Biotecnología

La biotecnología tiene su fundamento en la tecnología que estudia y aprovecha los mecanismos e interacciones biológicas de los seres vivos, en especial los unicelulares, mediante un amplio campo multidisciplinario. La biología y la microbiología son las ciencias básicas de la biotecnología, ya que aportan las herramientas fundamentales para la comprensión de la mecánica microbiana en primera instancia. La biotecnología se usa ampliamente en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medio ambiente y medicina. La biotecnología se desarrolló desde un enfoque multidisciplinario involucrando varias disciplinas y ciencias como biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ecología, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras. Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la ciencia de los alimentos, el tratamiento de residuo sólido, líquido, gaseoso y la agricultura. La Organización para la Cooperación y Desarrollo Económicos (OCDE) define la biotecnología como la "aplicación de principios de la ciencia y la ingeniería para tratamientos de materiales orgánicos e inorgánicos por sistemas biológicos para producir bienes y servicios"

Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Károly Ereki, en 1919, cuando lo introdujo en su libro Biotecnología en la producción cárnica y láctea de una gran explotación agropecuaria.

Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría definirse como "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".

El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica5 define la biotecnología moderna como la aplicación de:

Técnicas in vitro de ácido nucleído, incluidos el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleído en células u orgánulos.

o La fusión de células más allá de la familia taxonómica, que supere las barreras fisiológicas naturales de la reproducción o de la recombinación y que no sean técnicas utilizadas en la reproducción y selección tradicionales.

Aplicaciones

La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales, como la atención de la salud, con el desarrollo de nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades; la agricultura con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; usos no alimentarios de los cultivos, por ejemplo plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles; y cuidado medioambiental a través de la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza de sitios contaminados por actividades industriales. A este uso específico de plantas en la biotecnología se le llama biotecnología vegetal. Además se aplica en la genética para modificar ciertos organismos.

Las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y suelen clasificarse en:

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

Biotecnología blanca: también conocida como biotecnología industrial, es aquella aplicada a procesos industriales. Un ejemplo es la obtención de microorganismos para generar un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores o Inhibidores enzimáticos industriales, ya sea para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas7 ). 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 desechos durante su producción.8 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 la obtención 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.10 La biotecnología se ha convertido en una herramienta en diversas estrategias ecológicas para mantener o aumentar sustancialmente recursos naturales como los bosques.

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.

Biorremediación y biodegradación

La biorremediación es el proceso por el cual se utilizan microorganismos para limpiar un sitio contaminado. Los procesos biológicos desempeñan un papel importante en la eliminación de contaminantes y la biotecnología aprovecha la versatilidad catabólica de los microorganismos para degradar y convertir dichos compuestos. En el ámbito de la microbiología ambiental, los estudios basados en el genoma abren nuevos campos de investigación in silico ampliando el panorama de las redes metabólicas y su regulación, así como pistas sobre las vías moleculares de los procesos de degradación y las estrategias de adaptación a las cambiantes condiciones ambientales. Los enfoques de genómica funcional y meta genómica aumentan la comprensión de las distintas vías de regulación y de las redes de flujo del carbono en ambientes no habituales y para compuestos particulares, que sin duda aceleraran el desarrollo de tecnologías de biorremediación y los procesos de biotransformación.

Los entornos marítimos 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 Pseudónimas, 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.

Bioingeniería

La ingeniería biológica o bioingeniería es una rama de ingeniería que se centra en la biotecnología y en las ciencias biológicas. Incluye diferentes disciplinas, como la ingeniería bioquímica, la ingeniería biomédica, la ingeniería de procesos biológicos, la ingeniería de biosistemas, la ingeniería bioinformática, etc. Se trata de un enfoque integrado de los fundamentos de las ciencias biológicas y los principios tradicionales de la ingenierías clásicas como la química o la informática.

Los bioingenierías con frecuencia trabajan escalando procesos biológicos de laboratorio a escalas de producción industrial. Por otra parte, a menudo atienden problemas de gestión, económicos y jurídicos. Debido a que las patentes y los sistemas de regulación (por ejemplo, la FDA en EE.UU.) Son cuestiones de vital importancia para las empresas de biotecnología, los bioingenierías a menudo deben tener los conocimientos relacionados con estos temas.

Existe un creciente número de empresas de biotecnología y muchas universidades de todo el mundo proporcionan programas en bioingeniería y biotecnología de forma independiente. Entre ellas destacan las de la especialidad de Ingeniería Bioinformática.

Este es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas biológicos usando técnicas computacionales propias de la Ingeniería Informática. Esa interdisciplinariedad 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. Sin embargo hay muchas ciencias importantes.

Ventajas, riesgos y desventajas

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 plaguicidas. 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 alérgenos 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.

La aplicación de la biotecnología presenta riesgos que pueden clasificarse en dos categorías diferentes: los efectos en la salud de los humanos y de los animales y las consecuencias ambientales. Además, existen riesgos de un uso éticamente cuestionable de la biotecnología moderna.

Riesgos para el medio ambiente

Entre los riesgos para el medio ambiente cabe señalar la posibilidad de polinización cruzada, por medio de la cual el polen de los cultivos genéticamente modificados (GM) se difunde a cultivos no GM en campos cercanos, por lo que pueden dispersarse ciertas características como resistencia a los herbicidas de plantas GM a aquellas que no son GM. Esto que podría dar lugar, por ejemplo, al desarrollo de maleza más agresiva o de parientes silvestres con mayor resistencia a las enfermedades o a los estreses abióticos, trastornando el equilibrio del ecosistema. Otros riesgos ecológicos surgen del gran uso de cultivos modificados genéticamente con genes que producen toxinas insecticidas, como el gen del Bacillus thuringiensis. Esto puede hacer que se desarrolle una resistencia al gen en poblaciones de insectos expuestas a cultivos GM. También puede haber riesgo para especies que no son el objetivo, como aves y mariposas, por plantas con genes insecticidas.

También se puede perder biodiversidad, por ejemplo, como consecuencia del desplazamiento de cultivos tradicionales por un pequeño número de cultivos modificados genéticamente".

En general los procesos de avance de la frontera agrícola en áreas tropicales y subtropicales suelen generar impactos ambientales negativos, entre otros: procesos de erosión de los suelos mayor que en áreas templadas y pérdida de la biodiversidad.

Riesgos para la saludExisten riesgos de transferir toxinas de una forma de vida a otra, de crear nuevas toxinas o de transferir compuestos ale génicos de una especie a otra, lo que podría dar lugar a reacciones alérgicas imprevistas.

Existe el riesgo de que bacterias y virus modificados escapen de los laboratorios de alta seguridad e infecten a la población humana o animal.23

Los agentes biológicos se clasifican, en función del riesgo de infección, en cuatro grupos:

Agente biológico del grupo 1: aquel que resulta poco probable que cause una enfermedad en el hombre.

Agente biológico del grupo 2: aquel que puede causar una enfermedad en el hombre y puede suponer un peligro para los trabajadores, siendo poco probable que se propague a la colectividad y existiendo generalmente profilaxis o tratamiento eficaz.

Agente biológico del grupo 3: aquel que puede causar una enfermedad grave en el hombre y presenta un serio peligro para los trabajadores, con riesgo de que se propague a la colectividad y existiendo generalmente una profilaxis o tratamiento eficaz.

Agente biológico del grupo 4: aquel que causando una enfermedad grave en el hombre supone un serio peligro para los trabajadores, con muchas probabilidades de que se propague a la colectividad y sin que exista generalmente una profilaxis o un tratamiento eficaz.

Desventajas

Los procesos de modernización agrícola, además del aumento de la producción y los rendimientos, tienen otras consecuencias.

Una de ellas es la disminución de la mano de obra empleada por efectos de la mecanización; esto genera desempleo y éxodo rural en muchas áreas.

Por otro lado, para aprovechar las nuevas tecnologías se requieren dinero y acceso a la tierra y al agua. Los agricultores pobres que no pueden acceder a esos recursos quedan fuera de la modernización y en peores condiciones para competir con las producciones modernas.

Avances biotecnológicos que cambiarán el mundo

Bacterias que comen aceite. Su uso podría minimizar el impacto en el medio ambiente de los vertidos de petróleo, acelerando su limpieza. Aunque se sabe de estas bacterias desde los 80, no ha sido hasta hace poco cuando se ha podido secuenciar su genoma de forma completa, lo que facilitará a los científicos la tarea de mejorar determinadas cualidades que hagan su limpieza más rápida.

Células antitumorales En el centro de investigación contra el cáncer de UCLA han creado una tropa de células preparadas para mejorar nuestro sistema inmunitario detectando y destruyendo melanomas malignos. Los súper linfocitos se introducen en el cuerpo por vía intravenosa y llegan a dónde esté el tumor. Los estudios en humanos empezarán en un año.

Biocombustible a partir de plantas de tabacoHasta ahora se utilizaba el aceite que se encontraba en las semillas del tabaco para producir biocombustibles, pero la cantidad que se podía extraer hacía el proceso poco viable. ¿El avance? Conseguir el aceite de las hojas del tabaco, que además son modificadas genéticamente para producir veinte veces más.

Tecnología para secuenciar el genoma de forma barata y efectiva La medicina personalizada parece ser el futuro, y para ello es básico poder identificar el ADN de cada persona de forma rápida y barata. Este proyecto está ahora en manos de Roche y IBM, que están desarrollando un secuenciador que permitirá leer y descifrar el ADN de forma rápida y económica. Creación de células madre sin sustancias animales.

Hasta ahora, todas las células madre habían sido creadas con ayuda de proteínas animales, lo que descartaba su uso en humanos. Pero científicos suecos han dado con la forma de crearlas sin valerse de células animales, acercando la posibilidad de crear distintos tipos de células madre diseñadas para acabar con diversas enfermedades.

Eliminación de coágulos sanguíneos con ondas sonoras'

Un dispositivo de ultrasonidos diseñado para producir ondas sonoras altamente dirigidas se podría llagar a utilizar algún día para deshacer los coágulos sanguíneos causantes de los accidentes cerebrovasculares en el cerebro sin necesidad de cirugía o fármacos. Hasta ahora, el sistema sólo se ha probada en coágulos en tubos de ensayo y animales, pero los investigadores pretenden iniciar las pruebas en humanos a finales de 2011.Thilo Hoelscher, neurólogo de la Universidad de California en San Diego, ataca a los coágulos con un dispositivo desarrollado por la compañía israelí de tecnología de ultrasonidos InSightec. El dispositivo rodea la cabeza con una serie de transductores capaces de dirigir los rayos de ultrasonidos hacia puntos concretos del cerebro sin dañar el cráneo. 

La tecnología ya se está probando en pacientes para eliminar el tejido cerebral enfermo, pero el tratamiento de un derrame cerebral requerirá una mano más delicada. Hoelscher y sus colegas tendrán que demostrar que el dispositivo puede disolver un coágulo cerebral sin dañar el tejido cerebral colindante. 

El dispositivo de ultrasonidos dirigidos de alta intensidad (HIFU) de InSightec es similar a un casco, alineado con más de 1.000 transductores de ultrasonidos. Cada uno de ellos se puede enfocar de forma individual para enviar un rayo al cerebro de la persona que lleva puesto el casco. Los haces dirigidos convergen en un punto de tan sólo cuatro milímetros de ancho, lo suficientemente preciso como para golpear un coágulo que bloquea una arteria y hacer que se disuelva en menos de un minuto.

'Hierba como combustible ecológico'

Una hierba corriente podría proporcionar un combustible ecológico .

Un proyecto de investigación de cinco años de duración ha descubierto una forma de generar energía ecológica a partir de una simple hierba común. Investigadores del Centro de aguas y terrenos contaminados de la Universidad de Teesside iniciaron el proyecto en el 2004 para ver qué plantas se podrían cultivar mejor en zonas industriales abandonadas, con el fin de mejorar manchas antiestéticas en el paisaje. 

Ahora, la investigación del equipo del proyecto BioReGen (biomasa, reparación y regeneración) ha revelado que la hierba cinta se puede convertir en un excelente combustible para las centrales eléctricas de biomasa y, en menor escala, para calderas de edificios, como las escuelas. Esta hierba no sólo arde bien, sino que además no contribuye a los gases de efecto invernadero ni al calentamiento global.

El equipo experimentó con cuatro tipos de plantas: los sauces (favorito actual de las centrales eléctricas de biomasa), el miscanthus, la hierba cinta y el pasto varilla. Redujeron las plantas hasta quedarse con la hierba cinta, porque crece bien en suelos pobres y zonas industriales contaminadas. 

Según los investigadores, el uso de estos sitios implica que la hierba se pueda cultivar sin restar tierra que de otro modo se utilizaría para la producción de alimentos. Afirman que las quemas de prueba han demostrado que la hierba cinta produce un buen combustible limpio, sin captar la contaminación del terreno.

'Nuevo sistema para limpiar vertidos de petróleo' 

Nuevo material absorbe y conserva el petróleo.Una esponja ultraligera, hecha de arcilla y un poco de plástico de alta calidad extrae el petróleo de las aguas contaminadas, dejan atrás el agua. Y las pruebas de laboratorio indican que el aceite absorbido se puede volver a utilizar. Los investigadores de la Case Western Reserve University que fabricaron el material, denominado aerogel, creen que efectivamente limpiará vertidos de todo tipo de aceites y disolventes en suelos de fábricas, carreteras, ríos y océanos. El aerogel se hace mezclando arcilla con un polímero y agua en una licuadora, señaló David Schiraldi, presidente del Departamento de Ingeniería y ciencia macromolecular de la Escuela de Ingeniería de Case. A continuación, se liofiliza la mezcla y el aire llena los huecos que quedan tras la pérdida de agua. El material resultante es superligero, compuesto de alrededor de un 96% de aire, un 2% de polímero y un 2% de arcilla. La forma que absorbe petróleo es sólo una de una lista creciente de aerogeles basados en arcilla que se están fabricando en el laboratorio de Schiraldi. Añadiendo diferentes polímeros, los investigadores producen materiales con propiedades diferentes. El aerogel se puede fabricar en forma granular, en láminas o en bloques de casi cualquier forma y es eficaz en agua dulce y salada o sobre una superficie. Dado que la absorción es un fenómeno físico, no hay reacción química entre el material y el petróleo. Si el petróleo no ha sido contaminado de otro modo, se puede volver a utilizar. Los expertos en vertidos de petróleo afirman que la posibilidad de exprimir y conservar el petróleo es una ventaja sobre otros productos actualmente disponibles.

'El grafeno'

Este material derivado del grafito es barato, flexible, transparente y de gran conductividad. Sus descubridores se alzaron este año con el Nobel de Física. Puede ser empleado para pantallas táctiles,celulares y paneles solares. Esta forma de carbono puro de una sola capa atómica, revolucionó la electrónica, la informática y las comunicaciones y era difícil de replicar industrialmente. Pero gracias a una depuración de la Universidad Sungkyunkwan, en Corea del Sur, será producido a gran escala el próximo año. 

'Robots enfermeras'

Esta unidad de videoconferencia móvil ingresará a la habitación de los pacientes para realizar diferentes procedimientos de rutina (tomar la presión o la fiebre, entregar medicación) e interactuar con los pacientes. 

'Componentes fotovoltaicos'

Al colocar nanopartículas de plata sobre paneles fotovoltaicos de película fina, convierten de un 8 a un 12% de la luz que captan en electricidad. De masificarse este hallazgo, podría cambiar el equilibrio de la tecnología utilizada en las células solares. 

'Tecnología para almacenamiento de energía solar'

Que estará disponible en el pavimento, la pintura y las ventanas. Esta tecnología suena particularmente atractiva pues una de las realidades es que el planeta necesita que empecemos a utilizar otras formas de energetizar nuestras actividades, o de lo contrario, ese cantado fin del mundo pudiera no ser tan ficticio. 

'La bola de cristal de la salud'

Según IBM esta tecnología estará disponible en breve, por menos de 200 dólares y se refiere a lecturas de ADN que serán posibles gracias al reciente mapeo del genoma humano. El mapeo genético servirá para desarrollar medicamentos específicos para cada persona y armar escenarios de riesgo según los hábitos de cada quien. E