Biotecnología

Biotecnología
Estructura del ARN de transferencia.

La biotecnología es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medioambiente y medicina. Se desarrolla en un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias como biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras. Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos. Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Károly Ereki, en 1919, quien la introdujo en su libro Biotecnología en la producción cárnica y láctea de una gran explotación agropecuaria.[1] [2]

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".[3] [4]

El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica[5] define la biotecnología moderna como la aplicación de:

Contenido

Aplicaciones

La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales como lo son 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, como 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 llama biotecnología vegetal. Además se aplica en la genética para modificar ciertos organismos.[6]

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 el diseño 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 de ello es el diseño de microorganismos para producir un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores industriales, ya sea para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas[7] ). 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.[9]
  • Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo de ello es el diseño 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]
  • 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.[11]

Biorremediación y biodegradación

Artículos principales: Biorremediación y Biodegradación

La biorremediación es el proceso por el cual son utilizados 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 metagenómica 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.[12]

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).[13] Además varios microorganismos como Pseudomonas, Flavobacterium, Arthrobacter y Azotobacter pueden ser utilizados para degradar petróleo.[14] 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.[15]

Bioinformática

Artículo principal: Bioinformática

La bioinformática es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas biológicos usando técnicas computacionales y 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."[16] 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.

Bioingeniería

Artículo principal: 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, etc. Se trata de un enfoque integrado de los fundamentos de las ciencias biológicas y los principios tradicionales de la ingeniería.

Los bioingenieros 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 bioingenieros 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.

Ventajas y riesgos

Ventajas

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.[17]
  • Reducción de pesticidas. 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.[18]
  • Mejora en la nutrición. Se puede llegar a introducir vitaminas[19] y proteínas adicionales en alimentos así como reducir los alergenos 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.[20]

La aplicación de la biotecnología presenta riesgos que pueden clasificarse en dos categorías diferentes: los efectos en la salud de los monos que son los humanos y de los animales y las consecuencias ambientales.[4] Además, existen riesgos de un uso éticamente cuestionable de la biotecnología moderna.[21] (ver: Consecuencias imprevistas).

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.[22] 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.[4]

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.[22]

También se puede perder biodiversidad, por ejemplo, como consecuencia del desplazamiento de cultivos tradicionales por un pequeño número de cultivos modificados genéticamente".[4]

Riesgos para la salud

Existen riesgos de transferir toxinas de una forma de vida a otra, de crear nuevas toxinas o de transferir compuestos alergénicos de una especie a otra, lo que podría dar lugar a reacciones alérgicas imprevistas.[4]

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:[24]

  • 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.

Personajes influyentes en la biotecnología

Estudios universitarios

Hasta hace unos años, la biotecnología era una rama especial de la biología, pero actualmente, existen estudios específicos en este campo. En el caso de España el plan de estudios abarca asignaturas tales como:

Referencias

  1. ↑ Fári, M. G. y Kralovánszky, U. P. (2006) The founding father of biotechnology: Károly (Karl) Ereky Orsós Ottó Laboratory, University of Debrecen, Centre of Agricultural Sciences, Department of Vegetable. Publicado en International Journal of Horticultural Science. Con acceso el 2008-01-15
  2. ↑ Cronología de la biotecnología vegetal en usinfo.state.gov. Con acceso el 2008-01-15
  3. ↑ Artículo 2 de Convenio sobre diversidad biológica. Secretaría del Convenio sobre la Diversidad Biológica. Río de Janeiro, 1992.
  4. ↑ a b c d e La biotecnología en la alimentación y la agricultura FAO
  5. ↑ Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica Secretaría del Convenio sobre la Diversidad Biológica. Montreal, 2000
  6. ↑ Ochave, José María (mayo 2003). eASEAN Task Force, PNUD, APDIP (ed.): «Genes, technology and policy». Consultado el 15/11/2007.
  7. ↑ Xu, Feng (2005). «Applications of oxidoreductases: Recent progress». Industrial Biotechnology 1 (1):  pp. 38-50. doi:10.1089/ind.2005.1.38. http://www.liebertonline.com/doi/abs/10.1089/ind.2005.1.38?journalCode=ind. Consultado el 15/11/07. 
  8. ↑ Frazzetto, Giovanni (2003). «White biotechnology». EMBO reports 4 (9):  pp. 835-837. http://www.nature.com/embor/journal/v4/n9/full/embor928.html. Consultado el 15/11/07. 
  9. ↑ EuropaBio. «Industrial biotech». Consultado el 15/11/2007.
  10. ↑ «La biotecnología verde». Biotech Magazine (4). 17/09/07. http://www.mkm-pi.com/mkmpi.php?article493. Consultado el 15/11/07. 
  11. ↑ Comisión europea (febrero de 2006). Hacia una futura política marítima de la Unión: perspectiva europea de los océanos y mares. Luxemburgo: Oficina de Publicaciones Oficiales de las Comunidades Europeas. ISBN 92-79-01821-3. 
  12. ↑ Díaz E (editor). (2008). Microbial Biodegradation: Genomics and Molecular Biology (1st ed. edición). Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-17-2. http://www.horizonpress.com/biod. 
  13. ↑ Martins VAP et al (2008). «Genomic Insights into Oil Biodegradation in Marine Systems». Microbial Biodegradation: Genomics and Molecular Biology. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-17-2. 
  14. ↑ Harder, E. «The Effects of Essential Elements on Bioremediation». Consultado el 16/11/2007.
  15. ↑ U.S. Environmental Protection Agency (31/07/89). «Bioremediation of Exxon Valdez Oil Spill». Consultado el 16/11/2007.
  16. ↑ Gerstein, Mark. Universidad de Yale (ed.): «Bioinformatics: Introduction». Consultado el 16/11/2007.
  17. ↑ E. Schnepfm et al. (1998). «Bacillus thuringiensis and its pesticidal crystal proteins». Microbiology and Molecular Biology Reviews 32 (3). ISSN 1098-5557. 
  18. ↑ Agrios, G.N. (2005). Plant Pathology (5ta. ed. edición). Elsevier Academic Press. ISBN 0-12-044564-6. 
  19. ↑ Ye et al. 2000. La ingeniería genética para dar al endosperma de arroz de un camino de síntetis de la provitamina A beta-caroteno. Science 287 (5451): 303-305 PMID 10634784
  20. ↑ E. S. Lipinsky (1978). «Fuels from biomass: Integration with food and materials systems». Science 199 (4329). ISSN 0036-8075. 
  21. ↑ Iáñez Pareja, Enrique. (2005) Biotecnología, Ética y Sociedad. Instituto de Biotecnología. Universidad de Granada, España. (Publicado el 2005-02-15)
  22. ↑ a b Persley, Gabrielle J. y Siedow, James N. (1999) Aplicaciones de la Biotecnología a los Cultivos: Beneficios y Riesgos Programa de Conservación de Recursos Genéticos, Universidad de California en Davis, Estados Unidos. Publicado en Agbioworld el 1999-12-12.
  23. ↑ Revista del Sur - Virus mortal de laboratorio
  24. ↑ Real Decreto 664/1997, de 12 de mayo, sobre la protección de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a agentes biológicos durante el trabajo. BOE n. 124 de 24/5/1997. España

Bibliografía adicional

  • Ballesteros, Jesús; Fernández Ruiz-Gálvez, María Encarnación (2007). Biotecnología y posthumanismo. Editorial Aranzadi. ISBN 978-84-8355-095-3. 
  • Fukuyama, Francis (2002). El fin del hombre: consecuencias de la revolución biotecnológica. Ediciones B. ISBN 978-84-666-0874-9. 
  • Henco, A. International Biotechnology Economics and Policy: Science, Business Planning and Entrepreneurship; Impact on Agricultural Markets and Industry; Opportunities in the Healthcare Sector. ISBN 978-0-7552-0293-5.

Véase también

Enlaces externos


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