Download Actividad Nº1 - ¿Qué es la biotecnología?

Guía 2014 - Biotecnología
2° Año
2 cuatrimestre
do
Profesor:
Alumno:
División:
Grupo N°:
Integrantes del grupo:
1
Guía 2014 - Biotecnología
Fuentes

http://aportes.educ.ar/

www.educar.org

http://www.ecured.cu

http://www.ucv.ve/

http://www.rae.es/

Métodos de esterilización. 2008. Gutiérrez de Gamboa

Biotecnología y alimentos. Sociedad Española de Biotecnología (SeBiot)

Biotecnología y medio ambiente. Sociedad Española de Biotecnología (SeBiot)

Biotecnología y salud. Sociedad Española de Biotecnología (SeBiot)

Biotecnología. María Muños de Malajovich, Universidad de Quilmes.

Programa Educativo Por qué Biotecnología de ArgenBio – el Consejo Argentino para la
Información y el Desarrollo de la Biotecnología.
2
Guía 2014 - Biotecnología
Actividades
Actividad Nº1 - ¿Qué es la biotecnología? ............................................................................................................................ 6
Actividad N°2 - El microscopio ............................................................................................................................................ 11
Actividad N°3 - Organismos ................................................................................................................................................ 15
Actividad N°4 - Preparación de Medios de Cultivo ............................................................................................................18
Actividad N°5 - ¿Dónde creés que podes encontrar microorganismos? .......................................................................... 20
Actividad Nº6 - Tarea de investigación.............................................................................................................................. 28
Actividad N°7 - Fermentación Alcohólica .......................................................................................................................... 28
Actividad N°8 - Elaboración de productos biotecnológicos ............................................................................................ 29
Actividad Nº9 – Adivina adivinador .................................................................................................................................... 31
Actividad N°10 – Microorganismos y alimentos ............................................................................................................... 34
Actividad N°11 - Antibióticos .............................................................................................................................................. 37
Actividad N°12 - Test de sensibilidad a los antibióticos .................................................................................................... 39
Actividad Nº13 - A pensar! ...................................................................................................................................................41
Actividad Nº14 - Completá el texto con la palabra correcta ............................................................................................. 42
Actividad Nº15 - Verdadero o Falso ................................................................................................................................... 43
Actividad N°16 - ¿Comemos genes cuando ingerimos alimentos? ................................................................................... 46
Actividad N°17 - Productos de la ingeniería genética ....................................................................................................... 49
Actividad Nº18 - Investigar la capacidad de biorremediación de diversas plantas ..........................................................61
Actividad Nº19 – Juego de rol ........................................................................................................................................... 62
Contenidos
Fuentes .................................................................................................................................................................................. 2
Pautas de trabajo de la materia ........................................................................................................................................... 5
Normas de seguridad ........................................................................................................................................................... 5
¿Qué es la Biotecnología? ..................................................................................................................................................... 6
¿Por qué se prefieren los microorganismos? ....................................................................................................................... 7
Biotecnologías: Tradicional y moderna ............................................................................................................................... 7
Aplicaciones de la biotecnología.......................................................................................................................................... 8
El microscopio muestra un mundo desconocido ................................................................................................................ 9
Los microorganismos .......................................................................................................................................................... 12
¿Existe vida en los ambientes extremos? .......................................................................................................................... 14
Uso de microorganismos a escala industrial ..................................................................................................................... 14
Medios de cultivo................................................................................................................................................................ 16
3
Guía 2014 - Biotecnología
Condiciones para el crecimiento de los microorganismos ............................................................................................... 16
Esterilización ........................................................................................................................................................................ 17
Siembra ............................................................................................................................................................................... 19
Biotecnología de alimentos ................................................................................................................................................ 22
Fermentación ...................................................................................................................................................................... 23
Alimentos fermentados ...................................................................................................................................................... 25
Alimentos funcionales ........................................................................................................................................................ 32
Ingesta de microorganismos .............................................................................................................................................. 32
¿Qué son los alimentos probióticos? .................................................................................................................................. 33
¿Qué son los alimentos prebióticos? .................................................................................................................................. 33
¿Qué son los antibióticos? .................................................................................................................................................. 35
Qué nos cuenta la historia sobre la aparición de los antibióticos… ................................................................................ 36
¿Cómo funcionan los antibióticos? ..................................................................................................................................... 37
Antibiograma ...................................................................................................................................................................... 38
Derribando mitos ................................................................................................................................................................ 44
Biotecnología moderna ...................................................................................................................................................... 45
ADN ..................................................................................................................................................................................... 45
Células ................................................................................................................................................................................. 46
Ingeniería genética ............................................................................................................................................................. 48
¿Qué puede hacer un investigador con estos genes? ....................................................................................................... 49
Los nuevos alimentos ......................................................................................................................................................... 52
¿Ofrecen ventajas los nuevos alimentos? .......................................................................................................................... 53
Biorremediación.................................................................................................................................................................. 54
¿Qué es un ecosistema? ..................................................................................................................................................... 54
Tratamiento de los compuestos en la naturaleza ............................................................................................................. 55
¿Qué es la biorremediación? ............................................................................................................................................... 56
Compostaje ......................................................................................................................................................................... 57
Petróleo ............................................................................................................................................................................... 58
Biocombustibles ................................................................................................................................................................. 59
Biorremediación y OGM .....................................................................................................................................................60
Guía para la confección de informes.................................................................................................................................. 65
Glosario ...............................................................................................................................................................................66
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Guía 2014 - Biotecnología
Pautas de trabajo de la materia
1.
El horario de comienzo del bloque debe ser respetado, por lo que todo alumno que entre después
que el profesor tendrá ¼ de falta.
2. Los alumnos deberán tener el material necesario de la materia (carpeta, guía teórico-práctica de la
materia, birome, lápiz, resaltador, goma) y no se permitirá salir a buscarlo durante el bloque de
clase.
3. Todos somos responsables de cuidar todo el material de trabajo que hay en el laboratorio, ejemplo:
la pizarra, las netbooks, los bancos, las sillas, y todo el material de laboratorio.
4. Como la materia es cuatrimestral, tendrán una nota en el boletín del segundo trimestre (si cursaste
en el primer cuatrimestre) o a fin de año. La nota del cuatrimestre será un promedio de las
evaluaciones escritas (serán dos y se avisarán con antelación), los informes de los trabajos prácticos,
el trabajo en clase, la participación y el compromiso con la materia.
5. La materia se aprueba con 6 o más puntos. Para aprobarla es necesario aprobar los contenidos
(evaluaciones escritas e informes de los trabajos prácticos). Las evaluaciones desaprobadas se
podrán recuperar solo una vez antes de finalizar el cuatrimestre.
6. En biotecnología vamos a trabajar en el
laboratorio de Ciencias Naturales (1er piso edificio
montañeses) junto a otros docentes del área.
Normas de seguridad
1.
No se puede comer ni beber en el laboratorio.
2. La ropa y los objetos personales no deben mantenerse cerca de las zonas de trabajo.
3. El pasillo de circulación central debe quedar libre, sin nada que interrumpa o entorpezca la
circulación por el mismo.
4. No se puede correr por el laboratorio.
5. Los productos utilizados no deben ser olfateados ni ingeridos.
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/539140/seguridad-enel-laboratorio
…………………………
…………………………
Firma del padre, madre o tutor
Firma del alumno
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Guía 2014 - Biotecnología
Actividad Nº1 - ¿Qué es la biotecnología?
a- Cada grupo recibirá cartelitos con los términos que se muestran a continuación:
BIOCOMBUSTIBLE – BIODIESEL – ANTIBIOTICOS – INSULINA - HORMONA DE CRECIMIENTO - SOJA
TRANSGENICA – YOGUR - MAIZ BIOFORTIFICADO - PAN – VINO – SIDRA - QUESO
Coloquen sobre la mesada del laboratorio los cartelitos y elijan cuáles de estos términos creen que
se relacionan con la biotecnología.
TIENEN QUE VER CON BIOTECNOLOGÍA
NO TIENEN QUE VER CON BIOTECNOLOGÍA
b- Lean en grupo “Qué es la biotecnología” y observen el video del campus “¿Qué es la biotecnología?” (
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/articulo/539120/introduccion-a-la-biotecnologia). Después analicen
las respuestas del punto anterior. ¿Harían alguna modificación?
TIENEN QUE VER CON BIOTECNOLOGÍA
NO TIENEN QUE VER CON BIOTECNOLOGÍA
¿Qué es la Biotecnología?
El término biotecnología es uno de los más utilizados en los últimos años, superó las fronteras de los
laboratorios y hoy día podemos escucharlo incluso en los supermercados. El conocimiento actual del
público sobre la biotecnología se debe, en gran medida, a los descubrimientos que permitieron el
desarrollo de la ingeniería genética o, como se la denomina científicamente, la tecnología del ADN
recombinante. Pero la biotecnología no es algo nuevo, las antiguas civilizaciones sin saberlo se servían de
ella en la producción de quesos, panes y cervezas.
Pero…. ¿Qué es la biotecnología? Esta actividad se define en términos generales como el uso de seres
vivos, sus procesos o sus partes para la obtención de bienes y/o servicios, y ofrece soluciones reales a los
grandes retos a los que nos enfrentamos en la actualidad, tanto en el sector de la salud como en el
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Guía 2014 - Biotecnología
agropecuario. Pero esta no es la única definición, la OTA (oficina de evaluación tecnológica) por ejemplo,
sostiene que la biotecnología incluye a cualquier técnica que utiliza organismos vivos (o partes de ellos)
para obtener o modificar productos, mejorar plantas y animales, o desarrollar microorganismos para
usos específicos, como productos comerciales o servicios.
Otra definición importante y que quizás muchos pensamos, fue la propuesta por la organización de la
industria biotecnológica, que propuso que la biotecnología es “bio”+“tecnología”, es decir, el uso de
procesos biológicos para resolver problemas o hacer productos útiles.
En pocas palabras, la mayor parte de los procesos biotecnológicos pueden reducirse a la siguiente
ecuación general:
SUSTRATO + MICROBIO = PRODUCTO
¿Por qué se prefieren los microorganismos?
Si bien de la definición de biotecnología se desprende que podría utilizarse cualquier ser vivo o parte de
ellos, lo cierto es que para muchos procesos se prefieren microorganismos y esto se debe a que:

Su tamaño (microscópico) permite la reproducción de los mismos en espacios reducidos.

Poseen la cualidad de reproducirse a gran velocidad (algunas bacterias son capaces de dividirse
cada 20 minutos), lo cual nos permite obtener una gran cantidad de microorganismos en poco
tiempo.

Pueden colonizar muchos ambientes. Algunos incluso crecen en ambientes tan extremos como el
fondo del mar, zonas volcánicas o zonas de muy baja temperatura.

Su material genético puede ser estudiado y modificado fácilmente, lo que permitiría la obtención
de organismos genéticamente modificados (OGM).

El medio de cultivo está disponible en grandes cantidades y es barato.

Los microorganismos utilizados no son patógenos, o sea que no causan enfermedad al hombre.
Biotecnologías: Tradicional y moderna
El conocimiento generado y el desarrollo de nuevas
técnicas
han
permitido
la
expansión
de
la
biotecnología, por eso y para abarcar de manera más
ordenada su conocimiento vamos a partir su estudio
en dos partes, primero vamos a estudiar la
Figura 1. Biotecnología Tradicional y Moderna
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Guía 2014 - Biotecnología
Biotecnología Tradicional que es aquella en la que se emplean los productos obtenidos del metabolismo
de microorganismos (la biotecnología tradicional incluye técnicas como la selección artificial y los
cruzamientos selectivos o hibridación), y más adelante nos embarcaremos en el estudio de la
Biotecnología moderna como aquella en la que se emplean técnicas de ingeniería genética.
Aplicaciones de la biotecnología
La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales como lo son la atención de la salud,
el desarrollo de productos y ensayos para el tratamiento de enfermedades; la agricultura con el
desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; los usos no alimentarios de los cultivos, como por ejemplo
plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles; y en el cuidado medioambiental a través
de la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza de sitios contaminados
por actividades industriales.
Figura 2. Aplicaciones de la Biotecnología
Aunque la mayoría de la gente no lo sabe, hay muchos productos biotecnológicos que ya están
disponibles, y muchos más que están en investigación. En general, se puede decir que la biotecnología en
la actualidad se emplea para:
1) Mejorar el crecimiento de cultivos que se usan como alimentos;
2) Contribuir al cuidado y limpieza del medio ambiente;
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Guía 2014 - Biotecnología
3) Obtener nuevos medicamentos y vacunas;
4) Fabricar productos para diferentes industrias;
5) Producir alimentos más nutritivos que contribuyen con la salud;
En el link que figura más abajo pueden ver una línea de tiempo de la biotecnología:
http://www.centrobiotecnologia.cl/pop-up/pop-up.html
El microscopio muestra un mundo desconocido
Los microbios se han utilizado (aún sin conocer su existencia) durante miles de años para fabricar
alimentos y bebidas, pero no fue hasta el siglo XVII que Anton van Leeuwenhoek pudo verlos por primera
vez con uno de los primeros microscopios.
El ser humano posee el sentido de la vista desarrollado, sin embargo, no se pueden ver a simple vista
cosas que midan menos de una décima de milímetro, es por esto que muchos de los avances en química,
biología y medicina no se hubieran logrado si antes no se hubiera inventado el microscopio.
El desarrollo del microscopio, hace más de 300 años, mostró que la vida no está limitada a lo que
podemos ver por observación directa. Y permitió descubrir niveles de complejidad insospechados en los
organismos vivos. Mediante el microscopio aparecía un mundo nuevo que los
científicos de la época no sabían cómo interpretar.
Los pueblos de la antigüedad sabían que los espejos curvos y las esferas de cristal
llenas de agua aumentaban el tamaño de las imágenes, pero las experiencias con
lentes para aumentar las imágenes recién cobraron fuerza en las primeras décadas
Figura 3. Retrato de
del siglo XVII. Hasta entonces, los seres vivientes más pequeños conocidos eran
Leeuwenhoek
diminutos insectos y se daba por sentado que no existía ningún organismo más pequeño.
Los instrumentos para aumentar la visión de los objetos o microscopios (la palabra griega significa “para
ver lo pequeño”) comenzaron a usarse progresivamente.
Anton van Leeuwenhoek, un vendedor de telas holandés, fue uno de los primeros fabricantes de
microscopios. Su instrumento era bien simple: una sola lente montada en una placa de metal con
tornillos para mover lo que se quisiera ver y enfocar la imagen. Bajo su lente, Van Leeuwenhoek observó
todo lo que pasaba por sus manos: polvo de diamante, lana de cordero, pelo humano, pepitas de naranja,
excremento de rana, vino, restos de piel, restos de hueso, etcétera.
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Guía 2014 - Biotecnología
Durante 50 años, Leeuwenhoek publicó regularmente el resultado de sus minuciosas
observaciones en la Royal Society británica, que había sido creada recientemente. Su
descubrimiento más sensacional fue la observación de pequeños organismos
invisibles a simple vista, en gotas de aguas. Sus descripciones eran imprecisas, pero
no cabe duda que fue el primero en ver lo que más tarde se llamarían bacterias y
“animaculos”, como los denominó entonces, conocidos hoy como protozoarios que
en griego significa pequeños animales.
Figura 4. Fotografía de
El microscopio compuesto estaba formado por una combinación de lentes y fue
un microscopio
inventado por Zacharias Jansen en Holanda, se trataba de una especie de tubo de
compuesto fabricado
8 cm de largo con lentes en sus extremos.
en Londres en 1750
Para la misma época en que se publicaban las observaciones de Hooke, en Inglaterra un empleado de la
Royal Society, Robert Hooke, describía las maravillas que aparecían a través de la luz del microscopio. En
su libro Micrographia, que constituyó una de las primeras publicaciones sobre el tema, Hooke incluyó
descripciones y dibujos detallados de diversas observaciones microscópicas y
telescópicas. Hooke observó un delgado trozo de corcho sobre el cual no se
sabía porque flotaba en agua y era tan liviano y firme. Hooke observó que
estaba constituido por una fina trama de pequeñas celdillas rectangulares en
las cuales se encontraba aire, que él llamó “células”, un término habitual para
Figura 5. Microscopio de Jansen
designar pequeñas habitaciones en los monasterios. Si bien Hooke describió
cómo el corcho y otros tejidos vegetales estaban formados por pequeñas células, su trabajo fue sólo
descriptivo ya que no esbozó teoría alguna.
Las primeras lentes podían producir un aumento de hasta 200 veces, pero distorsionaban la forma y el
color de los objetos y la mayoría de los científicos veía estos instrumentos como juguetes y no como algo
útil para su trabajo.
Lamentablemente, la ciencia no logró avanzar demasiado con estas observaciones, ya
que los primeros microscopistas no tenían ninguna preocupación más que el placer de
descubrir cosas nuevas y no intentaron dar una explicación teórica a lo que veían. En
efecto, las observaciones de Leeuwenhoek y Hooke pasaron casi inadvertidas por los
Figura 6. Grabado
de un microscopio
compuesto del
siglo XVII
científicos de la época. Esto puede entenderse si tenemos en cuenta que Leeuwenhoek
no tenía educación formal y Hooke era sólo un empleado de Royal Society, y no un
miembro de ella.
Desde 1660 hasta la actualidad el microscopio óptico ha sido el pilar fundamental en el
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Guía 2014 - Biotecnología
conocimiento de lo invisible. Aunque su poder de resolución aumentó a través del tiempo (con la mejora
en la calidad de las lentes) al igual que el poder de magnificación, su factor limitante fue la longitud de
onda de la luz. En 1930 el mundo submicroscópico se amplió con la aparición del microscopio electrónico
cuya ventaja principal con respecto al microscopio óptico es un aumento de 1000 veces en la
magnificación del material observado acompañado de una mayor capacidad de resolución generando
una mejor.
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/53
9108/el-primer-microscopio
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/53
9109/partes-del-microscopio
Actividad N°2 - El microscopio
a) Buscá en internet y completá el siguiente esquema con el nombre de cada una de las partes del
microscopio óptico:
b) Observá los microscopios que se encuentran en el laboratorio y ubica sus partes.
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Guía 2014 - Biotecnología
Los microorganismos
El desfile de los microbios
¡Corre, corre, ven! El desfile ya empezó
de unos raros seres que nadie imaginó.
Ni piernas, ni aletas, ni boca, ni ojitos,
son éstos los más diminutos bichitos.
Son tan pequeños que no pueden ser vistos.
“¿Seguro que no?, ¿ese zoo es tan pequeñito?”
Imagínate, si es que puedes, Zac,
un punto diminuto, un granito no más.
Rompe cada grano en otros más chiquitos.
Tendrás delante de ti miles de granitos.
Cada granito que obtengas es como un cajón,
donde microbios te caben más de un buen millón,
Donde todos tienen espacio para nadar,
dar volteretas y su cuerpo enroscar.
Arthur Kornberg
Premio Nobel de Medicina (1959)
La definición clásica de microorganismo considera que es un organismo microscópico constituido por una
sola célula o una agrupación de las mismas. Algunos microorganismos son: las bacterias, los hongos
(levaduras y hongos filamentosos muy pequeños), las algas unicelulares y también los virus, aunque la
estructura de estos últimos es más simple y no llega a conformar una célula.
Bacterias:
La célula procariota típica de una Eubacteria posee pared celular,
membrana citoplasmática y un citoplasma sin organelas, en el cual
el material genético (un solo cromosoma circular) se encuentra
suelto en una región conocida como nucleoide, dado que carecen
de envoltura nuclear. Algunas especies contienen plásmidos, que
son pequeñas moléculas circulares de ADN que suelen contener
genes que le otorgan a la bacteria ciertas ventajas adaptativas,
Figura 7. Estructura de una célula procariota
como por ejemplo: enzimas que les permiten degradar distintas
fuentes de carbono, enzimas que producen antibióticos o incluso otras enzimas que les permiten tolerar
la presencia de ciertos antibióticos.
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Guía 2014 - Biotecnología
Entre las especies bacterianas de interés industrial están las bacterias del ácido acético, Gluconobacter y
Acetobacter que pueden convertir el
etanol en ácido acético, principal
componente del vinagre. Las bacterias
del ácido láctico incluyen, entre otras,
las
especies
Streptococcus,
de
los
géneros
Lactobacillus
y
Leuconostoc que producen yogur y
Figura 8. Formas y agrupamientos de bacterias
queso.
Hongos:
Las levaduras son organismos eucariontes, y como
tales poseen al material genético contenido en un
núcleo, cuentan con organelas y un sistema de
membranas (mitocondrias, retículos, etc). Además
poseen una pared celular.
La levadura más conocida y utilizada para la
mayoría
de
los
procesos
fermentativos
es
Figura 9. Célula de levadura
Saccharomyces cerevisiae. Con ella se produce el pan, el vino y la mayoría de las demás bebidas
alcohólicas.
Existen otros tipos de hongos asociados a los alimentos que no son levaduras, los hongos filamentosos.
Estos son pluricelulares y presentan regiones del cuerpo diferenciadas y sus células son eucariotas con
pared celular. Dentro del grupo de los hongos filamentosos se encuentran aquellos que son fuente de
enzimas comerciales (amilasas, proteasas, pectinasas), ácidos orgánicos (cítrico, láctico), quesos
especiales (Camembert, Roquefort) y setas.
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articul
o/539114/conociendo-a-las-levaduras
http://campus.ort.edu.ar/articulo/539359/tamanos-decelulas
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Guía 2014 - Biotecnología
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/
articulo/539115/microorganismos
¿Existe vida en los ambientes extremos?
Cuando hablamos de ambientes extremos nos referimos a aquellos ambientes en los cuales uno o varios
de los parámetros de mayor relevancia para el desarrollo de la vida (temperatura, acidez, salinidad,
presión, nivel de radiación, etc.) resultan hostiles para la vida desde el punto de vista del hombre.
A los organismos que viven en estos ambientes los denominamos extremófilos y están tan
perfectamente adaptados al medio que todos sus componentes funcionan de manera óptima en esas
condiciones. Entre los organismos extremófilos podemos destacar a los:

Termófilos: Pueden habitar a temperaturas de hasta 115ºC.

Halófilos: Se desarrollan en ambientes con salinidades equivalentes a un 35% de sal común
disuelta.

Piezófilos: Crecen a presiones de hasta 1100 atmósferas.

Psicrófilos: Se reproducen a temperaturas inferiores a 5ºC.

Acidófilos: Viven en medios con un pH inferior a 5.

Alcalófilos: Pueden desarrollarse en hábitats con un pH superior a 9.
Uso de microorganismos a escala industrial
El uso de microorganismos para la obtención de alimentos es una de las aplicaciones más antiguas de la
biotecnología. En la actualidad se han ido seleccionando las mejores cepas y se han desarrollado grandes
industrias y economías en base a ellos.
Ya sea bacteria o levadura, existen varias características que debe cumplir un microorganismo para su
uso en la industria:
El tamaño de la célula debe ser pequeño para facilitar el intercambio de sustancias con el
entorno y permitir, de esta forma, una elevada tasa metabólica.
Producir la sustancia de interés.
Estar disponible en cultivo puro.
Ser genéticamente estable.
14
Guía 2014 - Biotecnología
Crecer en cultivos a gran escala.
Crecer rápidamente y obtener el producto deseado en un corto período de tiempo.
No ser patógeno para el hombre o para los animales o plantas.
El medio de cultivo debe estar disponible en grandes cantidades y ser relativamente barato.
Actividad N°3 - Organismos
a- ¿Qué organismos se utilizan en biotecnología? ¿Cuáles son los más utilizados?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
b- ¿Cuáles son las características principales que poseen las bacterias?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………….……
c- Observá en el campus el video sobre Multiplicación de bacterias y respondé:
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/539110/multiplicacionbacteriana
1.
¿Qué condiciones requieren estos microorganismos para reproducirse efectivamente?
…………………………………………………………………………………………………………….………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………….……………………
2. ¿Qué es un patógeno?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………….………………………………
15
Guía 2014 - Biotecnología
Medios de cultivo
Los medios de cultivo son una mezcla de nutrientes que, en concentraciones adecuadas y en condiciones
físicas óptimas, permiten el crecimiento de los microorganismos. En su composición no pueden faltar:
 Agua
 Bases nutritivas (Peptonas, hidrolizados y digeridos. Extractos, infusiones y dializados)
 Carbohidratos (Azucares, Almidones, etc.)
 Sales minerales (Macroelementos: fósforo, azufre, sodio, cloro, hierro, etc. Microelementos:
zinc, cobre, etc.)
 Factores de crecimiento (Vitaminas, proteínas, etc.)
Pero la composición precisa del medio dependerá de la especie que se quiera cultivar, porque las
necesidades nutricionales de los organismos varían considerablemente. Hay microorganismos muy poco
exigentes que crecen bien en medios de laboratorio normales y microorganismos muy exigentes que
necesitan determinadas sustancias como vitaminas, suero o sangre para crecer.
De acuerdo su estado físico los medios pueden clasificarse en: líquidos, semisólidos y sólidos. Para evitar
la aparición de formas de vida que puedan alterar, enmascarar o incluso impedir el crecimiento
microbiano normal del o de los especímenes inoculados en dichos medios es necesario esterilizarlos (ver
más adelante).
Condiciones para el crecimiento de los microorganismos
Humedad: Es necesario un nivel mínimo de humedad, tanto en el medio como en la atmósfera. Hay
que prever el mantenimiento de estas condiciones mínimas en las estufas de cultivo a 35-37ºC
proporcionando una fuente adecuada de agua que mantenga la humedad necesaria para el
crecimiento de los cultivos y evitar así que se deseque el medio.
Luz ambiental: La mayoría de los microorganismos crecen mucho mejor en la oscuridad que en
presencia de luz solar. La excepción serían, claramente, los microorganismos fotosintéticos.
pH: El pH es un indicador del grado de acidez de una solución. La mayoría de los microorganismos se
desarrollan mejor en medios con un pH neutro. Los niveles de pH pueden alterar el crecimiento
bacteriano.
Temperatura: La temperatura óptima no es la misma para todos los microorganismos, por eso es
necesario saber cuál es la temperatura optima del microorganismo elegido antes de cultivarlo.
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Guía 2014 - Biotecnología
Esterilización
La esterilización es un proceso a través del que se logra la muerte de los microorganismos viables
(incluyendo las esporas bacterianas) presentes en un determinado material.
Este procedimiento es de gran utilidad dentro del campo farmacéutico, ya que existen muchos procesos
que requieren la utilización de materiales estériles, entre los que podemos destacar:
Métodos de
esterilización
Agentes físicos
Calor
Agentes mecánicos
Gaseosos (Óxido de
etileno)
Radiación
Seco (Aire caliente)
Agentes químicos
Filtración
No gaseosos (Aldehídos,
Ácido peracético,
Peróxido de hidrogeno
Húmedo (Vapor a presión)
• La esterilización de equipos quirúrgicos y otros materiales de uso médico con el propósito de
reducir el riesgo de infecciones en pacientes.
• El acondicionamiento del material (pipetas, tubos, placas de Petri, pinzas, etc.) que va a ser utilizado
en los laboratorios de microbiología.
• La preparación de medios de cultivo que serán empleados con diferentes propósitos (cultivo de
microorganismos, control de ambiente, equipos o personal, análisis microbiológico de
medicamentos, cosméticos, alimentos, etc.)
• La descontaminación de material utilizado.
Existen diversos métodos de esterilización, el método que se aplique dependerá del producto a
esterilizar. Los métodos de esterilización pueden clasificarse dependiendo del agente que actúa:
-
El calor es considerado como el método de esterilización por excelencia siempre y cuando el
material a esterilizar soporte altas temperaturas sin sufrir ningún tipo de daño. El calor húmedo
destruye a los microorganismos al desnaturalizar sus proteínas, y el calor seco lo hace
favoreciendo la oxidación de sus componentes celulares.
17
Guía 2014 - Biotecnología
-
Las radiaciones ionizantes se pueden utilizar para la esterilización de materiales termolábiles (se
alteran fácilmente por acción del calor), como por ejemplo materiales plásticos, y las
radiaciones no ionizantes, como la luz ultravioleta, pueden ser empleadas en el control de áreas
cerradas.
-
La filtración permite la remoción de todos los microorganismos presentes en un líquido o un gas
reteniéndolos sobre la superficie de un material.
-
Algunas sustancias químicas pueden ser usadas como agentes esterilizantes porque tienen la
capacidad de promover una o más reacciones químicas capaces de dañar los componentes
celulares de los microorganismos (proteínas, membranas, etc.)
Aunque suelen confundirse los términos desinfectar y esterilizar, estos no implican lo mismo, dado que
en la desinfección no se eliminan las esporas.
Actividad N°4 - Preparación de Medios de Cultivo
1.
Pesen los componentes del medio en las proporciones que corresponda y colóquenlos en un
erlenmeyer:
2.
AGUA DESTILADA
1 LITRO
TRÍPTEINA
10G
EXTRACTO DE LEVADURA
5G
CLORURO DE SODIO
5G
AGAR
15G
Disuevan los componentes del medio en agua destilada. Si los componentes no se
disuelven completamente podría ser necesario calentar el preparado hasta la ebullición
agitando de vez en cuando, para asegurar una completa disolución del agar (medios
Figura 10. Medio
de cultivo
sólidos y semisólidos).
3.
Realicen un tapón de algodón y tapen el erlenmeyer. Luego cubran la boca del
mismo con papel aluminio.
4. Una vez disuelto el medio hay que esterilizarlo para evitar el
crecimiento de micoorganismos no deseados. El método empleado
será calor húmedo y para ello colocarán el erlenmeyer en el autoclave
Figura 11. Placas de Petri con
(121ºC) durante 15-20 minutos.
medio de cultivo en reposo
18
Guía 2014 - Biotecnología
5. Una vez estéril repartir en placas de Petri estériles y dejar en reposo hasta que solidifique.
Siembra
En Microbiología se entiende como siembra al proceso mediante el
cual se lleva una porción de una población de microorganismos,
denominada entonces inóculo, de un cultivo crecido a un medio
nutritivo para su posterior crecimiento. Todo este proceso hay que
llevarlo a cabo con instrumentos y medios previamente esterilizados.
El instrumento portainóculos más frecuente es el ansa, con esta se
Figura 12. Arriba: Ansa rulo. Abajo:
puede tomar un inóculo a partir de colonias previamente crecidas en
Rastrillo
un medio sólido o de un medio líquido, debido a que mantiene un pequeño volumen de agua por tensión
superficial.
Existen dos tipos de siembra:
ZIG – ZAG
CÉSPED
Con esta técnica es posible obtener colonias Con esta técnica se busca el crecimiento masivo de
aisladas.
bacterias sin la necesidad de aislar colonias.
Si la muestra se obtiene de una superficie seca es En un tubo de ensayo se colocan un pocos
conveniente tomar la misma con ayuda de un mililitros de suero fisiológico estéril en los cuales
hisopo
ligeramente
humedecido.
Luego
se introduciremos una sola colonia con un asa de
deposita la muestra en el extremo de la placa de
siembra. Luego de agitar hasta que las bacterias
Petri más alejado a nosotros y realizamos la queden suspendidas en el suero fisiológico,
siembra en forma de zig-zag.
procedemos a tomar unos mililitros de esa
De esta forma vamos descargando la muestra del suspensión y exparsirla con la ayuda de un rastrillo
hisopo.
por toda la superficie de la placa.
19
Guía 2014 - Biotecnología
Actividad N°5 - ¿Dónde creés que podes encontrar microorganismos?
Materiales
 Hisopo
 Caja de petri con medio
 Agua
 Marcador indeleble
 Estufa
Procedimiento
1.
Tomen una muestra de una superficie con un hisopo humedecido con agua
2.
Deslicen el hisopo sobre el medio de cultivo que se encuentra en la caja de petri en forma de zig - zag
3.
Tapen nuevamente la placa de petri y rotulenla en la base (coloquen el nombre del grupo); nunca en
la tapa porque podría intercambiarse con otra.
4.
Lleven las placas a la estufa de 37ºC donde permanecerán entre 24 y 48 horas para que las bacterias
crezcan y se reproduzcan.
Resultados
a. Esquematizá y describí los resultados de tu grupo.
20
Guía 2014 - Biotecnología
b. Completá la siguiente tabla:
GRUPO
PRESENCIA DE MICROORGANISMOS
SUPERFICIE ELEGIDA
1
2
3
4
5
6
7
c. ¿Qué quisimos probar con estas experiencias?
………………………………………………………………………………………………………..…………
…………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………….……….....
.............................................................................................................................................................................
d. ¿Cuál es la diferencia entre célula bacteriana y colonia?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
e. ¿Cuáles son tus conclusiones de los resultados obtenidos?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………….…………
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/53
9089/crecimiento-de-microbios-del-ambiente
En el siguiente link podes ver una utilización muy original de los microorganismos:
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/articulo/539103/trailer-de-pelicula-utilizando-hongos-ybacterias
21
Guía 2014 - Biotecnología
Biotecnología de alimentos
Pero la biotecnología de los alimentos no es cosa nueva…. en su sentido más amplio, la biotecnología es
aplicada en la obtención de alimentos desde hace ya miles de años…. En efecto, podríamos decir que la
biotecnología de alimentos existe desde hace unos 14.000 años, cuando el hombre abandonó sus
hábitos nómadas, se hizo sedentario y empezó practicar la agricultura y la ganadería para producir
alimentos.
Habitualmente, los microorganismos tienen mala fama, se los asocia a enfermedades y al deterioro de
alimentos, sin embargo, cumplen muchas funciones beneficiosas para otros seres vivos y el ambiente.
Además, el hombre ha aprendido a utilizarlos en beneficio propio. En efecto, en la biotecnología de
alimentos se emplean organismos vivos o sustancias que provengan de ellos para producir o modificar un
alimento, mejorar las plantas o animales de los que provienen los alimentos, o desarrollar
microorganismos que intervengan en los procesos de elaboración de los mismos.
Los primeros agricultores en Oriente cultivaron trigo, cebada y posiblemente centeno. Las cabras y
ovejas les proporcionaban leche, queso, mantequilla y carne. Los sumerios, hace unos 7.000 años,
utilizaban una biotecnología algo más desarrollada y producían alimentos fermentados como vino,
cerveza, pan, yogur o queso. Rápidamente surgió la necesidad de conservar los alimentos para poder
consumirlos en los momentos de escasez, desarrollándose tecnologías de conservación como el uso de la
sal, el frío, el secado o el ahumado.
La inmensa mayoría de los alimentos que consumimos sufren
diversas transformaciones biotecnológicas hasta la obtención del
producto que encontramos en el mercado. En muchos casos los
animales y las plantas de los que provienen estos alimentos han
sido modificados por el hombre en múltiples aspectos para
adecuarlos a las necesidades de producción, para mejorar sus
propiedades nutritivas, o para cambiar sus cualidades sensoriales
(olor, sabor, forma, color, textura, etc.).
A mediados del siglo XIX Luis Pasteur demostró que los procesos
que permiten la generación de tales alimentos son consecuencia
de la actividad microbiana y es por eso que incluimos a los procesos
de fermentación dentro de la biotecnología tradicional.
Figura 13. Producción de pan en la
antigüedad
La biotecnología tradicional también interviene en el mejoramiento de cultivos y especies animales que
forman parte de la alimentación. De hecho, la mayor parte de los cultivos que utilizan los actuales
22
Guía 2014 - Biotecnología
agricultores han sido generados desde hace miles de años por métodos convencionales, como la
selección artificial y la hibridación (cruzamientos selectivos) que aprovechan la diversidad y promueven la
reproducción y la supervivencia de determinadas especies o variedades que resultan favorables. También
en la actividad ganadera se seleccionan artificialmente y se cruzan determinados ejemplares que resultan
más productivos o que ofrecen productos de mejor calidad.
A los métodos tradicionales de modificación genética, se suma en la actualidad la biotecnología moderna
como una herramienta más que emplea técnicas de ingeniería genética para el mejoramiento de especies
y la obtención de productos con múltiples aplicaciones en la agricultura, la salud, el ambiente y en
diferentes industrias.
Fermentación
Los seres vivos capaces de vivir en un medio con poco, o nada, de oxígeno gaseoso se llaman anaerobios.
Estos seres, como el resto, realizan múltiples funciones para lo cual necesitan energía. La obtención de
energía, en estos casos, no se realiza por medio de la respiración celular, sino por un proceso conocido
como fermentación.
La fermentación como proceso de obtención de energía resulta menos “ventajosa” que la respiración
celular. De hecho, aunque se cree que los primeros seres vivos que habitaron la Tierra eran anaerobios,
se sabe que la mayoría de los organismos que existen en la actualidad, incluidos los seres humanos, son
aerobios, es decir que utilizan oxígeno del medio para la obtención de energía. Desde el punto de vista de
la teoría de la evolución, este hecho permitiría suponer que la respiración celular representa una
“ventaja” frente a la fermentación. Por eso, a lo largo de millones de años, los organismos capaces de
aprovechar el oxígeno gaseoso prosperaron, se reprodujeron y dejaron descendientes, que también
obtienen energía mediante la respiración celular.
El proceso en el cual se obtiene energía en ausencia de oxigeno (anaerobiosis) se denomina
fermentación, y existen dos tipos distintos, cuyo nombre lo determina uno de los productos finales
obtenidos.
Fermentación láctica: Se produce en muchas bacterias (bacterias lácticas), también en algunos protozoos
y en el músculo esquelético humano. El producto de la reacción es el ácido láctico responsable de la
obtención de productos lácteos acidificados como yogur, quesos, cuajada, crema ácida, etc. El ácido
láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos. Sin embargo en las células
musculares humanas su acumulación produce los dolorosos “calambres”.
23
Guía 2014 - Biotecnología
La reacción de la fermentación láctica sería:
Microrganismo
Glucosa --------------------------------> Ácido Láctico + energía + H2O
REACTIVO
PRODUCTOS
Fermentación alcohólica: Esta fermentación la realizan, por ejemplo, las levaduras del género
Saccharomyces. Se obtiene como producto alcohol etílico o etanol, y dióxido de carbono (CO2). Se trata
de un proceso de gran importancia industrial que, según el tipo de levadura empleada, da lugar a una
variedad de bebidas alcohólicas: cerveza, vino, sidra, etc. También en la fabricación del pan se añade a la
masa una cierta cantidad de levadura que, al realizar la fermentación a partir del almidón de la harina,
hará que el pan sea más esponjoso por las burbujas de CO2 que se desprenden e inflan la masa. En este
último caso el alcohol producido desaparece durante la cocción.
La reacción de la fermentación alcohólica sería:
Microrganismo
Glucosa -------------------------------> Etanol + energía + CO2
REACTIVO
PRODUCTOS
Se estima que los alimentos fermentados constituyen aproximadamente una tercera parte de la dieta
mundial, sin embargo la fermentación no es una novedad alimenticia, la evidencia arqueológica y
botánica de restos de semillas, prácticas y herramientas agrícolas revelaron habilidades rudimentarias en
el arte de la fermentación microbiana en la Mesopotamia, alrededor del año 6.000 a.C., estos pueblos
obtenían alcohol en forma de cerveza. Unos 4.000 años a.C. los egipcios descubrieron que el dióxido de
carbono producido por la actividad fermentativa de las levaduras servía para preparar panes más
esponjosos. Y si bien la preparación de vino está comentada en la biblia, los datos sobre elaboraciones
más importantes provienen de la antigua china y medio oriente.
Otros procesos tan antiguos como los anteriores son los cultivos de las bacterias que producen el
vinagre, las bacterias lácticas que forman el yogur, y bacterias y hongos que se emplean para producir
queso. Los microorganismos prepararan alimentos y bebidas para el hombre desde hace siglos, pero éste
desconocía su existencia hasta hace un par de siglos, en efecto, los primeros microorganismos vistos en
el microscopio fueron descriptos por Anton Van Leeuwenhoek en 1674.
24
Guía 2014 - Biotecnología
Alimentos fermentados
Cerveza
Como hemos comentado anteriormente, la producción de cerveza se remonta a 6.000 años a.C en
Babilonia. En la antigüedad, cada casa producía su propia cerveza, hasta que en la época medieval la
producción se concentró en los monasterios, y luego en las primeras fábricas comerciales.
La cerveza se obtiene por la fermentación de cereales, especialmente la cebada, con el agregado de un
aromatizante.
Los granos de cereales poseen pocos hidratos que, al igual que la glucosa,
sean fácilmente fermentados por las levaduras. El hidrato que más abunda
en los cereales es el almidón pero hay pocas levaduras que puedan
fermentarlo. Para ayudar en este proceso se humedecen los granos, lo cual
permite que las semillas inicien la germinación, proceso durante el cual el
embrión de la planta produce unas enzimas llamadas amilasas, necesarias
para obtener glucosa a partir del almidón. Luego el grano se calienta a 65º
C para matar al embrión vegetal. Todo este proceso se llama malteado.
Figura 14. Los babilonios
La malta producida se muele y se calienta para extraer de ella el jugo dulce.
fueron los primeros en
A este líquido que contiene mucha glucosa, se le adicionan levaduras que lo
producir cerveza.
fermentan. Como producto de la fermentación se obtienen etanol y
dióxido de carbono que se pierde por evaporación. Se pueden utilizar dos tipos de levaduras para la
producción de cerveza: Saccharomyces cerevisiae (cerveza inglesa) y Saccharomyces carlsbergensis
(cerveza tipo Lager).
Vino
Los historiadores cuentan que el vino ya se producía en Asiria
2.000 a.C., pero el desarrollo de esta producción tuvo lugar en la
Grecia y Roma antiguas, donde los cultivos de vid aún se
conservan.
Pasteur fue el primero en demostrar que las levaduras que
fermentan la uva y producen vino se encuentran en el hollejo
(piel de las uvas) de las mismas. Tales levaduras pertenecen al
género Saccharomyces.
25
Figura 15. Las características de cada
vino se deben entre otras cosas a los
diferentes tipos de uva.
Guía 2014 - Biotecnología
Durante la fermentación alcohólica, las levaduras convierten en alcohol dos azúcares sencillos (la
fructosa y la dextrosa) que se encuentran en el jugo de la fruta. La concentración máxima que alcanza el
alcohol es de 14% ya que a una mayor concentración las levaduras dejan de trabajar.
Las características de cada vino se deben a los diferentes tipos de uvas y a las levaduras que las
fermentan. Las levaduras influyen sobre el aroma y el perfume del vino.
Lácteos
La leche cruda se inutiliza con rapidez pero en las antiguas civilizaciones encontraron métodos para
conservarla y poder emplearla en su alimentación. Los microorganismos responsables de estos procesos
son las bacterias lácticas, que fermentan la lactosa y la convierten en ácido láctico.
La elevada acidez que proporciona el ácido láctico evita que estos productos sean atacados por otras
bacterias o microorganismos que pueden convertir a la leche en un derivado inútil para la alimentación
del hombre.
Las leches fermentadas se producen por la acción de microorganismos específicos que generan una
mayor acidez (reducción del pH) por la formación de ácido láctico, y la coagulación de las proteínas de la
leche. Estos microorganismos específicos deben estar vivos, ser activos y abundantes en el producto
final. Existen dos grandes grupos de leches fermentadas: ácidas y ácido-alcohólicas. Entre las primeras se
encuentra el yogur, elaborado exclusivamente mediante la acción de las bacterias Lactobacillus
delbrueckii subsp. bulgaricus y Streptococcus thermophilus.
El yogur y el queso son los productos más importantes que se preparan a partir de la fermentación de la
leche. En el mercado actual podemos encontrar distintos tipos de yogur, según el contenido graso, la
consistencia, el aroma y el sabor que presentan, la adición de frutas, de cereales, o de azúcar u otros
edulcorantes. Es posible obtener otras leches fermentadas con otras especies bacterianas, destacando
bifidobacterias y lactobacilos acidófilos, que actúan como probióticos y pueden tener repercusiones
digestivas e inmunitarias positivas. Las leches fermentadas ácido-alcohólicas, de menor consumo, se
elaboran a partir de microorganismos que conducen a la formación, además de ácido láctico, de alcohol
etílico y de dióxido de carbono (CO2). El representante más conocido de este tipo de leches fermentadas
es el Kefir (Cáucaso), aunque hay otros como el Kumis (Rusia), o el Fuli (Finlandia).
 Yogur
El yogur se prepara a partir de leche previamente hervida, a la que se le agrega una mezcla de dos tipos
diferentes de bacterias: Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus. Ambas especies
26
Guía 2014 - Biotecnología
bacterianas necesitan una temperatura de 40ºC para la preparación de yogur. El yogur tiene un pH=4 que
resulta adecuado para su conservación. La leche con las bacterias se incuba durante 9 horas a 40ºC o
hasta que tenga suficiente ácido láctico, después se enfría y así se conserva.
 Queso
El queso se obtiene a partir del agregado de bacterias a la leche fresca, que agrian la leche al fermentar
la lactosa (azúcar de la leche) en ácido láctico. Luego se le agrega una enzima llamada renina que rompe
las proteínas de la leche (caseína) y origina la coagulación de un
producto sólido que se separa del líquido o suero. La parte sólida se
envuelve en una tela y se prensa para expulsar el agua. Luego comienza
el período de maduración del queso, durante el cual se agregan otros
microorganismos que le otorgan las características particulares de cada
tipo.
La enorme variedad de quesos se debe a la diversidad de
microorganismos que se le agregan a la leche. Ej: el Penicillium
roqueforti (queso roquefort), el Penicillium camemberti
(queso
Figura 16. Los productos los más
importantes obtenidos de la
fermentación de la leche son el
yogur y el queso.
camembert).
Pan
La masa del pan son cultivos mixtos de bacterias ácido lácticas y levaduras, microorganismos que crecen
naturalmente sobre la superficie de los granos de cereales.
Existe evidencia desde el año 2.300 a.C., cuando los egipcios descubrieron de forma casual el proceso de
la fermentación, de la utilización de levaduras en la fabricación del pan. La especie de levadura más
utilizada para la fermentación del pan normal es Saccharomyces cerevisiae.
El proceso que ocurre es una fermentación alcohólica. Utilizando los
componentes de la harina, la levadura fermenta expulsando al medio
dióxido de carbono y alcohol. El alcohol obtenido se evapora al
momento del horneado del pan, y el dióxido de carbono desprendido
de dicha fermentación, en vez de convertirse en burbujas como en el
Figura 17. La masa del pan son
cultivos mixtos de bacterias ácido
champán o en la cerveza, es el responsable de los agujeritos y
aspecto esponjoso de la miga del pan.
lácticas y levaduras
27
Guía 2014 - Biotecnología
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/539137/
video-sobre-levaduras-y-pan
Toda esta biotecnología tradicional era un arte, más que una ciencia. La gente no comprendía qué sucedía
cuando se producía el pan, la cerveza o el queso. Antes de que la biotecnología pudiera desarrollarse, los
científicos tuvieron que investigar mucho y conocer más acerca de estos procesos.
Actividad Nº6 - Tarea de investigación
Para la clase que viene te proponemos investigar en grupo dos productos que se obtengan a través de
la biotecnología. En la investigación incluyan:
a) Microorganismos que participan.
b) Materia prima o sustrato.
c) Proceso
Actividad N°7 - Fermentación Alcohólica
Materiales

Levadura

Azúcar

Bombitas de agua

Agua

Gradilla

6 Tubos de ensayo
Procedimiento
1. Rotulen los tubos del 1 al 5
2. Preparen cada tubo como se indica a continuación y en seguida coloquen una bombita de agua en la
boca del tubo de ensayo:
TUBO
1
2
3
4
5
6
LEVADURA
SI
SI
SI
SI
SI
NO
AGUA
NO
FRIA
TIBIA
FRIA
TIBIA
SI
AZUCAR
NO
NO
NO
SI
SI
NO
3. Agiten y esperen a ver qué pasa en un minuto.
28
Guía 2014 - Biotecnología
Resultados
1. ¿Qué observaron en cada tubo?
TUBO 1………………………………………………………………………………………………
TUBO 2……………………………………………………………………………………………...
TUBO 3……………………………………………………………………………………………...
TUBO 4……………………………………………………………………………………………...
TUBO 5……………………………………………………………………………………………...
TUBO6……………………………………………………………………………………………...
2. ¿Para qué se requiere en este proceso del azúcar?
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
3. ¿Por qué pensás que se inflaron los globos?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………….…
4. ¿Cuál de los globos se infló más? ¿Por qué?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………….…
Actividad N°8 - Elaboración de productos biotecnológicos
A) Elaboración de pan
Materiales

Levadura

1 Vaso plástico

Harina común

Fuente calor (mechero)

Agua a 30°C

1 Vaso de precipitados

Azúcar
grande
Procedimiento
1.
Disuelvan un poco de levadura en agua tibia.
2.
Mezclen una taza de harina con una cucharada de azúcar.
3.
Agreguen la levadura disuelta.
4.
Mezclen bien y agreguen agua en caso de ser necesario.
29

3 Vaso de precipitados
chicos

Film
Guía 2014 - Biotecnología
5.
Partan el bollo en tres partes iguales.
6.
Coloquen cada parte en un vaso de precipitados y tápenlo con film.
7.
Coloquen un vaso de precipitados cerca de la fuente de calor, otro a unos 50 cm de la fuente de
calor y otro en la heladera.
8.
Dejen reposar 30 minutos.
9.
Observen los resultados obtenidos.
Resultados
1. ¿Por qué se requiere en este proceso agua tibia y azúcar?
………………………………………………………………………………………………………..…………
……..………………………………………………………………………………………………….…………
………………………………………………………………………………………………………………..…
2. ¿Por qué pensás que leva la masa del pan?
………………………………………………………………………………………………………..…………
……..…………………………………….………………………………………………………………………
3. ¿A qué se deben los agujeritos en la miga del pan?
………………………………………………………………………………………………………..…………
……..……………………………………………………………………………………………………………
4. ¿Por qué se dice que la elaboración de pan es un proceso biotecnológico?
………………………………………………………………………………………………………..…………
……..……………………………………………………………………………………………………………
5. ¿Estás comiendo microorganismos cuando comes el pan? Justifica tu respuesta.
………………………………………………………………………………………………………..…………
……..…………………………………………….………………………………………………………………
B) Elaboración de yogur
Leé atentamente las instrucciones para preparar yogur y respondé:
En un recipiente calentar un litro de leche hasta alcanzar los 45 ºC, sacarla del fuego y agregarle el yogur
natural sin dejar de mezclar. Una vez que la mezcla resulte homogénea colocarla en potes y mantenerlos
a 27ºC por unas 6 o 7 horas. Conservar en la heladera.
30
Guía 2014 - Biotecnología
a) ¿Por qué se requiere de la pasteurización de la leche?
…………………………………………………………………………………….………………………………
b) ¿Por qué se agrega el yogur a la leche?
……………………………………………………………………………………………………………………
c) ¿Por qué el yogur se debe colocar en leche tibia (ni muy fría ni muy caliente)?
……………………………………………………………………………………………………………………
d) ¿Cuál es la acción de las bacterias lácticas?
…………………………………………………………………………………………………….………………
e) ¿Por qué el producto resultante tiene sabor ácido?
……………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….…………………………
Actividad Nº9 – Adivina adivinador
A continuación se presenta una breve explicación del contenido o proceso de obtención de un alimento,
identificá de qué alimento se trata.
1) Bebida hecha a base de cereales triturados y malteados para obtener un mosto, con el agregado de
lúpulo, levaduras que realizan fermentación alcohólica y retención de dióxido de carbono que genera
espuma.
R:…………………………
2) Comida hecha con S.cerevisiae agregada a harina y agua; las levaduras se alimentan de los
carbohidratos en la mezcla y producen dióxido de carbono y alcohol que se evapora durante el
horneado.
R:…………………………
3) Carne triturada, curada y sazonada que se incuba con microorganismos para producir ácidos que le
otorgan sabores y aromas particulares.
R:…………………………
4) Líquido producido a partir de vino, con el agregado de virutas de madera y hierbas cubiertas por la
bacteria Acetobacter aceti, que convierten el vino en un líquido agrio.
R:…………………………
5) Alimento cuya leyenda de origen narra que “.....un nómada árabe transportaba leche utilizando como
recipiente estómago de un rumiante; como el estómago tiene las enzimas necesarias para cuajar la
leche, y el desierto estaba caluroso, al parar a descansar en un oasis....”, obtuvo este rico alimento.
R:…………………………
31
Guía 2014 - Biotecnología
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articul
o/539127/juegos-para-repaso
Alimentos funcionales
Un alimento puede ser considerado funcional si se ha demostrado de forma satisfactoria que posee un
efecto beneficioso sobre una o varias funciones específicas en el organismo consumidor, más allá de los
efectos nutricionales habituales, siendo esto relevante para la mejora de la salud y el bienestar o la
reducción del riesgo a contraer una enfermedad.
Es importante tener en cuenta que debe seguir siendo un alimento además de ejercer su efecto
beneficioso con las cantidades que normalmente son consumidas en la dieta. A veces a estos alimentos
también se los denomina nutracéuticos por entender que cumplen una doble función nutritiva y
farmacéutica.
Ingesta de microorganismos
En numerosas ocasiones comemos organismos vivos. No sólo comemos microorganismos que pueden
estar incluidos en grandes cantidades en alimentos fermentados (yogur), sino también otros seres vivos
macroscópicos como los vegetales (frutas, verduras, etc.) que una vez recolectados siguen siendo
materia viva sujeta a cambios, aunque de una forma distinta que cuando se encontraban en el árbol o en
el campo, a no ser que se inactiven por procesos de conservación o estabilización. Ni qué decir de las
ostras y otros animales que según las diferentes culturas y tradiciones se ingieren vivos.
Algunos alimentos pueden contener microorganismos patógenos que ingeridos en
suficiente cantidad desencadenan una enfermedad, como sucede con los alimentos
contaminados con la bacteria Salmonella.
También existen los denominados probióticos, que introducidos en la dieta e ingeridos
en cantidad suficiente ejercen un efecto positivo en la salud, más allá de los efectos
Figura 18. Queso
Roquefort
nutricionales tradicionales.
De todas formas es difícil pensar que alguien que tuviese una dieta compuesta mayoritariamente por
microorganismos sobreviviese mucho tiempo, ya que su composición es incompleta para los
requerimientos nutricionales humanos.
32
Guía 2014 - Biotecnología
¿Qué son los alimentos probióticos?
Son alimentos que contienen microorganismos vivos que, al ser ingeridos en cantidades suficientes,
ejercen algún efecto beneficioso sobre la salud más allá de sus propiedades nutricionales. Los grupos
bacterianos más utilizados como probióticos son los lactobacilos y las bifidobacterias, que se administran
en alimentos fermentados como el yogur y otros productos lácteos fermentados, vegetales
fermentados, o incluso en derivados cárnicos.
Algunos de los efectos beneficiosos sobre la salud que se les atribuyen son: mejorar la
respuesta inmunitaria, aumentar el equilibrio de la microbiota intestinal (evitar diarreas
y estreñimiento), reducir las enzimas fecales implicadas en los procesos de iniciación
del cáncer, ayudar en la terapia con antibióticos, reducir el colesterol, aumentar la
resistencia a la gastroenteritis, proteger contra microorganismos patógenos que
pueden contaminar algunos alimentos, y reducir los síntomas de la mala absorción de
Figura 19. Probiótico
la lactosa.
¿Qué son los alimentos prebióticos?
Son alimentos prebióticos los que contienen ingredientes no digeribles o de baja digestión que
benefician al organismo estimulando selectivamente la acción de una bacteria benéfica –o de un grupo
de ellas- presentes en su intestino. En esta categoría se encuentran, por ejemplo, la fibra, los
fructooligosacáridos, la inulina, y la lactulosa. Estas moléculas pueden formar parte de la propia
composición de los alimentos o añadirse a los mismos.
Los prebióticos mejor caracterizados son los hidratos de carbono similares a la
inulina que se utilizan en la industria alimentaria como sustitutos de azúcares y
grasas, aportan textura, estabilizan la formación de espuma, mejoran las cualidades
sensoriales (organolépticas) de los productos lácteos fermentados, mermeladas,
galletas, pan y leche para lactantes.
Figura 20. Prebiótico
La estructura molecular de la inulina resiste a la digestión en la parte superior del
intestino, lo que evita su absorción y le permite continuar su recorrido intestinal hasta que llega al colon,
donde se convierte en alimento para las bacterias allí presentes.
Para que un ingrediente de un alimento sea clasificado como prebiótico se debe demostrar que:
-
No se descompone en el estómago.
-
No se absorbe en el tracto gastrointestinal.
-
Es fermentado por la microflora gastrointestinal.
33
Guía 2014 - Biotecnología
-
Estimula de manera selectiva el crecimiento o la actividad de las bacterias intestinales
asociadas con la salud y el bienestar.
Se está planteando la utilización de ciertos probióticos y prebióticos en las fórmulas infantiles en un
intento de modificar la colonización bacteriana del intestino del recién nacido y así contribuir a prevenir
las infecciones intestinales. Se denominan alimentos simbióticos a los que combinan alimentos
probióticos y prebióticos.
Actividad N°10 – Microorganismos y alimentos
a) Actividad Campus Virtual: Observá el siguiente video y respondé las preguntas:
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/539121/probioticos-y-prebioticos
1. ¿Hay microorganismos en nuestro cuerpo? ¿Dónde?
…………………………………………………………………………………………………………………….
.............……………………………………………………………………………………………………………
2. ¿Todos los microorganismos son perjudiciales para la salud?
.............……………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………….
3. ¿Cuáles son las funciones que cumplen los microorganismos que habitan normalmente en nuestro
cuerpo?
.............……………………………………………………………………………………………………………
.............……………………………………………………………………………………………………………
34
Guía 2014 - Biotecnología
4. ¿Qué es un probiótico?
.............……………………………………………………………………………………………………………
.............……………………………………………………………………………………………………………
5. ¿Qué es un prebiótico?
.............……………………………………………………………………………………………………………
.............……………………………………………………………………………………………………………
¿Qué son los antibióticos?
La mayoría de las personas conocen la existencia de los antibióticos, y su empleo es un hecho frecuente
en el mundo entero desde hace varios años.
Los antibióticos pueden definirse como moléculas con actividad antimicrobiana, que originalmente, son
el producto del metabolismo de hongos y bacterias, capaces de inhibir en pequeñas dosis los procesos
vitales de ciertos microorganismos, destruyendo o impidiendo su desarrollo y reproducción.
El antibiótico pionero fue la penicilina, que revolucionó el tratamiento de las infecciones, como la
neumonía y la tuberculosis. Su producción, a partir de hongos, constituyó la primera aplicación de la
biotecnología a la industria farmacéutica. Su descubrimiento se debe a Alexander Fleming, quien en 1928
encontró que el hongo Penicillum notatum producía "algo" capaz de matar a las bacterias que estaba
estudiando.
Actualmente, la mayoría de los antibióticos, denominados "naturales", se obtienen a partir de los
microorganismos que los producen. Así, mientras algunas especies de Penicillum producen penicilina,
otras fabrican antibióticos tan importantes como las cefalosporinas. Otros antibióticos naturales muy
conocidos, como la tetraciclina, la estreptomicina y la eritromicina, son elaborados por bacterias del
género Streptomyces.
La biotecnología ha permitido obtener a gran escala y de forma segura productos naturales que de otra
manera no podrían extraerse en cantidad suficiente. Tradicionalmente se extraían medicamentos de la
sangre de donantes pero esto implicaba un alto riesgo de contaminación con los virus de la sangre, hoy
día sin embargo es posible obtenerlos a partir de cultivos de células modificadas genéticamente sin
ningún riesgo. Lo mismo sucede con las hormonas que antes se obtenían de órganos humanos o
animales y que ahora se producen en fermentadores muy seguros.
A veces las ventajas son simplemente económicas ya que mediante los procesos biotecnológicos pueden
abaratarse los costos de la producción. También son interesantes las ventajas medioambientales, ya que
35
Guía 2014 - Biotecnología
en la producción de fármacos, las enzimas pueden sustituir a muchos procesos de síntesis química que
son muy contaminantes.
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnatu
rales/articulo/539128/los -antibioticos
Qué nos cuenta la historia sobre la aparición de los antibióticos…
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/
articulo/539124/fleming -y-la-penicilina
Remontémonos a 1911 junto con Alexander
Fleming: el científico trabajaba en su laboratorio
con
un
cultivo
accidentalmente
se
de
bacterias,
introdujo
un
cuando
hongo
microscópico en la caja de Petri. Fleming,
obviamente no se dio cuenta de lo sucedido hasta
unos días más tarde, al observar que algunas de
las bacterias cercanas al hongo no habían
formado colonias.
El hongo que inhibía el crecimiento bacteriano fue
identificado como Penicilium notatum
y la
sustancia fue llamada penicilina. Interesado en
este hallazgo, Fleming cultivó los hongos para
poder aislar la penicilina, pero la tarea le resultó
muy difícil y abandonó el intento. Por este
Figura 21. Técnica de obtención actual de la penicilina
descubrimiento ganó el Premio Nobel en 1945.
Diez años más tarde, en 1940 dos investigadores estadounidenses lograron purificar la penicilina y
rápidamente su obtención comenzó a industrializarse. La segunda guerra mundial fue un gran incentivo
para la producción masiva de penicilina, la cual logró evitar infecciones en las heridas y salvó
36
Guía 2014 - Biotecnología
innumerables vidas. En la actualidad, la penicilina se obtiene por técnicas de biotecnología, tal como se
muestra en la Figura 21.
A partir de este descubrimiento se investigaron una gran cantidad de hongos, de los cuales derivan otros
antibióticos utilizados actualmente. Tanto hongos como bacterias liberan espontáneamente distintas
sustancias que se utilizan para producir antibióticos. De este modo, sustancias producidas por algunas
bacterias y hongos se emplean para destruir a otras bacterias.
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/articulo/539106/anti
bioticos-penicilina
¿Cómo funcionan los antibióticos?
Según su modo de acción los antibióticos pueden ser Bacteriostáticos o Bactericidas.
Un antibiótico bacteriostático inhibe el crecimiento microbiano. Los microorganismos no crecen en
presencia del antibiótico pero tampoco mueren de forma inmediata. Si se elimina el antibiótico, los
microorganismos pueden recuperarse y volver a crecer. Los microorganismos cuyo crecimiento está
detenido por acción de un antibiótico bacteriostático van muriendo con el paso del tiempo en presencia
del antibiótico; sin embargo, este proceso de muerte es lento.
Un antibiótico es bactericida cuando la presencia del antibiótico produce la muerte del microorganismo
afectado rápidamente. Esta muerte puede ir acompañada de la lisis de las células (y se habla entonces de
antibiótico bacteriolítico) o no.
Aquellos organismos que se vean afectados por la acción del antibiótico serán denominados sensibles,
mientras que aquellos que ante la presencia del antibiótico no resulten afectados serán denominados
resistentes.
Actividad N°11 - Antibióticos
1.
¿Qué error de procedimiento pudo haber cometido Fleming que lo llevó al descubrimiento de la
penicilina?
……………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………….…………………
……………………………………………………………………………………………………………….……
37
Guía 2014 - Biotecnología
2. ¿Por qué la producción de penicilina se considera un proceso biotecnológico?
……………………………………………………………………………………………….……………………
……………………………………………………………………………………………………………………
3. ¿Por qué hasta 1940 no se pudo producir la penicilina a escala industrial?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………..……………………………………
4. Investigá otros ejemplos de antibióticos.
……………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………….………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………….………
5. Existe evidencia de que las bacterias son capaces que adquirir resistencia a un antibiótico cuando es
suministrado repetidamente. ¿Es bueno usar antibióticos ante cualquier síntoma de enfermedad?
¿Qué soluciones se pueden dar ante este problema?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………..…………………..…
Antibiograma
Las bacterias no pueden verse a simple
vista. Sin embargo, es posible observar
sus colonias, que son agrupaciones de
bacterias que se originan a partir de la
multiplicación de una bacteria original
(son genéticamente iguales).
Para obtener colonias en el laboratorio
se siembran bacterias en agar (medio de
cultivo
sólido
que
contiene
los
Figura 22. Pasos de un antibiograma
38
Guía 2014 - Biotecnología
nutrientes necesarios para el crecimiento bacteriano).
Para medir la efectividad de un antibiótico sobre un tipo de bacteria, se realiza un antibiograma. Para ello
se hacen crecer bacterias genéticamente iguales sobre una superficie de agar contenida en una caja de
Petri y se colocan sobre ella discos embebidos en diferentes antibióticos (discos de antibiograma). Luego
se la incuba a una temperatura similar a la del cuerpo humano (37°C) durante 48 horas. Si las bacterias
son sensibles al antibiótico, cuando este difunde fuera del disco deja un espacio libre en el agar (halo de
inhibición). Cuanto mayor es el diámetro del halo de inhibición alrededor del disco más efectivo es el
antibiótico frente a ese tipo de bacterias.
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/articulo/5
39123/antibiograma
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/
articulo/539063/antibiograma
Actividad N°12 - Test de sensibilidad a los antibióticos
Materiales

1 Placa de Petri

Rastrillo

Mechero

Discos de antibiograma

1 Tubo de ensayos

Ansa rulo

Solución fisiológica

Pipeta pasteur

Cultivo bacteriano
Procedimiento
1) Coloquen 3ml de solución fisiológica en un tubo de ensayos.
2) Con ayuda de un ansa tomar una colonia bacteriana.
3) Disolver la colonia tomada en la solución fisiológica.
4) Sembrar las bacterias para un crecimiento en césped.
5) Colocar 4 discos de antibiograma de diferentes antibióticos sobre el medio ya sembrado, de manera
tal que formen los extremos de un cuadrado.
6) Incubar en estufa a 37ºC por 48hs.
39
Guía 2014 - Biotecnología
Resultados
1.
Esquematizá claramente los resultados
2.
¿De qué manera actúan los antibióticos?
………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………..…
……………………………………………………………………………………………………………..……
3.
¿En qué casos resulta conveniente realizar un antibiograma?
………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………..…………………
4.
¿Por qué se prueban diferentes tipos de antibióticos?
………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………..…
…………………………………………………………………………………………………..………………
5.
¿Cómo se podría determinar cuál de los antibióticos examinados es el más efectivo?
40
Guía 2014 - Biotecnología
………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………..…
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/articulo/539119/repasode-antibiogramas
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/articulo/53910
5/antibioticos-y-antibiograma-repaso-
Actividad Nº13 - A pensar!
Una población de bacterias es expuesta a los efectos de ciertos antibióticos, destinados a eliminarlas y
proteger la salud humana.
El gráfico 1 representa la curva de crecimiento normal para una población de bacterias cultivada en el
laboratorio en condiciones óptimas de temperatura, con una provisión abundante de nutrientes y
suficiente espacio para el crecimiento de la población.
El gráfico 2 representa las variaciones en el crecimiento de una población similar de bacterias, en las
mismas condiciones de crecimiento que la población representada en el gráfico 1, pero con una variante:
a diferentes tiempos se le agrega al cultivo de bacterias antibióticos destinados a eliminarlas.
En el Tiempo 1 (T1) se agrega al cultivo el antibiótico X.
En T2 se le suministra otra dosis del mismo antibiótico.
En T3 se le agrega el antibiótico Y.
41
Guía 2014 - Biotecnología
Respondé:
a.
Analizá el gráfico 1 y explicá que sucedió con la población de bacterias de esta experiencia.
………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………………………………………………..…
b.
Analizá el gráfico 2 y respondé:
i.
¿Cuál fue el efecto que provocó el antibiótico X sobre la población de bacterias en el tiempo T1?
………………………………………………………………………………………………………………
ii.
¿Por qué creés que después de haber aplicado el antibiótico X la curva no llegó a 0?
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
iii.
¿La respuesta de la población de bacterias al antibiótico X aplicado en el tiempo 2 es igual a la
ocurrida en el tiempo 1? ¿Por qué?
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….……………………
iv.
¿Cómo explicarías que la curva haya llegado a 0 después de la aplicación del antibiótico Y?
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
Actividad Nº14 - Completá el texto con la palabra correcta
Hongo
Bacteriostáticos
Halo
Antibiograma
Antibiótico
Microorganismos
Antimicrobiana
Resistencia
Antibióticos
Penicilina
Casual
Ampicilina
La …………………………. es el ……………………… que revolucionó el tratamiento de las infecciones
bacterianas. Su descubrimiento fue un hecho………………………, que se debe al trabajo del
bacteriólogo Alexander Fleming, quien mientras se encontraba trabajando con bacterias observó que
una de las placas de cultivo había sido contaminada por un ………………………. Decepcionado, pero
42
Guía 2014 - Biotecnología
sorprendido, Fleming observó que alrededor del hongo se formaba un enorme ……………………… sin
bacterias. Era evidente que el hongo (que luego se supo era de la especie Penicillum notatum) producía
“algo” capaz de matar a las bacterias. Fleming llamó a este principio activo penicilina y en 1929 publicó
sus experimentos.
Los antibióticos son moléculas con actividad ……………………… y pueden ser bactericidas
o………………………, es decir matan o impiden el crecimiento de ciertas clases de bacterias.
Actualmente, los laboratorios farmacéuticos dedican tiempo y dinero a la búsqueda de nuevos
antibióticos debido a que los ……………………… desarrollan ……………………… frente a
……………………… que en el pasado resultaban efectivos.
Actividad Nº15 - Verdadero o Falso
V
F
1)
Un antibiótico puede ser bactericida o bacteriostático.
V
F
2)
Los antibióticos naturales son producidos por ciertos hongos y bacterias.
V
F
3)
La penicilina fue el primer antibiótico fabricado por la industria farmacéutica.
V
F
4)
Un antibiograma permite conocer que antibióticos son efectivos contra un determinado
microorganismo.
V
F
5)
Para realizar un antibiograma las bacterias deben sembrarse sobre el medio de cultivo en
forma de zigzag.
V
F
6) Un antibiótico es una molécula con actividad antimicrobiana.
43
Guía 2014 - Biotecnología
Derribando mitos
Las bacterias son
siempre enemigas
El ser humano alberga unos 100 millones de bacterias de 400 especies
diferentes. El 95% de ellos habita en el tracto digestivo,
principalmente en el colon. La flora intestinal es un ecosistema
complejo que posee microorganismos patógeneos y otros capaces de
promover efectos benéficos, como la fermentación de los residuos de la
dieta, la generación de sustancias que permiten recuperar energía, la
estimulación del sistema de defensas y el efecto barrera contra los
colonización de los microorganismos dañinos.
Los yogures con probióticos
proveen al organismo una bacteria
llamada L. Casei. Esta sustancia es
generada normalmente por el 98%
de los organismos.
El cuerpo humano no puede
producir ningún tipo de bacteria,
las bacterias sólo se hospedan en el
cuerpo humano.
Cuando se suministra externamente
alimentos probióticos por un tiempo
prolongado, el cuerpo deja de
elaborarlo y paulatinamente “olvida”
que debe hacerlo y cómo hacerlo.
Es absolutamente imposible que
nuestro organismo deje de generar
L. casei, cuando de por sí, no
produce bacterias
Las ventajas de la fermentación se conocen desde
hace siglos. El yogur, la más común de las leches
fermentadas, contribuye a la modulación de la flora
intestinal, al tratamiento de diarreas y de personas
con intolerancia a la lactosa. A comienzos de los 90,
el premio Nobel Ilya Metchnikoff relacionó la
longevidad de ciertos pueblos caucásicos con el
consumo de grandes cantidades de yogur.
La mayor parte de la
gente cree que
fermentado es sinónimo
de putrefacto
Los probióticos son alimentos aprobados y
monitoreados por organismos regulatorios
nacionales. En el 2008 el ANMAT (Administración
Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología
Médica) desmintió los supuestos efectos nocivos de
los Lactobacillus
Los probióticos son
remedios “enmascarados”
que los agregan a los
alimentos para venderlos
El consumo de alimentos probióticos está
recomendado para todas aquellas personas que
quieran reforzar sus defensas. Todos pueden
consumirlos, no están restringidos en el tiempo, y
como cualquier otro alimento, está recomendado en
el marco de una dieta variada y equilibrada.
Los alimentos probióticos
no deben ser consumidos
por personas menores a 14
años
44
Guía 2014 - Biotecnología
Biotecnología moderna
La mayoría de los alimentos que ingerimos proceden de seres vivos (animal, vegetal o microorganismo),
y dado que todos los seres vivos contienen genes podemos afirmar que comemos una gran cantidad de
genes. Pero no siempre ingerimos genes con los alimentos, por ejemplo, la leche es un fluido animal que
no contiene células cuando procede de un animal sano y por eso si no se contamina con
microorganismos la leche estará libre de genes. Además, cuando los alimentos son sometidos a
tratamientos tecnológicos que incluyen procesos de extracción, horneado, destilación, tratamientos
enzimáticos, etc., los genes se pueden eliminar o pueden sufrir una degradación muy elevada, por lo que
quedan libres de ellos. Este es el caso, entre otros, de los aceites vegetales muy refinados o de las
bebidas alcohólicas sometidas a destilación.
ADN
Todas las células, procariotas y eucariotas, contienen ADN (ácido desoxirribonucleico), pero en las
primeras como no tienen núcleo definido, el material genético está disperso en el citoplasma y en las
segundas está contenido dentro del núcleo.
Los genes serían como las "recetas" que hacen que un organismo sea cómo es. En
términos de su estructura son fragmentos de ADN que almacenan la información
para fabricar las proteínas que determinarán las características y funciones del
organismo. Los genes se organizan en largas moléculas de ADN que se denominan
cromosomas y se encuentran en todas las células de un organismo vivo. El
conjunto de todos los cromosomas de una célula se denomina genoma, y contiene
toda la información requerida para la construcción y supervivencia de un
Figura 23. Diagrama
de la molécula de
ADN
organismo.
Si comparásemos toda la información genética de un individuo
con una enciclopedia, cada gen sería equivalente a un capítulo
y cada cromosoma sería un volumen de la misma, formado por
la sucesión de capítulos. Por tanto, esta enciclopedia contiene
la esencia de cada individuo. Siguiendo con este ejemplo, se
estima que la enciclopedia de una planta puede contener
alrededor de 25.000 capítulos (genes) mientras que la
Figura 24. Del gen a la proteína
enciclopedia humana contendría alrededor de 50.000.
45
Guía 2014 - Biotecnología
La información contenida en los genes se encuentra codificada. El alfabeto genético tiene solo 4 letras: A
(adenina), T (timina), G (guanina) y C (citosina), que combinadas de diferentes maneras forman todos los
mensajes que la célula necesita, es como el lenguaje de la música que con 7 notas permite infinitas
combinaciones para infinitas melodías.
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnatur
ales/articulo/539117/adn
Células
Como dijimos antes no
todas
las
células
son
iguales, veamos cuales
son las características que
permiten diferenciar las
células vegetales de las
animales.
Figura 25. A la derecha una célula animal y a la izquierda una vegetal.
Actividad N°16 - ¿Comemos genes cuando ingerimos alimentos?
Materiales

1 vaso de plástico

Shampoo (claro)

Etanol 95% frio

Licuadora

1 banana

Tubo de ensayo

Cuchara plástica

Sal

Contenedor

Filtro de papel

Pipeta pasteur

Hielo

270ml Agua destilada

Centrífuga
Procedimiento
1.
Licuen por unos 15 – 20 segundos la banana con 250 ml de agua destilada.
46
Guía 2014 - Biotecnología
2.
En el vaso plástico preparen una solución con una cucharadita de shampoo, dos pizcas de sal y 20 ml
de agua destilada. Es importante que revuelvan lentamente evitando formar espuma.
3.
A la solución preparada en el paso anterior, agregarle tres cucharaditas de la mezcla de banana del
paso 1.
4.
Mientras uno de ustedes mezcla la solución durante 5-10 minutos, otro pondrá el filtro de café
dentro de un recipiente doblando sus bordes para evitar que el filtro toque el fondo del mismo.
5.
Viertan la mezcla dentro del filtro y dejen que la solución drene por algunos minutos hasta obtener
lo suficiente para pipetear.
6.
Tomen un tubo de ensayo y llenen 1/3 del mismo con alcohol frío.
7.
Llenen la pipeta pasteur con la solución de banana filtrada y agréguenla al tubo con alcohol.
8.
Centrifuguen por unos segundos.
9.
Coloquen el tubo en un baño frio por 2 a 3 minutos. Es importante no batir el tubo de ensayo.
NOTA: El ADN no es soluble en alcohol pero los otros componentes si por lo que permanecen en la
solución mientras el ADN precipita como sólido en la capa de alcohol. Se puede observar el ADN como un
mucus blanco y fibroso. Con la ayuda de una varilla de vidrio podrás enrollarlo y extraerlo.
Respondé:
1. ¿Por qué se puede suponer que la banana contiene ADN? ¿Dónde se encuentra ese ADN?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
2. ¿Qué otro tipo de sustancias es posible encontrar entre los componentes de la banana?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
3. ¿Cuál es la función del shampoo en la experiencia?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
4. ¿Cuál es la función de la sal en la experiencia?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
5. ¿Cuál es la función del alcohol en la experiencia?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
47
Guía 2014 - Biotecnología
6. Al finalizar la experiencia se obtiene un mucus blanco y fibroso que sería el ADN. ¿Es posible que la
molécula de ADN se visualice a simple vista? ¿Por qué?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/539
107/extraccion-del-adn-de-banana
Ingeniería genética
Cuando los científicos comprendieron la estructura de los genes y cómo la información que portaban se
traducía en funciones o características, comenzaron a buscar la forma de aislarlos, analizarlos,
modificarlos y hasta de transferirlos de un organismo a otro para conferirle una nueva característica.
Justamente, de eso se trata la ingeniería genética por eso podríamos definirla como un conjunto de
metodologías o técnicas que permiten alterar las características de un organismo eliminando o
transfiriendo genes de un organismo a otro. Así, la ingeniería genética permite eliminar una
característica indeseable de un organismo (por ejemplo, la producción de una toxina) o introducirle una
nueva característica (por ejemplo, la resistencia a un insecto). Gracias a la universalidad del código
genético, la ingeniería genética puede utilizar la información existente en todos los seres vivos.
Como el ADN que combina información de organismos diferentes se denomina ADN recombinante, las
técnicas que emplea la ingeniería genética se denominan
técnicas de ADN recombinante. Así, es posible no sólo
obtener proteínas recombinantes de interés sino
también mejorar cultivos y animales, producir
fármacos,
y
obtener
proteínas
que
utilizan
diferentes industrias en sus procesos productivos.
En la actualidad, los científicos que investigan en
biotecnología estudian y trabajan sobre el material genético
(ADN) de los organismos, más precisamente, trabajan con los genes.
48
Guía 2014 - Biotecnología
¿Qué puede hacer un investigador con estos genes?
Por ejemplo, pasar un gen de un individuo al otro. Si un organismo tiene una característica que es
beneficiosa y otro organismo diferente no la tiene, se puede pasar esa característica de uno al otro y así
mejorarlo, transfiriendo el gen que tiene la información para que ese producto beneficioso se fabrique en
el organismo receptor. Por ejemplo, se puede insertar un gen específico en una planta que la haga más
resistente a una peste o más nutritiva.
Al organismo "transformado" se lo llama transgénico o recombinante (porque combina material genético
de otro organismo). También se lo puede llamar OGM, siglas de "organismo genéticamente modificado".
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/articulo/53913
4/que-es-un-organismo-transgenico-
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/539
100/ingenieria-genetica
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/articulo/539130/vegetalestransgenicos
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/articulo/539131/animalestransgenicos
Actividad N°17 - Productos de la ingeniería genética
Leé los siguientes artículos, y respondé:
Pampa Mansa, una vaca clonada
En agosto de 2002 la compañía Argentina de Biotecnología Bio Sidus anunció el nacimiento de su primer
ternero clonado en un campo de Buenos Aires, Argentina. La vaca clonada pertenece a la raza Jersey y
fue bautizada “Pampa”. Esta clonación es parte de un proyecto que apunta a producir hormona de
crecimiento humana mediante la introducción del gen humano (que codifica para la hormona de
crecimiento humano) en el genoma de la ternera.
En octubre de 2003, Bio Sidus anunció que Pampa Mansa estaba produciendo leche con buena cantidad
de hormona de crecimiento humana.
49
Guía 2014 - Biotecnología
1. ¿Dónde se realizan estos desarrollos?
…………………………………………………………………………………………………………………….
2. ¿Cuál es el organismo modificado?
…………………………………………………………………………………………………………………….
3. ¿Cuál es la modificación practicada?
…………………………………………………………………………………………………………………….
4. ¿Cuál es el organismo de origen?
…………………………………………………………………………………………………………………….
5. ¿Cuáles son las ventajas que ofrecería el nuevo producto al consumidor?
…………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………….
Petunias transgénicas tolerantes a heladas
Un grupo de investigadores de la Universidad de Toledo (Ohio, Estados Unidos) creó petunias que
sobreviven a temperaturas muy bajas. A través de la introducción de un gen proveniente de la planta
Arabidopsis thaliana, la cual es tolerante a condiciones extremas como: bajas temperaturas, alta salinidad
y sequías. Lograron que las petunias sobrevivieran a esas condiciones extremas. Las plantas tolerantes a
heladas les permitirían a los productores reducir la temperatura de los invernaderos considerablemente.
"Suena interesante", declaró Gene Klotz, propietario de Klotz Flower Farm. "Los costos de calefacción
hoy constituyen al menos el 35% de los costos totales de la producción". Las petunias serán ensayadas
por el Departamento de Agricultura, que además financió el proyecto. Probarán a qué temperatura
pueden cultivarse y cómo crecen y cuánto tiempo las petunias transgénicas sobreviven a esa
temperatura.
1. ¿Dónde se realizan estos desarrollos?
…………………………………………………………………………………………………………………….
2. ¿Cuál es el organismo modificado?
…………………………………………………………………………………………………………………….
3. ¿Cuál es la modificación practicada?
…………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………….
50
Guía 2014 - Biotecnología
4. ¿Cuál es el organismo de origen, del cual se obtiene el gen de interés?
…………………………………………………………………………………………………………………….
5. ¿Cuáles son las ventajas que ofrecería el nuevo producto al productor?
…………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………….
La insulina y las bacterias transgénicas
En los años 80 tuvo lugar un hito para la medicina: la producción y comercialización de la insulina
humana (insulina recombinante o biosintética) gracias a los avances conseguidos en ingeniería genética.
¿Cómo fue posible la producción en grandes cantidades de insulina humana sin tener que extraerla de
humanos? Los pasos fueron los siguientes:
-Se aisló y se cortó el gen productor de la insulina humana del resto del ADN humano.
-Se insertó dicho gen en la bacteria Escherichia coli.
-Se potenció la multiplicación de las E.coli transgénicas que producían insulina en cultivos bacterianos
para obtener un gran número de ellas.
De esa población de E.coli se extraía la insulina producida.
En la actualidad el patrón básico sigue siendo el mismo aunque se
utilizan otras bacterias a parte de la E.coli, como la levadura del
pan. Gracias a esas bacterias
transgénicas, fue posible la
comercialización a nivel mundial de la insulina humana.
Al ser propia de nuestra especie, no tenía los riesgos de las
insulinas de vacas y cerdos y como la obtención era mucho más
rápida y eficiente, el precio de la insulina bajó enormemente.
Hoy, millones de diabéticos se administran lo que una bacteria
transgénica produce.
Sin polémicas, sin miedos pero, eso sí, sin que la mayoría de ellos conozcan la fuente de su insulina.
1. ¿Cuál es el organismo modificado en este caso?
…………………………………………………………………………………………………………………….
51
Guía 2014 - Biotecnología
2. ¿De qué organismo proviene el gen de interés?
…………………………………………………………………………………………………………………….
3. A qué se refiere el artículo cuando dice: no tenía los riesgos de las insulinas de vacas y cerdos
…………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………….
4. ¿Cuáles son las ventajas que ofrece el nuevo producto al productor?
…………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………….
Los nuevos alimentos
Tradicionalmente, para mejorar genéticamente a las especies se aprovechaba la variación genética
natural o la generada mediante mutagénesis, controlando los cruzamientos y seleccionando individuos
con los caracteres de interés en las siguientes generaciones. A estas técnicas se les sumado la posibilidad
de realizar modificaciones genéticas mediante Ingeniería
Genética, que permite trabajar con genes aislados de una
forma más controlada, lo que supone grandes ventajas
frente a la forma tradicional en la que se manejaban los
genomas completos (miles de genes) de manera poco
controlada. Ahora se puede controlar y conocer mejor la
modificación genética introducida y se pueden obtener
resultados más rápidamente.
Figura 26. Mejoramiento genético
Con la Ingeniería Genética se pueden realizar mejoras que antes no eran factibles, ya que ahora es
posible saltar la barrera de la especie, y así, por ejemplo, los genes útiles de una fresa se pueden trasladar
a una papa, lo que antes era imposible ya que no es posible cruzar una fresa con una papa de manera
natural.
Los alimentos transgénicos son aquellos que han sido elaborados a partir de un organismo
genéticamente modificado (animales, vegetales, o microorganismos) o los que contienen algún
ingrediente que proviene de alguno de estos OGMs, incluyendo los aditivos. Los alimentos transgénicos
52
Guía 2014 - Biotecnología
están incluidos a su vez dentro de lo que se denominan los “nuevos alimentos”. Esta categorización
incluye todo aquel alimento que:
 contenga o se haya obtenido a partir de OGM.
 pudiendo ser habitual en otras culturas se incorpore en calidad de alimento exótico a nuestra
dieta.
 use procesos de producción no utilizados normalmente. Aunque se hace énfasis, al hablar de
nuevos alimentos.
Si aceptamos la definición anterior, entonces podemos afirmar que los alimentos transgénicos se
encuentran en las estanterías de los supermercados desde hace bastante tiempo, ya que es práctica
habitual desde hace más de 10 años el empleo de aditivos producidos industrialmente por
microorganismos transgénicos en la fabricación de múltiples alimentos.
¿Ofrecen ventajas los nuevos alimentos?
Esta pregunta puede intentar responderse teniendo en cuenta dos aspectos fundamentales, el impacto en la
salud humana y el impacto en el ambiente.
Desde el aspecto de la salud humana por ejemplo, podemos plantear que estos nuevos alimentos podrían
presentarse sino como una solución al menos como una contribución para remediar las carencias
nutricionales y mejorar la salud de las poblaciones de los países menos desarrollados. Una nutrición
insuficiente, debida a la poca variedad alimenticia y a las escazas cantidades, podría corregirse mediante
el desarrollo de cultivos más productivos (resistentes a plagas, sequía, salinidad)
o de nuevas plantas que incorporen nutrientes deficitarios en la dieta de la
población (vitaminas). Por ejemplo, la manipulación genética de semillas de arroz
ha permitido la síntesis de importantes cantidades de provitamina A en este
cereal. Este arroz denominado "arroz dorado" presenta extraordinario interés
para diversas zonas de Asia, donde el arroz es la base de la alimentación y existe
Figura 27. La tonalidad del
una carencia habitual de vitamina A en la dieta, lo que causa una elevada
arroz rico en provitamina A
incidencia de la ceguera en estas poblaciones. Otro ejemplo lo constituyen las
es más amarilla que la del
papas transgénicas con propiedades que vacunan contra el cólera (vacunas
arroz común, por eso se lo
denominó arroz dorado
comestibles).
En principio, también sería posible desarrollar nuevos alimentos que eliminen los problemas de
intolerancia causados por algunos alimentos tradicionales. Esto se puede realizar bloqueando los
compuestos que causan la intolerancia, eliminándolos o sustituyéndolos por otros. Por ejemplo,
53
Guía 2014 - Biotecnología
mediante el uso de las enzimas denominadas lactasas se puede hidrolizar la lactosa de la leche, de modo
que la leche así tratada pueda ser consumida por las personas intolerantes a la lactosa.
Podrían generarse alimentos funcionales, es decir, alimentos cuya aplicación está dirigida a la prevención
o a la contribución de la curación de enfermedades metabólicas muy concretas y que no son de
aplicación general, pero todavía su costo es muy elevado. También resulta elevado el costo de la
producción de alimentos en los que se han aplicado métodos de conservación que consiguen un menor
deterioro de su calidad nutricional.
Pero esto no es todo por eso te invitamos a realizar las siguientes actividades:
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/539096/
organismos-geneticamente-modificados
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/539095/
aspectos-controversiales-sobre-la-utilizacion-de-transgenicos
Biorremediación
Las actividades humanas impactan sobre el medio ambiente, en efecto existen actividades industriales
que debido a un mal manejo de sus productos generan sustancias que contaminan el ambiente. Entre
estos efectos adversos se pueden mencionar la contaminación por el uso de grandes cantidades de
pesticidas, de metales tóxicos y ácido sulfúrico, y las contaminaciones por derrames de petróleo.
La acumulación de contaminantes genera la dispersión de estos compuestos en el aire, el suelo y las
aguas superficiales. Una de las consecuencias de la contaminación de las aguas superficiales es la
filtración hacia las aguas subterráneas, que constituyen la reserva de agua para consumo humano.
El impacto de estas actividades sobre los ecosistemas a veces puede tener consecuencias irreversibles.
¿Qué es un ecosistema?
Un ecosistema está constituido por un medio físico (hábitat o ambiente), los seres vivos que viven en él y
por el conjunto de las interacciones que se producen entre los organismos que lo habitan y el medio
ambiente que les rodea, lo que implica distintos flujos de materia y energía, dando lugar a una unidad en
equilibrio dinámico. Se trata por ello de un sistema funcional, en principio autosustentable.
54
Guía 2014 - Biotecnología
Aunque los ecosistemas están espacial y temporalmente delimitados, el tránsito de uno a otro no es
brusco, sino que su yuxtaposición forma los llamados ecotonos.
Son componentes fundamentales del ecosistema los organismos autótrofos (productores), heterótrofos
(consumidores) y los descomponedores.
Tratamiento de los compuestos en la naturaleza
Cuando hablamos de biodegradación nos estamos refiriendo a la actividad metabólica que llevan a cabo
todos los seres vivos (microorganismos, plantas y animales) para asimilar o modificar sustancias
presentes en el medio ambiente. Aunque este término suele aplicarse a compuestos de naturaleza
orgánica, también puede referirse a sustancias inorgánicas.
Existen organismos capaces de llevar a cabo los procesos
biodegradativos en presencia de oxígeno, en cuyo caso
hablamos de biodegradación aeróbica, y también existen
algunos microorganismos capaces de degradar compuestos en
ausencia de oxígeno, en cuyo caso hablamos de biodegradación
anaeróbica.
A veces la biodegradación de una sustancia orgánica da como
resultado compuestos inorgánicos (agua, óxidos, sales, etc.), en
estos casos hablamos de la mineralización de las sustancias
orgánicas. Otras veces los compuestos no se mineralizan, sino
Los contaminantes
biodegradables son aquellos que
se descomponen, dispersan o
reciclan rápidamente
naturalmente. Son ejemplos de
estos contaminantes las aguas
cloacales, el dióxido de carbono,
los nitratos y otros desechos
orgánicos producto del
metabolismo.
que se transforman en otros diferentes (biotransformación) que pueden ser incorporados por el propio
organismo que los transforma o secretados al medio ambiente.
La mayoría de los compuestos biogénicos (compuestos orgánicos naturales, es decir, aquellos que no
derivan de la actividad industrial del hombre) pueden ser mineralizados rápidamente por diversos seres
vivos. Estos compuestos llevan presentes en la naturaleza cientos de millones de años, lapso de tiempo
suficientemente largo como para que muchos organismos hayan podido desarrollar la capacidad de
utilizarlos como fuente de carbono y energía. Sin embargo, existen varios compuestos naturales que
poseen una estructura química muy estable y que, por tanto, son muy difíciles de biodegradar.
55
Guía 2014 - Biotecnología
Los contaminantes no
degradables son materiales que
no se descomponen o que lo
hacen muy lentamente en el
medio natural. Se incluyen en
esta clase de contaminantes las
latas de aluminio, detergentes,
plásticos, vidrio, y algunos
metales pesados como el plomo,
el mercurio y el cadmio.
Existen sin embargo compuestos que no se degradan, pero que
pueden acumularse en forma inerte en el interior de un
organismo, disminuyendo su toxicidad. Cuando esto sucede
hablamos de bioacumulación, y es lo que sucede con muchos
metales pesados que son inmovilizados por microorganismos
mediante precipitación o la formación de complejos insolubles.
Los compuestos cuya estructura química es poco frecuente o
cuyo origen no es natural, se denominan compuestos
xenobióticos.
Debido
a
su
estructura
inusual,
algunos
compuestos xenobióticos pueden persistir mucho tiempo en la
biosfera sin alterarse y por eso se dice que son “recalcitrantes" a
la biodegradación (ciertos insecticidas, herbicidas y detergentes). Los procesos más importantes por los
que se degradan los compuestos xenobióticos son la fotodegradación por radiaciones solares, los
procesos de oxidación y reducción químicos, y la biodegradación por los seres vivos.
Algunos de los xenobióticos más recalcitrantes sufren un proceso de biomagnificación en las redes
tróficas. Este proceso se inicia con los microorganismos y causa la acumulación del xenobiótico en los
niveles tróficos superiores, donde provoca graves daños ecológicos.
¿Qué es la biorremediación?
La biorremediación surge como una rama de la biotecnología que busca resolver problemas de
contaminación mediante la utilización de seres vivos capaces de degradar compuestos que provocan
desequilibrio en el medio ambiente (sustancias contaminantes). Cuando el organismo utilizado es un
microorganismo, hablamos de remediación microbiana, y
cuando es una planta, hablamos de
fitoremediación.

Las plantas funcionan como bombas depuradoras de bajo costo.

Algunos procesos degradativos ocurren en forma más rápida con plantas que
VENTAJAS DE LA
FITORREMEDIACIÓN
con microorganismos.

Es un método apropiado para grandes superficies y para finalizar la
descontaminación de áreas restringidas en plazos largos.
56
Guía 2014 - Biotecnología

El proceso se limita a la profundidad de penetración de las raíces o aguas poco
profundas.
LIMITACIONES DE LA
FITORREMEDIACIÓN

Los tiempos del proceso pueden ser muy prolongados.

La biodisponibilidad de los compuestos o metales es un factor limitante de la
captación.
En muchos casos, la biorremediación se utiliza como acción complementaria después de haber eliminado
una buena parte de la contaminación por otros métodos físico-químicos o mecánicos. Los
procedimientos utilizados para la biorremediación son muy variables y dependen del compuesto(s) a
eliminar y de su ubicación física.
Los procesos de bioremediación pueden efectuarse In situ (en el mismo lugar donde se ha originado la
contaminación) o Ex situ (separando la porción contaminada y trasladándola a un reactor para ser
tratada). En el tratamiento in situ es posible estimular la actividad de los organismos presentes en el
lugar suministrando nutrientes (bioestimulación), o se pueden añadir organismos con propiedades
específicas para degradar el contaminante (bioincremento). En el tratamiento ex situ, el contaminante es
transportado a una planta de procesamiento donde se trata en reactores con microorganismos
degradadores especializados.
Para que la biorremediación sea eficaz, los contaminantes deben ser susceptibles a una transformación
metabólica cuyos productos deben ser inocuos, y el proceso no debe tener efectos secundarios adversos
en los ecosistemas. Además hay que tener en cuenta que las condiciones ambientales deben permitir el
crecimiento de los agentes que llevan a cabo la biorremediación.
Compostaje
Llamamos compostaje al proceso de descomposición de materia orgánica llevado a cabo por
comunidades microbianas bajo condiciones controladas, generando como resultado el compost. Si bien
esta técnica tiene una larga tradición en el tratamiento de residuos agrícolas y domésticos, sólo
recientemente se la ha empezado a utilizar para el tratamiento de sustancias tóxicas.
Gran parte del compost se utiliza como enmienda orgánica del suelo en diferentes cultivos, y también
para la producción de hongos comestibles (principalmente champiñones), aportándoles biomasa
microbiana fácilmente asimilable. Cuanto mayor es la cantidad de lignina del material vegetal utilizado
más difícil es su compostaje, ya que la lignina (un polímero que sólo es degradado por ciertos hongos)
impide su transformación por los microorganismos.
57
Guía 2014 - Biotecnología
Dadas las limitaciones existentes para el uso de fertilizantes químicos, el compost
representa una importante vía alternativa para la fertilización del suelo utilizando
abonos orgánicos. Al mismo tiempo, la eliminación de residuos agrícolas de las
cosechas (principalmente paja de cereales) mediante el compostaje supone una
ventaja adicional, ya que la legislación actual prohíbe su incineración en el campo.
Está técnica puede entonces utilizarse para realizar biorremediación, para ello
basta con mezclar los sedimentos con enmiendas orgánicas fácilmente degradables,
como paja, estiércol y mantener la mezcla en montones o pilas bajo condiciones Figura 28. Compostera
controladas de humedad y aireación.
doméstica
Petróleo
El petróleo es una mezcla muy compleja de distintos compuestos químicos. Gran parte de ellos pueden
ser metabolizados y convertidos en dióxido de carbono y agua por diversos organismos marinos o
terrestres, fundamentalmente bacterias y hongos, que son bastante frecuentes y cosmopolitas. Sin
embargo, existen varios factores que dificultan el proceso de biodegradación. El principal es que el
petróleo contiene mucho carbono y bastante azufre en formas asimilables por los microorganismos,
pero tiene muy poco nitrógeno y fósforo. Como todos los seres vivos, los microorganismos necesitan un
aporte equilibrado de diferentes nutrientes. Por lo tanto, los
hidrocarburos del petróleo no podrán ser metabolizados
eficientemente por los microorganismos a menos que se
suministren fuentes de nitrógeno y fósforo adecuadas.
Un segundo factor que limita la degradación del petróleo es la
insolubilidad en agua de la mayoría de sus componentes, lo que
limita su biodisponibilidad, es decir, la facilidad con la que serán
captados por los microorganismos. Muchos microorganismos han
desarrollado
diversas
estrategias
para
poder
captar
los
hidrocarburos insolubles más eficientemente. Las más comunes
Figura 29. Plataforma petrolera que
explotó en el Golfo de México en el 2010
son la excreción al medio de moléculas que facilitan la solubilidad o la dispersión de estos compuestos en
el agua (biosurfactantes), o el desarrollo de superficies celulares hidrófobas que permiten al
microorganismo adherirse a la interfase entre el agua y el petróleo, captando así los hidrocarburos
directamente sin necesidad de que se disuelvan previamente en el agua.
58
Guía 2014 - Biotecnología
Un tercer factor que limita la biodegradación del petróleo es la relativa toxicidad de muchos de sus
componentes. Finalmente, la disponibilidad de oxígeno es también muy importante. La biodegradación
de petróleo en suelos contaminados es relativamente eficiente en la zona más superficial, en la que hay
oxígeno, pero es muy lenta en capas más internas (a más de 10 cm de profundidad), donde el oxígeno
escasea. Aunque existen microorganismos capaces de degradar hidrocarburos en ausencia de oxígeno
(anaeróbicamente), crecen más lentamente que los microorganismos aeróbicos, y el proceso
biodegradativo es menos eficiente. Por lo tanto, la inyección de aire (oxígeno) en el subsuelo de zonas
contaminadas por hidrocarburos (petróleo o gasolinas, por ejemplo), o la aireación del terreno por otros
métodos mecánicos, acelera sustancialmente la biodegradación.
El petróleo es uno de los contaminantes orgánicos más importantes, particularmente en el mar, al que se
vierten varios millones de toneladas al año por diversas prácticas y accidentes, por suerte casi todos los
ecosistemas contienen microorganismos capaces de degradar hidrocarburos, por lo que generalmente
basta con facilitar y estimular el crecimiento de aquellos que estén presentes en la zona contaminada
(bioestimulación). La degradación sin embargo no será igual de eficiente en todos los lugares: en una
playa, por ejemplo, la mayor parte de los hidrocarburos que se encuentren al aire libre terminarán siendo
metabolizados por diferentes microorganismos, pero el petróleo que se filtre a capas más profundas de
la arena o que pase a los sedimentos marinos, persistirá durante mucho más tiempo
Biocombustibles
El término biocombustible se refiere a cualquier combustible de origen biológico, como por ejemplo la
madera. Sin embargo, suele utilizarse una acepción más restringida, para denominar a los biocarburantes
(bioetanol y biodiesel) y al biogás.
Aunque la mayor parte del etanol que se genera actualmente procede del petróleo, cada día se produce
más etanol de origen biológico, que se denomina bioetanol. Este se genera por fermentación anaeróbica
de la materia vegetal y cobra cada vez más importancia como sustituto de las gasolinas convencionales o
para la obtención de alguno de sus componentes esenciales, como el ETBE (etil ter-butil éter).
El biodiesel también es un producto de origen vegetal, que se obtiene a partir de aceites vegetales
(girasol, colza, maíz), frescos y usados, mediante un proceso de transesterificación realizado por
microorganismos anaerobios. La sustitución de carburantes convencionales por biocarburantes supone
una disminución de las emisiones gaseosas contaminantes (óxidos de azufre, partículas de sulfatos) en el
sector del transporte. Además, al ser biodegradables, disminuyen el nivel del impacto ambiental de los
vertidos accidentales.
59
Guía 2014 - Biotecnología
En la producción de biogás se utilizan residuos ganaderos, lodos de depuradora, efluentes de la industria
agroalimentaria y papelera y, en algunas ocasiones, la
fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos.
Mediante un proceso de digestión anaerobia las
bacterias pueden degradar la materia orgánica para
transformarla en biogás (mezcla de metano y CO2). El
biogás es una fuente renovable de energía que puede
convertirse en energía calorífica y energía eléctrica
Figura 30. Biodigestor casero
utilizando la tecnología adecuada.
Con la implantación de la separación en origen de la fracción orgánica de los residuos urbanos se dispone
entonces de grandes volúmenes de residuos orgánicos susceptibles de ser tratados en fermentadores
anaerobios.
Biorremediación y OGM
Existen contaminantes difíciles de degradar de manera natural, para los cuales no se conocen
microorganismos capaces de transformarlos. La ingeniería genética podría ofrecer una solución a este
problema, desarrollando microorganismos genéticamente modificados capaces de procesar tales
materiales. Es decir que los microorganismos transgénicos serían capaces de transformar los
contaminantes en productos ambientalmente más seguros.
El objetivo es mejorar en el laboratorio a los microorganismos capaces de degradar o inmovilizar los
compuestos indeseados en la naturaleza. Por ejemplo, se pueden lograr bacterias con genes añadidos
que inmovilicen metales pesados (cobre, zinc, plomo, cromo, entre otros) de manera que no resulten
tóxicos para otros organismos o bacterias que degraden contaminantes industriales que actualmente no
son biodegradables.
Actualmente existen numerosos grupos de investigación que están trabajando en el desarrollo de
plantas y microorganismos genéticamente modificados para ser mejores agentes de biorremediación, es
decir que degraden mejor o más eficientemente a los agentes contaminantes.
La biorremediación mediante bacterias ofrece grandes posibilidades de limpiar y descontaminar sistemas
complejos y gracias a sus ventajas económicas y ambientales podría llegar a ser una de las tecnologías
más desarrolladas durante este siglo. Actualmente se están utilizando cepas especializadas de
microorganismos de alta actividad para tratar agentes contaminantes en diferentes sectores, como las
60
Guía 2014 - Biotecnología
industrias que utilizan catalizadores, las textiles, las curtiembres, el procesamiento de celulosa y almidón,
la galvanoplastia, la minería, el desengrasado y recubrimiento de superficies y la impresión.
Actividad Nº18 - Investigar la capacidad de biorremediación de diversas plantas
Materiales

4 Erlenmeyer

Azul de metileno

Lemna

Agua

Azolla

Salvinia rotundifolia
Procedimiento
1.
Siguiendo la información de la tabla preparen 4 erlenmeyer según lo que les corresponda:
Grupo
1
2
3
4
5
6
7
Agua (ml)
60
60
60
60
60
60
60
Azul de metileno (gotas)
1
3
5
7
9
10
15
2. Coloquen cada especie de planta en un Erlenmeyer y dejen uno sin plantas.
3. Luego de una semana observen los resultados.
Resultados
1.
Esquematizá claramente los resultados obtenidos
61
Guía 2014 - Biotecnología
2. Evaluá los resultados luego de una semana
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………..
3. ¿Qué podés observar al cabo de una semana? (Observá también los resultados de los demás grupos)
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
4. ¿Qué planta bioacumula más pigmento?
……………………………………………………………………………………………………………………
5. ¿En qué parte/s de la planta se acumula más pigmento?
……………………………………………………………………………………………………………………
6. ¿Cuál creés que es el objetivo de armar tubos Control (con colorante pero sin plantas)?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
7. ¿Qué uso/s se le podría dar a la Fitorremediación y con qué objetivo?
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
Actividad Nº19 – Juego de rol
Dividan al curso en 5 grupos y discutan la siguiente situación:
En la ciudad de Quinquirivilla hay un importante arroyo que comenzó a contaminarse por el desarrollo
industrial, y en este momento es imposible utilizar sus aguas para consumo. La concentración de plomo
62
Guía 2014 - Biotecnología
es tan alta que directamente se ha prohibido bañarse en el rio. Se encuentran a discutir el problema en
una asamblea los siguientes grupos:
Grupo A: Representan a Los Dragadores, empresa que pretende vender un programa de saneamiento
según el cual, dragando el rio, se reduciría la cantidad de plomo en las aguas.
Grupo B: Representan a la industria Inge-néticos. Se trata de una empresa que pretende usar organismos
transgénicos como biorremediadores, pero para eso necesitan primero investigar, porque todavía no
tienen preparada la especie adecuada.
Grupo C: Representan a la agrupación Los Vecinos de Quinquirivilla, que tienen miedo de usar elementos
transgénicos para sanear el rio, porque dicen que después va a empeorar la situación. Además, no
quieren cerrar la fábrica que contamina, porque todos trabajan en ella.
Grupo D: Representantes de la Federación Quinquirivillense de Regulación de Transgénicos, que vienen a
participar de la reunión y cumplir su función.
Grupo E: Representan a los dueños de la fábrica La Plomera, que no quiere invertir en tecnología libre de
plomo.
Respondé:
1.
¿Te parece posible que se resuelva el problema? ¿Cómo? Pensá más de una opción y luego
compartilas con tus compañeros de grupo.
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………..
2. ¿Qué argumentos presenta cada grupo en la reunión para defender su posición?
GRUPO
A
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Guía 2014 - Biotecnología
GRUPO
B
GRUPO
C
GRUPO
D
GRUPO
E
64
Guía 2014 - Biotecnología
Guía para la confección de informes
CURSO: ............
GRUPO Nº: ..........
INTEGRANTES:................................
.................................
.................................
.................................
INFORME DEL TRABAJO PRACTICO Nº ....
TITULO: ………………………………………………
OBJETIVOS:………………………………………………………………………………………………………
RESULTADOS OBTENIDOS: (se pueden utilizar tablas y/o gráficos que expresen los resultados en forma
concreta, sin detalles de los métodos utilizados que figuran en la guía de TP)
……………………………………………………………………………………………………………………
CONCLUSIONES: (comenten brevemente las conclusiones obtenidas a partir del análisis de los
resultados)
……………………………………………………………………………………………………………………
65
Guía 2014 - Biotecnología
Glosario
Aditivo: Sustancia que se agrega a otras para darles cualidades de que carecen o para mejorar las que
poseen.
ADN: Ácido desoxirribonucleico, es el nombre de la molécula química de la que están compuestos los
genes.
Aerobio: Relativo a los procesos o células que se desarrollan en presencia de oxígeno.
Agar: El agar es un elemento solidificante muy empleado para la preparación de medios de cultivo.
Almidón: Hidrato de carbono compuesto por numerosas unidades de glucosa.
Amilasa: Enzimas que degradan almidón.
Aminoácido: Unidad estructural de las proteínas.
Ampicilina: Antibiótico bactericida derivado de la penicilina.
Anaerobio: Relativo a los procesos o células que se desarrollan en ausencia de oxígeno.
Antibióticos: Se dice de la sustancia química producida por un ser vivo o fabricada por síntesis, capaz de
paralizar el desarrollo de ciertos microorganismos patógenos, por su acción bacteriostática, o de causar
la muerte de ellos, por su acción bactericida.
ATP: Molécula con uniones de alta energía (Adenin Trifosfato).
Autótrofo: Organismo que puede elaborar la materia orgánica a partir de la materia inorgánica y no
depende de otros organismos para desarrollarse.
Bacteria: Microorganismo procariota (sin núcleo definido).
Bioacumulación: Proceso de acumulación de una sustancia dentro de un ser vivo.
Biodegradable: Sustancias que pueden ser degradadas por acción biológica.
Biorremediación: Cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas
derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural.
Célula: Unidad mínima estructural y funcional de los seres vivos. Mínima unidad viva.
Celulasa: Enzima que degrada celulosa.
Centrifugación: Método de separación de componentes celulares.
Cloranfenicol: Antibiótico bacteriostático.
Desinfectar: Método que disminuye la carga bacteriana.
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Guía 2014 - Biotecnología
Ecotono: Interfase entre dos ecosistemas.
Empírico: Perteneciente o relativo a la experiencia.
Enzimas: Proteínas que llevan a cabo un proceso de transformación química de una sustancia en otra
mediante una reacción catalítica.
Esterilizar: Metodología empleada para la eliminación de toda forma de vida microbiana.
Fermentación: Proceso químico de transformación de la glucosa en otras sustancias que pueden realizar
los microorganismos en ausencia de oxígeno.
Fermentación alcohólica: Fermentación que produce alcohol y dióxido de carbono.
Fermentación láctica: Fermentación que produce ácido láctico y agua.
Fotodegradación: Degradación de sustancias por acción de la luz.
Fructooligosacáridos: carbohidratos constituidos por unidades repetidas de fructosa, más una de
glucosa.
Gastroenteritis: Inflamación de la membrana interna del intestino, causada por bacterias, parásitos, virus
o ciertos tipos de antiinflamatorios no esteroideos.
Gen: Unidad biológica de la herencia que es responsable de la aparición de un determinado carácter, sea
físico, bioquímico o de comportamiento y que transmite la información hereditaria de generación en
generación.
Genoma: Conjunto de genes de un organismo.
Glucosa: Hidrato de carbono que constituye la principal fuente de carbono y energía de la célula.
Heterótrofo: Organismos que no pueden fabricar sus alimentos y dependen de los autótrofos o de otros
heterótrofos.
Hidrocarburos: Son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno.
Hidrólisis: Descomposición de sustancias orgánicas e inorgánicas complejas en otras más sencillas por
acción de agua.
Inerte: Falto de vida o movilidad, inútil.
Inocua: Que no hace daño.
Inulina: Polisacárido formado por unidades de fructosa.
Insulina: Es una hormona, producida y secretada por el páncreas. Interviene en el aprovechamiento de
los nutrientes, sobre todo con el de los carbohidratos. Su déficit provoca la diabetes y su exceso provoca
hiperinsulinismo con hipoglucemia.
67
Guía 2014 - Biotecnología
Lactosa: Disacárido formado por la unión de una molécula de glucosa y otra de galactosa.
Lactulosa: Es un azúcar sintético usado en el tratamiento del estreñimiento y complicaciones en las
enfermedades del hígado. Consiste de los monosacáridos fructosa y galactosa y es de color amarillo.
Levadura: Hongos unicelulares capaces de realizar procesos de fermentación.
Lignina: Sustancia que aparece en los tejidos leñosos de los vegetales y que mantiene unidas las fibras de
celulosa que los componen.
Lipasa: Enzima que degrada lípidos.
Lípidos: Moléculas orgánicas insolubles en agua.
Medio de cultivo: Un medio de cultivo debe contener los nutrientes y factores de crecimiento necesarios
y debe estar exento de todo microorganismo contaminante.
Metabolismo: Todos los procesos químicos que ocurren en el interior de las células.
Microbiota: Conjunto de microorganismos que habitan en un determinado ambiente.
Microbios: Sinónimo de microorganismos.
Microorganismos: Organismos cristal o plástico microscópicos tales como bacterias, protozoos, algas y
hongos unicelulares.
Mutagénesis: Proceso mediante el que origina mutaciones en los genomas de los organismos.
Nutrientes: Sustancias que pueden estar presentes en los alimentos, incluyen a los hidratos de carbono,
las proteínas, grasas, vitaminas, minerales y agua.
OGM: Organismo Genéticamente Modificado mediante técnicas de Ingeniería Genética.
Patógeno: Microorganismo que produce una enfermedad.
Placa de petri: Es un recipiente redondo, de, con una cubierta de la misma forma que la placa, pero algo
más grande de diámetro, para que se pueda colocar encima y cerrar el recipiente, aunque no de forma
hermética.
PCR: Abreviatura de la reacción de la polimerasa en cadena que se utiliza para hacer múltiples copias de
un fragmento de ADN.
Penicilina: Primer antibiótico bactericida producido por hongos del genero Penicillium.
Péptido: Son un tipo de moléculas formadas por la unión de varios aminoácidos mediante enlaces
peptídicos.
Progenie: Descendencia o conjunto de hijos de un organismo vivo.
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Guía 2014 - Biotecnología
Proteínas: Son macromoléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La mayoría
también contienen azufre y fósforo. Las mismas están formadas por la unión de varios aminoácidos,
unidos mediante enlaces peptídicos.
Proteasas: Enzimas que degradan proteínas.
Radiactivo: Cuerpo que emite radiación como consecuencia de la desintegración de sus núcleos
atómicos.
Recalcitrante: Sustancias que se resisten a la degradación o tienen una degradación muy lenta.
Recombinante: Dícese del genoma cuando ha sufrido una modificación en uno o varios de sus genes.
Respuesta inmune: Reacción de defensa frente a una sustancia u organismo extraño por la que se
generan anticuerpos y células específicas del sistema inmunitario.
Rizosfera: Zona de interacción entre las raíces de las plantas y los microorganismos del suelo.
Ruta metabólica: Sucesión de reacciones químicas que parten de un sustrato inicial a uno o varios
productos finales, a través de una serie de metabolitos intermediarios.
Sedentario: Comunidad que vive asentada en algún lugar. Opuesto de nómada.
Sensorial: Organoléptico.
Simbiótico: Organismo que vive en estrecha relación con otros.
Sumerios: Personas que vivían en el antiguo oriente medio.
Termoestable: Que es estable a la temperatura.
Termófilo: Organismo que puede vivir a altas temperaturas.
Tetraciclina: Antibiótico bacteriostático.
Toxina: Veneno que suele tener una procedencia biológica.
Transgénico: Son seres vivos (plantas, animales o microorganismos) que han sido modificados en
laboratorio mediante la introducción de genes de otras especies de seres vivos, para proporcionarles
características que nunca obtendrían de forma natural.
Ubicuo: Que está o puede estar presente en varios lugares al mismo tiempo.
Xenobiótico: Se aplica a los compuestos cuya estructura química en la naturaleza es poco frecuente o
inexistente debido a que son compuestos sintetizados por el hombre en el laboratorio.
Yuxtaposición: colocación de una cosa junto a otra sin interponer ningún nexo o elemento de relación.
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