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Tema 19: La biotecnología
Biología 2º Bachillerato
TEMA 19: LA BIOTECNOLOGÍA
1. INTRODUCCIÓN
2. CULTIVOS CELULARES
3. ANTICUERPOS MONOCLONALES
4. INGENIERÍA GENÉTICA
a. ADN RECOMBINANTE
b. AMPLIFICACIÓN DEL ADN
c. SECUENCIACIÓN DEL ADN
d. CLONACIÓN
5. APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA
6. LA BIOÉTICA
1.- INTRODUCCIÓN
La BIOTECNOLOGÍA consiste en la utilización de seres vivos sencillos (bacterias y
levaduras), y células eucariotas en cultivo, cuyo metabolismo y capacidad de
biosíntesis se utilizan para la fabricación de sustancias específicas aprovechables
por el hombre. La biotecnología permite, gracias a la aplicación integrada de los
conocimientos y técnicas de la bioquímica, la microbiología, la ingeniería química, y,
sobre todo, la ingeniería genética, aprovechar en el plano tecnológico las
propiedades de los microorganismos y los cultivos celulares. Permiten producir a
partir de recursos renovables y disponibles en abundancia gran número de
sustancias y compuestos.
La biotecnología consiste en la utilización de un ser vivo o parte de él para la
transformación de una sustancia en un producto de interés.
Posee tres características básicas:
1. Es interdisciplinar, utiliza principios de la ciencia y de la ingeniería.
2. Trabaja con seres vivos.
3. Su objetivo es conseguir un producto o un servicio útiles para el
hombre.
Desde siempre se han utilizado procedimientos biotecnológicos para obtener
alimentos como el pan, la cerveza o el yogur aunque se desconocía que se
originaban gracias a la fermentación provocada por diversos microorganismos. No
es hasta mediados del siglo XIX cuando la biotecnología nace como ciencia gracias
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a los descubrimientos de Pasteur sobre las fermentaciones. Ya en el siglo XX
podemos hablar de avances importantes cuando se incorporan los conocimientos de
la base molecular de la herencia y las técnicas de ADN recombinante.
Se pueden distinguir dos etapas en la biotecnología:

1ª Etapa: Biotecnología tradicional, donde no se utilizan técnicas de
manipulación del ADN.

2ª Etapa: Biotecnología moderna, desarrollada a partir del conocimiento de
la estructura del ADN. En esta técnica se manipula el ADN de los organismos
utilizados.
Biotecnología tradicional
Basada en el uso de seres vivos naturales para la obtención de productos de interés
o el aumento de la producción.
Los individuos que se utilizan han sido escogidos mediante técnicas de selección
artificial, esto quiere decir que el hombre ha potenciado el desarrollo de estos
organismos por el beneficio que le proporcionan.

Agricultura y ganadería: Se obtienen variedades de animales y vegetales
más resistentes a enfermedades y plagas, mayor producción de alimentos o
colores más agradables, gracias a la selección artificial (cruzando individuos
con un carácter especial y seleccionando los descendientes).

Industria alimentaria: Se obtienen diversos tipos de alimentos gracias a
las fermentaciones (pan, yogur, queso, embutidos, bebidas alcohólicas)

Industria farmacéutica: Utilización de microorganismos para la obtención
de medicamentos (penicilina a partir de Penicillium notatum)
La biotecnología tradicional se basa fundamentalmente en tres técnicas:
1. Técnicas genéticas clásicas (mutación, recombinación y selección)
para seleccionar las cepas más productivas.
2. Mejora de las condiciones fisicoquímicas de los cultivos (pH,
aireación, temperatura) con el fin de aumentar el rendimiento.
3. Perfeccionamiento de las técnicas de aislamiento y purificación del
producto de interés.
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Biotecnología moderna
Consiste en la utilización de técnicas de manipulación del ADN para la obtención
de individuos que den lugar a productos de interés o a la mejora de la producción.

Agricultura y ganadería: Se crean organismos modificados genéticamente
(OMG)
con
distintos
fines
(resistencia
a
plagas
y
sequía,
a
bajas
temperaturas, a variaciones de salinidad, a herbicidas, de crecimiento
rápido, de mayor producción, que contengan vitaminas o sustancias
beneficiosas, etc.).

Medio
ambiente:
Utilización
de
OGM
para
la
biorremediación
(Recuperación de suelos contaminados por metales pesados, obtención de
energía mediante la depuración de aguas residuales, degradación de
residuos tóxicos, obtención de plásticos biodegradables)

Medicina:
Diagnóstico
de
enfermedades
genéticas,
terapia
génica,
comparación de muestras de ADN (pruebas de paternidad, criminología).

Industria farmacéutica: Se crean OMG con el fin de que produzcan
sustancias que no le son
propias (hormonas, antibióticos, vacunas,
proteínas).
La biotecnología moderna se basa fundamentalmente en tres ámbitos de
trabajo:
1. Cultivo de células.
2. Anticuerpos monoclonales
3. Ingeniería genética.
2.- CULTIVOS CELULARES
El cultivo celular es el proceso mediante el que células procariotas o eucariotas
pueden cultivarse en condiciones controladas. En la práctica el término "cultivo
celular" se usa normalmente en referencia al cultivo de células aisladas de
eucariotas pluricelulares, especialmente células animales. El desarrollo histórico y
metodológico del cultivo celular está íntimamente ligado a los cultivos de tejidos y
de órganos. El cultivo de células animales empezó a ser utilizado durante los años
50, pero el concepto de mantener líneas de células vivas separadas del tejido de
origen fue descubierto en el siglo XIX.
Como ejemplo de áreas de investigación fuertemente dependientes de las técnicas
de cultivo celular son:
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- Virología: establecimiento de condiciones de cultivo de virus animales y de
plantas, producción de vacunas antivirales,...
- Investigación del cáncer
- Inmunología
- Ingeniería de proteínas. Por la producción de proteínas en líneas celulares:
interferón, insulina, hormona de crecimiento.
- Estudios de interacción y señalización celular, en la diferenciación y en el
desarrollo.
- Aplicaciones diagnósticas. Por ejemplo en medicina y farmacología destacan el
análisis cromosómico de células crecidas a partir de muestras de amniocentesis,
detección de infecciones virales, ensayos de toxicidad,...
- Aplicaciones médicas: mantenimiento y producción de tejido para transplantes.
- Aplicaciones industriales y agronómicas: producción por reproducción "in vitro" de
clones de plantas de interés comercial.
La línea celular HeLa
Las células HeLa constituyen una línea de células epiteliales humanas procedentes
de un carcinoma cervical, y las primeras células humanas de las cuales se
estableció una línea celular permanente. En 1951 se practicó una operación
quirúrgica a la paciente Henrietta Lacks (de ahí el nombre), una mujer
afroamericana de 31 años, en la cual se extrajeron células de un carcinoma en el
útero con la intención de evaluar su malignidad. La paciente falleció 8 meses
después a causa de su tumor.
Las células extraídas fueron invadidas por el virus del papiloma humano,
transformándose en células tumorales.
Aquellas células se dejaban cultivar tan bien, y proliferaban tan fácilmente en
cultivos celulares, que desde entonces comenzaron a ser empleadas a gran escala
en la investigación. Es tal la magnitud del cultivo de células HeLa por parte de
laboratorios de todo el mundo, que la masa total de células HeLa supera
ampliamente la masa total que en su día tuvo el cuerpo de Henrietta Lacks.
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3.- ANTICUERPOS MONOCLONALES
Un anticuerpo monoclonal (AcMo o Mab, del inglés monoclonal antibody) es un
anticuerpo homogéneo producido por una célula híbrida (hibridoma) producto de
la fusión de un clon de linfocitos B descendiente de una sola y única célula madre y
una célula plasmática tumoral.
En 1975, N. Jerne, G. Köhler y C. Miltein desarrollaron la técnica de los hibridomas
para obtener anticuerpos monoclonales (Nobel de Medicina en 1984). Para producir
anticuerpos monoclonales, primero se extraen células B del bazo de un animal
que ha sido expuesto al antígeno. Estas células B son fusionadas con células
tumorales
de
mieloma
múltiple
(tumor
linfocitario)
que
pueden
crecer
indefinidamente en cultivo celular. Estas células fusionadas híbridas, llamadas
hibridomas pueden multiplicarse rápida e indefinidamente, puesto que son células
tumorales después de todo y pueden producir gran cantidad de anticuerpos
Los anticuerpos monoclonales son anticuerpos idénticos porque son producidos por
un solo tipo de linfocito B. Es posible producir anticuerpos monoclonales que se
unan específicamente con cualquier molécula con carácter antigénico. Este
fenómeno es de gran utilidad en bioquímica, biología molecular y medicina.
Aplicaciones de los AcMo

Determinar
proteínas
la
presencia
asociadas
a
de
drogas,
determinados
hormonas,
vitaminas,
tipos
cánceres,
de
citocinas,
alérgenos,
indicadores víricos, en sangre u orina.

Determinar los grupos sanguíneos.

Uso terapéutico para enfermedades infecciosas, autoinmunes, cáncer,
alergias o en trasplantes para evitar el rechazo.
4.- INGENIERÍA GENÉTICA
La INGENIERÍA GENÉTICA es una parte de la biotecnología que se basa en la
manipulación de genes para obtener esas sustancias específicas aprovechables por
el hombre: se trata de aislar el gen que produce la sustancia, e introducirlo en otro
ser vivo que sea más sencillo -y barato- de manipular; lo que se consigue es
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modificar las características hereditarias de un organismo de una forma dirigida por
el hombre, alterando su material genético.
La ingeniería genética permite:

Quitar uno o más genes.

Añadir uno o más genes.

Aumentar el número de moléculas de ADN.

Clonar células.

Clonar individuos.

Crear organismos genéticamente modificados (OGM).
Las enzimas de restricción (tijeras biológicas)
Se descubrieron en 1970. Son enzimas capaces de cortar el ADN en secuencias
específicas originando, en muchos casos, extremos escalonados denominados
cohesivos o pegajosos. Estos extremos son capaces de unirse espontáneamente a
otros generados por la misma enzima. En el caso de que quisiéramos insertar un
gen en un plásmido. usando esta propiedad, requeriríamos para completar la tarea
la actuación de una ligasa que formaría lo enlaces fosfato.
El Premio Nobel de Medicina de 1978 fue concedido a los microbiólogos Werner
Arber,
Daniel
Nathans
y
Hamilton
Smith
por
el
descubrimiento
de
las
endonucleasas de restricción lo que condujo al desarrollo de la tecnología de ADN
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recombinante. El primer uso práctico de su trabajo fue la manipulación de la
bacteria E. coli para producir insulina humana para los diabéticos.
CONSTRUCCIÓN DE ADN RECOMBINANTE
El ADN recombinante es un fragmento de ADN construido artificialmente a partir de
segmentos no homólogos de organismos diferentes. Suele contener un vector y el
gen o los genes de interés.

Vectores: Fragmentos de ADN que permiten transferir genes de un
organismo a otro. Los más utilizados son los plásmidos y los virus.

Gen o genes de interés: Se obtienen a partir de genotecas creadas a
partir de ARNm aislados de las células que se copian a ADN complementario
(ADNc) gracias a la retrotranscriptasa.
Para introducir el gen en el vector se utilizan las enzimas de restricción y las
ligasas. Una vez que el vector presente el gen de interés se transfiere a la célula
huésped (anfitriona) que debe caracterizarse por:
1. Poder crecer rápidamente.
2. Hacerlo de manera barata.
3. Que sea fácilmente manipulable.
Hay tres tipos de células huésped: Bacterias (E. coli), levaduras y células
eucariotas de líneas celulares de mamíferos. Cada uno de estos tipos celulares
tiene sus ventajas e inconvenientes. Las bacterias se caracterizan porque su
material genético es muy simple, suelen crecer muy rápido y las condiciones de
crecimiento son bastante sencillas. Su principal inconveniente es que no llevan a
cabo algunas de las modificaciones que sí realizan las células eucariotas en las
proteínas, como la glucosilación. Las levaduras y las líneas celulares son más
complicadas, especialmente estas últimas, no crecen tan rápido y suelen ser más
difíciles de tratar. No obstante, la ventaja es que ambos sistemas pueden llevar a
cabo modificaciones como las descritas anteriormente.
Posteriormente se clona la célula modificada y se obtiene un número elevado de
células idénticas capaces de fabricar la proteína específica del gen introducido.
La técnica para obtener una proteína por ingeniería genética se realiza en varios
pasos:
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
Selección y obtención del gen.

Selección de un vector.

Formación de un ADN recombinante.

Selección de una célula anfitriona.

Síntesis y obtención de proteínas correspondientes al gen manipulado.
De esta forma se obtienen muchas proteínas humanas como insulina, hormona del
crecimiento, factores de coagulación, etc.
AMPLIFICACIÓN DEL ADN
Para aumentar el número de copias de un fragmento de ADN se utilizan dos
técnicas de amplificación: la clonación bacteriana y la reacción en cadena de
la polimerasa (PCR).
La clonación bacteriana sigue el procedimiento descrito anteriormente.
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) permite sintetizar en pocas
horas millones de copias de un segmento de ADN a partir de una muestra muy
pequeña.
Para ello se necesita:
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1.-
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
El ADN que se quiere amplificar (deben conocerse los extremos)

Nucleótidos trifosfato

ADN cebador

ADN polimerasa que actúa a temperaturas elevadas (72ºC)
Se
calienta
la
muestra
por
encima
de
los
90º
para
provocar
la
desnaturalización del ADN (se separan las hebras).
2.- Se baja la temperatura hasta 50ºC en presencia de los cebadores que hibridan
con los extremos complementarios de cada cadena.
3.- Se eleva la temperatura a 72ºC y la ADN polimerasa sintetiza ADN.
Repitiendo este ciclo unas veinte veces se pueden obtener hasta un millón de
copias del fragmento de ADN.
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Esta técnica se utiliza en las pruebas de paternidad y en criminología.
SECUENCIACIÓN DE ADN
Para conocer la secuencia de nucleótidos de un fragmento de ADN se utilizan
técnicas de secuenciación. Las primeras fueron desarrolladas entre 1977 y 1980 por
los equipos de Sanger y Gilbert, pero eran procedimientos muy laboriosos.
Posteriormente se han introducido mejoras a dichas técnicas y además se han
automatizado e informatizado de forma que el trabajo lo realizan actualmente unos
aparatos llamados secuenciadores.
Consultar la técnica de secuenciación de SANGER (método didesoxi)
http://www.arrakis.es/~ibrabida/vigdidesoxi.html
La secuenciación de genes ha permitido la reconstrucción de genomas completos
abriendo paso a dos nuevas disciplinas: la Genómica y la Proteómica.
Genómica
Estudia el genoma de los seres vivos. Su mayor hito es el Proyecto Genoma
Humano.
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Proteómica
Estudia el conjunto de proteínas expresadas por un genoma (proteoma).
Proyecto GENOMA
El Proyecto Genoma Humano (PGH) nació en 1990 con el fin de localizar,
identificar, conocer la secuencia de nucleótidos y la función de los genes que
componen el genoma humano.
En el año 2003 se completó la secuencia de todo el genoma humano. Aunque no se
conoce la función de todo él su estudio ha proporcionado cinco conclusiones
básicas.
1. No existe relación entre la complejidad de un organismo y su número de
genes (el ser humano y la rata poseen 30.000 genes)
2. Compartimos genes con otros organismos incluidas las bacterias.
3. El 99,99% de la información genética es igual en todos los humanos.
4. Un gen puede originar varias proteínas.
5. La mayor parte del ADN está constituida por secuencias repetitivas o
interrumpidas cuya función se desconoce.
Repercusiones del PGH
Posibilidad
de
estudiar
las
enfermedades genéticas.
Ha mejorado la comprensión del
desarrollo embrionario (activación e
inactivación secuencial de genes).
Avances en el conocimiento de la
evolución.
Determinación de genes esenciales
para la vida.
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CLONACIÓN
La palabra CLON significa copia exacta. Con la ingeniería genética podemos obtener
clones de ADN, de células o de organismos completos. Así, se pueden distinguir tres
tipos de clonación:

Clonación celular: se utiliza para obtener copias de ADN mediante unas
células llamadas células anfitrionas.

Clonación de células: con esta técnica podemos obtener células iguales.
De esta forma se crean tejidos reparadores de otros que estén enfermos o
deteriorados, sin que se produzca rechazo por parte del enfermo.

Clonación de organismos completos: se obtienen individuos que son
genéticamente idénticos.
Mediante la técnica de transferencia nuclear se consiguió clonar la oveja Dolly
en 1996.
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5.- APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA
Las aplicaciones de la biotecnología, tradicional o moderna, son múltiples. Sectores
como la industria alimentaria, la química, la energética, la minería, la agricultura, la
ganadería, la medicina o el medio ambiente, han obtenido resultados beneficiosos
gracias a esta disciplina. A modo de ejemplo podemos citar los siguientes:
1. Obtención de proteínas de interés médico y económico: antibióticos,
enzimas, hormonas (insulina, hormona del crecimiento), vacunas (hepatitis
B), factores de coagulación ,interferón.
2. Mejora genética de animales y vegetales para obtener una mayor
producción y mejor calidad nutricional.
3. Obtención de plantas clónicas para cultivos.
4. Obtención de "bioinsecticidas", animales y plantas capaces de destruir a
otros seres vivos que se alimentan de los cultivos.
5. Obtención de animales y vegetales transgénicos
Se
llaman
organismos
transgénicos
a
los
organismos
genéticamente
modificados mediante la introducción de un gen de otra especie totalmente
diferente.
Animales
obtención
Vegetales
de
órganos
animales
resistentes
a
insectos:
maíz
y
(cerdos) con genes humanos para
algodón con un gen que produce una
no ser rechazados en transplantes
toxina para orugas y escarabajos
animales con carnes y huevos con
a herbicidas: soja, algodón, maíz,
menos colesterol y grasas
resisten a altas concentraciones de
herbicidas
que
se
echan
en
los
campos para erradicar malas hierbas
pollos sin plumas
a
condiciones
ambientales:
frío,
sequía, alta salinidad, etc
Incremento
del
rendimiento
fotosintético
Maduración retardada
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6. Biorremediación y bioadsorción.
Consiste en producir microorganismos modificados genéticamente con el fin de
que degraden o eliminen sustancias tóxicas o contaminantes. De esta forma se
combaten las mareas negras, se eliminan plaguicidas o metales pesados o se
tratan
las
aguas
residuales;
consiguiendo
regenerar
suelos
y
aguas
contaminadas.
7. Terapias génicas
Consisten en manipular genéticamente células enfermas para que ellas mismas
puedan producir las proteínas cuya falta o mal funcionamiento provoca la
enfermedad.
Con la ayuda de un vector adecuado se introduce el gen correcto y se integra en
el ADN de la célula enferma. Puede hacerse de tres formas distintas: Ex vivo, in
vivo o in situ.
a. Ex vivo: Se extraen células del enfermo y se cultivan. Se les
introduce el gen normal y se reintroducen en el organismo del
paciente.
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b. In vivo: Los genes se introducen por vía sanguínea unidos a
vectores. Los vectores poseen en su superficie moléculas que son
reconocidas por las células diana, de forma que sólo allí transfieren la
información genética que portan.
c. In situ: Se introducen directamente los genes en los tejidos.
La terapia génica plantea algunos problemas: los genes pueden integrarse al
azar dentro del genoma provocando la fragmentación de genes importantes, los
genes implantados no producen la cantidad suficiente de proteína y las células
modificadas terminan muriéndose y con ellas su efecto.
8. Producción de productos biodegradables (bioplásticos, espumas de
poliuretano).
9. Obtención de biocombustibles
Bioalcoholes
A partir de biomasa y hongos del Gº Sacharomyces se
obtiene etanol
Bioaceites
A partir de plantas ricas en aceites vegetales como la
colza, la soja, el girasol o la palma. Se utilizan en
motores diésel.
Biogás
o
gas
natural
Biotransformación
de
residuos
urbanos,
agrícolas
o
industriales.
10. Extracción de minerales por bioprocesado.
11. Recuperación
de
especies
en
peligro
de
extinción
(mediante
clonación).
12. Diagnóstico de enfermedades genéticas.
13. Obtención de anticuerpos monoclonales.
14. Extracción de células madre de embriones humanos obtenidos por
clonación de células del propio enfermo (mediante transferencia nuclear). De
esta forma se evita el problema del rechazo de trasplantes (autotrasplante).
Dado que este método genera graves problemas bioéticos, la obtención de
células madre suele estar restringida a las procedentes de embriones
desechados de la FIV, del cordón umbilical o de la médula ósea.
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6.- BIOÉTICA
La Biotecnología y la Ingeniería Genética han proporcionado grandes beneficios a la
humanidad, pero también pueden producir consecuencias negativas. Por ello, se
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han elaborado una serie de normas éticas y legales, algunas de aplicación a nivel
mundial.

Declaración Universal sobre el Genoma Humano y los Derechos Humanos
(UNESCO 1977): art 1º: “El Genoma Humano es Patrimonio de la
Humanidad”.

Prohibición de clonación con fines reproductivos o experimentales
en seres humanos (Consejo de Europa 1977).
En nuestro país la Ley de Investigación Biomédica regula la utilización de la
Biotecnología y la Ingeniería Genética, prohibiendo de forma expresa la clonación
reproductiva y la creación de embriones destinados a la investigación.
SOCIALES
SANITARIOS
INGENIERÍA GENÉTICA
BENEFICIOS
INCONVENIENTES
Alimentos de mayor calidad Posibilidad de obtener humanos
nutricional.
genéticamente modificados
Retraso en la maduración de
frutas y verduras.
Capacidad para producir clones
de humanos
Animales y plantas más
resistentes a enfermedades y
plagas.
Vulneración del derecho a la
intimidad de las personas por
uso de su información genética
Animales y plantas con mayor
rendimiento económico.
Control
del
mercado
de
alimentos
por
las
multinacionales de biotecnología
Posible aparición de efectos
secundarios por el consumo de
alimentos transgénicos
Prevención de enfermedades
genéticas
Introducción
de
genes
“sanos” en células enfermas.
ECOLÓGICOS
Obtención
nuevos
de
Aplicación
científicos
para
Aparición de nuevos organismos
y nuevas enfermedades
fármacos
Creación de embriones humanos
con el fin de la investigación
estudios
Pruebas de paternidad y
medicina forense
Bacterias degradadoras de
vertidos
Bacterias recuperadoras
suelos contaminados
Bacterias
productoras
plásticos biodegradables
de
Posible contaminación genética
desde organismos transgénicos
por transferencia espontánea de
genes
de
Invasión de zonas naturales por
organismos transgénicos más
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Biología 2º Bachillerato
resistentes
Desaparición
de
especies
naturales por el uso de especies
modificadas
ENLACES
1. http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esobiologia/4quincena8/4
quincena5_contenidos_1a.htm: En estas páginas puedes encontrar la receta
de cómo fabricar yogur casero gracias a las fermentaciones (biotecnología
tradicional).
2. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/Genetica2/contenido4.h
tm
3. http://www.biotecnologica.com/
4. http://es.wikipedia.org/wiki/Cultivo_celular
5. http://es.wikipedia.org/wiki/Anticuerpos_monoclonales
6. http://es.wikipedia.org/wiki/Enzima_de_restricci%C3%B3n
7. http://portales.educared.net/wikiEducared/index.php?title=Enzimas_de_rest
ricci%C3%B3n
8. http://biotec.amgen.es/html/adn_reco.html
9. http://www.arrakis.es/~ibrabida/vigcorte.html
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