir de cadáveres, ya que se evita el riesgo de contaminación con priones, agentes causantes de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Otros productos farmacéuticos generados a partir de microorganismos manipulados genéticamente incluyen, el interferón para el tratamiento de algunas hepatitis y ciertos cánceres, y la eritropoyetina, que se suministra a pacientes sometidos a diálisis para reponer los eritrocitos perdidos durante este proceso.
  11. 11. PREVENCIÓN DE ENFERMEDADES INFECCIOSAS• Hasta ahora, el desarrollo de las vacunas se limitaba a la utilización de agentes infecciosos atenuados o muertos, pero la biotecnología ha comenzado a revolucionar este campo ya que los investigadores pueden utilizar microorganismos totalmente inocuos en las vacunas. Esto permite introducir genes que determinan la producción de ciertos antígenos (obtenidos de microorganismos causantes de enfermedades y que son determinantes de la patogenicidad) en bacterias inocuas, las cuales constituyen, en sí mismas, las vacunas, que permiten que el individuo vacunado pueda generar los anticuerpos protectores necesarios para atajar una posible infección. Esta técnica facilita la inmunización frente a enfermedades para las cuales aún no se habían desarrollado vacunas satisfactorias, e incluso permite desarrollar vacunas que protejan frente a varias infecciones simultáneamente. Dos ejemplos de vacunas creadas por ingeniería genética son la vacuna frente a la hepatitis B y frente a la rabia.• Una de las promesas más atrayentes de la ciencia del nuevo milenio es la vacuna con material genético. Si bien una década atrás los científicos la miraban con desconfianza en los últimos años hubo un cambio de actitud tanto por los adelantos genéticos como por la imposibilidad de las métodos tradicionales de inmunización de enfermedades muy graves o mortales como el SIDA, el paludismo o la hepatitis C.• Las vacunas tradicionales como las genéticas consisten en una versión muerta o debilitada de un patógeno (agente que produce la enfermedad) o algún fragmento (subunidad) suyo. El propósito consiste en preparar el sistema inmunitario para que rechace rápidamente los virus, las bacterias y los parásitos peligrosos antes de que logren establecerse en el organismo. El objetivo se logra engañando al sistema inmunitario y así se comporta como si ya estuviera siendo acosado por algún patógeno que se multiplicara sin freno y produjera grandes daños en los tejidos.
  12. 12. TERAPIAS GÉNICAS• Terapia génica, inserción de un gen o genes en las células para proporcionar un nuevo grupo de instrucciones a dichas células. La inserción de genes se utiliza para corregir un defecto genético hereditario que origina una enfermedad, para contrarrestar o corregir los efectos de una mutación genética, o incluso para programar una función o propiedad totalmente nueva de una célula.• Los genes están compuestos de moléculas de ácido desoxirribonucleico o ADN (véase Ácidos nucleicos), y se localizan en los núcleos celulares. Las instrucciones que dirigen el desarrollo de un organismo están codificadas en los genes. Ciertas enfermedades como la fibrosis quística se deben a un defecto genético hereditario. Otras están causadas por una codificación errónea de un gen, de modo que las instrucciones que contiene están desorganizadas o cambiadas. El error en la codificación genética se produce cuando el ADN de la célula se está duplicando durante el crecimiento y división celular (mutación somática) y es frecuente cuando una célula se convierte en cancerosa.• La aplicación de la terapia génica en la clínica se inició el 14 de septiembre de 1990, en el Instituto Nacional de Salud de Bethesda, Maryland, cuando una niña de cuatro años recibió este tratamiento para un déficit de adenosin deaminasa (ADA), enfermedad hereditaria del sistema inmunológico que suele ser mortal. Debido a este defecto genético, la niña padecía infecciones recidivantes que amenazaban su vida. La terapia génica en esta paciente consistió en el uso de un virus modificado genéticamente para trasmitir un gen ADA normal a las células de su sistema inmunológico. Después el gen ADA insertado programó las células para que produjesen la enzima ADA de la que carecía, lo que hizo que dichas células tuviesen una función inmune normal. Este tratamiento ayudó de forma provisional a la paciente a desarrollar resistencia frente a las infecciones.
  13. 13. • Con el tiempo, la terapia génica puede proporcionar tratamiento eficaz para muchas enfermedades hoy curables, como la fibrosis quística, la distrofia muscular, y la diabetes juvenil. Además, la terapia génica también es útil para tratar muchas enfermedades que no son hereditarias, ya que la inserción genética puede también programar una célula para realizar una función totalmente nueva. En la actualidad se están estudiando varias terapias para trastornos de origen no genético. Los investigadores están tratando de luchar contra el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) mediante la terapia génica para conseguir que las células sean genéticamente resistentes a la infección que produce el SIDA. Se están realizando esfuerzos por medio de esta terapia para producir una vacuna contra el cáncer. En el número de septiembre de 1996 de la revista Nature Medicine, un estudio presentaba un tratamiento capaz de reducir los tumores cancerosos. Parece que los tumores de pacientes con cáncer de pulmón se redujeron o detuvieron su crecimiento cuando los científicos sustituyeron genes defectuosos o ausentes por genes sanos. El experimento clínico inicial desarrollado por científicos con el MD Anderson Cancer Center de la Universidad de Texas en Houston, demostró que la corrección de una sola alteración genética en las células del cáncer de pulmón, puede ser suficiente para detener o hacer más lenta su progresión. La terapia génica se empleó como procedimiento para restaurar la función normal de un gen llamado p53 que tiene un importante papel en el control del crecimiento celular. En el caso del cáncer, se cree que la transformación de una célula normal en una célula maligna se debe a una serie de anomalías genéticas. Las células hepáticas se están tratando con esta terapia para ayudar al organismo a eliminar los excesos de colesterol que pueden conducir al infarto de miocardio. Con el tiempo, la terapia génica será útil para prevenir y tratar muchas enfermedades.

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