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Guía 2014 - Biotecnología
2° Año
Profesor:
Alumno:
División:
Grupo N°:
Integrantes del grupo:
1
Guía 2014 - Biotecnología
Actividades
Actividad Nº1 - ¿Qué es la biotecnología? ......................................................................................................... 4
Actividad Nº2 - Tarea de investigación ............................................................................................................. 8
Actividad N°3 - El microscopio ........................................................................................................................ 10
Actividad N°4 - Organismos ............................................................................................................................. 13
Actividad N°5 - Preparación de Medios de Cultivo ......................................................................................... 14
Actividad N°6 - ¿Dónde creés que podes encontrar microorganismos? ....................................................... 14
Actividad N°7 - Fermentación Alcohólica ........................................................................................................ 17
Actividad N°8 - Elaboración de productos biotecnológicos ......................................................................... 18
Actividad N°9 - Observando los microorganismos ........................................................................................ 20
Actividad N°10 - Antibióticos ........................................................................................................................... 22
Actividad N°11 - Test de sensibilidad a los antibióticos .................................................................................. 24
Actividad Nº12 - A pensar! ................................................................................................................................ 25
Actividad Nº13 - Completá el texto con la palabra correcta .......................................................................... 26
Actividad Nº14 - Verdadero o Falso ................................................................................................................. 27
Actividad N°15 - ¿Comemos genes cuando ingerimos alimentos? ................................................................. 27
Actividad N°16 - Productos de la ingeniería genética .................................................................................... 30
Actividad Nº17 - Investigar la capacidad de biorremediación de diversas plantas ....................................... 38
Actividad Nº18 - La acción de las enzimas en detergentes para la ropa ....................................................... 43
Actividad Nº19 - ¿Proteasas de krill para detergente? .................................................................................... 44
Contenidos
Guía para la confección de informes .................................................................................................................. 47
Guía teórica .......................................................................................................................................................... 48
¿Por qué se prefieren los microorganismos para el uso en biotecnología? ...................................................... 50
¿En qué puede ayudar la biotecnología? ............................................................................................................ 50
¿En qué áreas se aplica la biotecnología? ............................................................................................................ 51
Biotecnología de alimentos ................................................................................................................................. 51
¿Qué es la biotecnología de alimentos? ............................................................................................................... 51
¿Cuándo se originó la biotecnología de alimentos? ........................................................................................... 52
¿Qué son los nuevos alimentos? ......................................................................................................................... 52
¿Qué son los alimentos probióticos? .................................................................................................................. 53
¿Qué son los alimentos prebióticos? ................................................................................................................... 54
¿Hongos en el pan? .............................................................................................................................................. 55
¿Comemos genes cuando ingerimos alimentos? ............................................................................................... 55
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Guía 2014 - Biotecnología
¿Comemos alguna vez organismos vivos? .......................................................................................................... 56
¿Es malo comer microorganismos? ..................................................................................................................... 56
¿Qué son los alimentos transgénicos? ................................................................................................................ 57
¿Puede la biotecnología ayudar a prevenir las intoxicaciones alimentarias? ................................................... 58
¿Pueden los nuevos alimentos mejorar la salud de las personas que padecen intolerancia a determinados
alimentos? ............................................................................................................................................................ 58
¿Pueden los nuevos alimentos contribuir a mejorar la salud en los países menos desarrollados? ................. 59
¿Qué es un gen? ...................................................................................................................................................60
¿Qué es la ingeniería genética? ...........................................................................................................................60
¿Qué es un organismo modificado genéticamente? .......................................................................................... 61
¿Qué ventajas tienen las medicinas de origen biotecnológico? ........................................................................ 61
¿Qué fármacos de origen biotecnológico están en el mercado? ...................................................................... 62
¿Existe vida en los ambientes extremos? ........................................................................................................... 64
¿Cómo puede la Biotecnología aprovechar la diversidad de los ambientes extremos? .................................. 65
¿Qué se entiende por biodegradación? ..............................................................................................................66
¿Qué son los compuestos xenobióticos y cómo se degradan? ......................................................................... 67
¿Qué son los procesos de biotransformación? ................................................................................................... 67
¿Es biodegradable el petróleo? ...........................................................................................................................68
¿Qué es la biorremediación? ................................................................................................................................69
¿Cómo puede ayudar la Biotecnología en la limpieza de los derrames de petróleo? ......................................69
¿Qué son los biocombustibles y que ventajas tienen? ....................................................................................... 70
¿Cómo se utilizan los residuos industriales para la producción de biogás? ....................................................... 71
¿Se puede obtener energía de los residuos urbanos? ........................................................................................ 72
¿Qué es el compostaje? ....................................................................................................................................... 72
¿Se puede utilizar el compostaje como técnica de biorremediación?............................................................... 73
Glosario ................................................................................................................................................................ 73
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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 – YOGURT - MAIZ BIOFORTIFICADO - PAN – VINO – SIDRA - QUESO
b- Coloquen sobre la mesada del laboratorio los cartelitos y elijan:
¿Cuáles de estos términos creés que se relacionan con la biotecnología?
d- Leé en grupo “Qué es la biotecnología” y observá el video del campus “Tras los pasos de la
Naturaleza”
e- Analizá tus respuestas del punto anterior. ¿Harías alguna modificación?
¿Qué es la Biotecnología?
El término biotecnología es una de las palabras más usadas en los últimos años. La biotecnología
ha superado todas las fronteras y en todos los ámbitos se habla de ella, hasta en los
supermercados. Pero pocos saben que dentro de la biotecnología se encuentran muchas
aplicaciones que son muy antiguas, como la fabricación de cerveza que se practicaba en la
antigua Babilonia.
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. Entre las biotecnologías tradicionales y las
modernas existen gran número de acontecimientos que las fueron uniendo a lo largo de los
siglos. Durante el transcurso de la materia nos ocuparemos de las biotecnologías tradicionales y
luego de las biotecnologías modernas como la modificación del ADN en diferentes organismos.
Pero, ¿qué significa la palabra biotecnología? Convengamos ahora que su verdadero significado
se puede resumir en la siguiente frase: “Son todos los procesos por los cuales se obtienen
productos que el hombre utiliza y que son elaborados por microorganismos o células más
complejas”. Un ejemplo de ello es la producción de antibióticos como la penicilina, producida
por los hongos del género penicillium.
En pocas palabras, la mayor parte de los procesos biotecnológicos pueden reducirse a la
siguiente ecuación general:
SUSTRATO + MICROBIO = PRODUCTO
El arte de las fermentaciones era conocido por los babilonios 6000 años a.C. Estos pueblos
obtenían alcohol en forma de cerveza. Aproximadamente 4000 años a.C los egipcios
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Guía 2014 - Biotecnología
descubrieron que el dióxido de carbono producido por la actividad fermentativa de las levaduras
servía para preparar panes más esponjosos. 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. Algunos son históricamente más nuevos, como la producción de antibióticos y
vitaminas, la purificación de aguas contaminadas y la elaboración de sustancias químicas como la
acetona. Los microorganismos prepararan alimentos y bebidas para el hombre desde hace
siglos, pero éste desconocía su existencia.
Los primeros microorganismos vistos en el microscopio fueron descriptos por Anton Van
Leeuwenhoek en 1674, y entre los que observó y describió se encuentran las levaduras.
Figura 1. Aplicaciones de la Biotecnología.
Hitos importantes en Biotecnología
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.
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Guía 2014 - Biotecnología
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
y esto permite que las semillas inicien la germinación. Durante ese proceso 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.
La malta producida se muele y se calienta para extraer de ella el jugo dulce. A este líquido que
contiene mucha glucosa, se le adicionan levaduras que lo fermentan. Como producto de la
fermentación se obtiene 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)
Figura 2. Los babilonios fueron los primeros en producir cerveza.
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. Las levaduras que se encuentran en el
hollejo pertenecen al género Saccharomyces.
Durante la fermentación alcohólica, las levaduras
Figura 3. Las características de cada vino se deben
entre otras cosas a los diferentes tipos de uva
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Guía 2014 - Biotecnología
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 las levaduras a
más concentración dejan de trabajar. Por eso los vinos tienen concentración alcohólica limitada.
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
Debido a que la leche cruda se inutiliza con rapidez, 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
Figura 4. La fermentación de la leche permite
atacados por otras bacterias o microorganismos que
obtener distintos productos, los más
pueden convertir a la leche en un derivado inútil para la
importantes son el yogurt y el queso.
alimentación del hombre.
El yogur y el queso son los productos más importantes que se preparan a partir de la
fermentación de la leche.
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 bacterianas necesitan una temperatura de 40ºC para la preparación de yogur. El yogur
tiene un ph=4, resultando este nivel de acidez adecuado para su mayor conservación. La leche
con las bacterias se incuba durante 9 horas a 40ºC o hasta que tenga suficiente acido láctico,
después se enfría y así se conserva.
Queso
El queso se obtiene a partir de agregar bacterias a la leche fresca. Estas bacterias agrian la leche
porque fermentan el azúcar lactosa (azúcar de la leche) en ácido láctico. Luego se le agrega una
enzima llamada renina que se encarga de romper 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
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Guía 2014 - Biotecnología
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 agrega a la
leche. Ej: el Penicillium roqueforti para elaborar queso roquefort, el Penicillium camemberti para
producir 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.
El principal agente en la elaboración del pan es el Lactobacillus plantarum, productor exclusivo de
ácido láctico. Otros microbios participantes son
Lactobacillus brevis y Lactobacillus fermenti, que
producen etanol y dióxido de carbono. También
fabrican bajas cantidades de ácido acético y glicerina
que le dan el aroma al pan. La porosidad (agujeritos)
de la masa se debe a la cantidad de dióxido de
carbono que se forma mientras leva y los organismos
más eficientes para ello son las levaduras. La mayor
parte de las levaduras presentes en la masa del pan
Figura 5. La masa del pan son cultivos mixtos de
bacterias ácido lácticas y levaduras
son Saccharomyces cerevisiae.
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 Nº2 - Tarea de investigación
Para la clase que viene te proponemos investigar dos productos que se obtengan a través de la
biotecnología. En tu investigación incluí:
a) Microorganismos que participan.
b) Materia prima o sustrato.
c) Proceso
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Guía 2014 - Biotecnología
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. Hubo que
esperar hasta el siglo XVII para que Anton van Leeuwenhoek viera los
microbios con uno de los primeros microscopios.
El desarrollo del microscopio, hace más de 300 años, mostró que la
vida no está limitada a lo que se ve por observación directa. Aquel
invento permitió descubrir niveles de complejidad insospechados en
los organismos vivos. Mediante el microscopio aparecía un mundo
Figura 6. Grabado de un
nuevo que los científicos de la época no sabían cómo interpretar.
microscopio compuesto del
Los primeros, construidos en el siglo XVII, tenían una sola lente.
Antoni van Leeuwenhoek, un vendedor de telas holandés, fue uno
siglo XVII, del libro
Micrographia de Robert Hooke.
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, pepita de naranja, excremento de rana, vino, restos de
piel, restos de hueso, etcétera. Cientos de pequeños seres vivos totalmente desconocidos por los
científicos de la época aparecían con su microscopio.
Durante 50 años, Leeuwenhoek publicó regularmente el resultado de sus minuciosas
observaciones en la Royal Society británica, que había sido creada recientemente. Al mismo
tiempo, en Inglaterra, un empleado de esa organización, Robert Hooke,
también 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. Si bien
Hooke describió cómo el corcho y otros tejidos vegetales estaban
formados por pequeñas cavidades separadas por paredes, a las que llamó
Figura 6. Fotografía de
células, su trabajo fue sólo descriptivo ya que no esbozó teoría alguna.
un microscopio
Las primeras lentes podían producir un aumento de hasta 200 veces,
compuesto fabricado en
pero tenían varias limitaciones. Los microscopios distorsionaban la
Londres en 1750. Photo
by Bob Tubbs 2005.
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
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Guía 2014 - Biotecnología
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. Tanto es así que las
observaciones de Leeuwenhoek y Hooke pasaron casi inadvertidas por los científicos de la época.
Esto se debe sobre todo a dos razones: Leeuwenhoek no tenía educación formal y Hooke era
sólo un empleado de Royal Society, y no miembro de ella. Además, en el siglo XVII aún se
valoraban más la observación y la experimentación, ideas que se continuaba desde de la Edad
Media.
Fuente: http://aportes.educ.ar/biologia/nucleo-teorico/influencia-de-las-tic/del-microscopio-a-latomografia-computada-tecnologias-para-mirar-por-dentro/los_microscopios.php
Actividad N°3 - 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 agrupación de células. Se consideran como tales a las bacterias, los hongos
(levaduras y hongos filamentosos muy pequeños), e incluye también a los virus, aunque la
estructura de ellos es más simple y no llega a conformar una célula.
Bacterias: La célula procariota típica de una Eubacteria posee pared celular, membrana
citoplasmática y el citoplasma sin organelas ni divisiones, en el cual el material genético (un solo
cromosoma circular) se encuentra suelto en el citoplasma ya que no existe envoltura nuclear, en
una región conocida como nucleoide. Algunas especies contienen plásmidos, que son pequeñas
moléculas circulares de ADN que suelen codificar para genes que le otorgan a la bacteria ciertas
ventajas adaptativas, como por ejemplo: enzimas que le permiten degradar distintas fuentes de
carbono, enzimas que producen antibióticos o incluso otras enzimas que le permiten tolerar la
presencia de ciertos antibióticos.
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 de los
géneros Streptococcus, Lactobacillus y Leuconostoc que producen yogur y queso.
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Guía 2014 - Biotecnología
Hongos: Las levaduras son organismos eucariontes, y como tales tienen el material genético en el
núcleo, cuentan con organelas y sistema de membranas (mitocondrias, retículos, etc), y tienen
pared celular. La levadura más conocida y utilizada para la mayoría de los procesos fermentativos
es 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 y que no son levaduras. Se trata de los
hongos filamentosos, pluricelulares que presentan regiones del cuerpo diferenciadas. Sus células
son eucariontes, 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 de las setas.
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.

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.
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Guía 2014 - Biotecnología
Actividad N°4 - Organismos
a- ¿Qué organismos se utilizan en biotecnología?
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_____________________________________________________________________________
b- ¿Cuál es el tipo de organismo más utilizado en biotecnología?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
c- ¿Cuáles son las características principales que poseen las bacterias?
___________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
d- Observá en el campus el video sobre Multiplicación de bacterias.
Medios de cultivo
El medio de cultivo constituye el aporte de nutrientes indispensables para el crecimiento de los
microorganismos. La composición precisa dependerá de la especie que se quiera cultivar, porque
las necesidades nutricionales 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.
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Guía 2014 - Biotecnología
Actividad N°5 - Preparación de Medios de Cultivo
1. Disolver los componentes del medio en agua destilada. En muchos casos se parte de un
preparado comercial con todos los componentes deshidratados. Siguiendo las instrucciones del
fabricante o del profesor, añadir la cantidad de agua adecuada para conseguir la concentración
deseada de los mismos.
Si el medio contiene un agente solidificante (agar-agar) hay que calentar el
preparado hasta la ebullición del mismo agitando de vez en cuando, para
asegurar una completa disolución del agar (medios sólidos y semisólidos); para
medios líquidos no es necesario calentar, únicamente se agita la mezcla hasta la
Figura 7. Medio
completa disolución de la misma.
de cultivo
2. Esterilizar la disolución: Una vez disuelto el medio se debe esterilizar para
disuelto
evitar el crecimiento de contaminantes. Dependiendo de la forma en que vaya a utilizarse el
medio, el procedimiento será diferente.
Medios sólidos en placa: Tapar el matraz con
tapón de algodón y cubrir con papel de aluminio.
Llevar a esterilizar al autoclave (121ºC) durante 15Figura 8. Placas de Petri con medio de cultivo en reposo
20 minutos. Una vez estéril repartir en placas
de Petri estériles y dejar en reposo para que solidifique.
Actividad N°6 - ¿Dónde creés que podes encontrar microorganismos?
Materiales

Hisopo

Marcador indeleble

Agua

Estufa

Caja de petri con medio
Procedimiento
1.
Tomá una muestra de diferentes superficies con un hisopo humedecido con agua
2.
Desplazá el hisopo sobre el medio de cultivo que se encuentra en la caja de petri formando
un zig - zag
14
Guía 2014 - Biotecnología
3.
Tapá nuevamente la placa de petri y rotulala en la base (colocá el nombre del grupo); nunca
en la tapa porque podría intercambiarse con otra.
4.
Llevá 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.
b. ¿Qué quisimos probar con estas experiencias?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
c. ¿Qué importancia práctica tienen los microorganismos del aire para la persona que trabaja en
un laboratorio?
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________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
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Guía 2014 - Biotecnología
d. ¿Cuál es la diferencia entre célula bacteriana y colonia?
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
e. ¿Cuáles son tus conclusiones de los resultados obtenidos?
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
Biotecnología de alimentos
La fermentación
El proceso común que interviene en la fabricación del pan, el vino y los quesos (por citar sólo
algunos alimentos), es la fermentación que realizan los microorganismos presentes en la materia
prima. Se estima que los alimentos fermentados contribuyen aproximadamente con la tercera
parte de la dieta mundial.
El término fermentación, en su acepción estricta, se refiere a la obtención de energía en ausencia
de oxígeno. Pasteur denominó a la fermentación "la vie sans l'air" o "la vida sin aire".
Existen diferentes tipos de procesos de fermentación que se denominan según el nombre del
producto final que se obtiene. Entre ellos:
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 yogurt, quesos, cuajada,
crema ácida, etc. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos. En
las células musculares humanas, la acumulación de ácido láctico produce los dolorosos
“calambres”.
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
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Guía 2014 - Biotecnología
desprenden e inflan la masa. En este último caso el alcohol producido desaparece durante la
cocción.
La reacción de la fermentación láctica sería:
Glucosa ---------> Ácido Láctico + energía + H2O
La reacción de la fermentación alcohólica sería:
Glucosa -------> Etanol + energía + CO2
Actividad N°7 - Fermentación Alcohólica
Materiales

Levadura en cuadraditos.

2 globos.

Jugo de uva / jugo de manzana (1 litro).

2 probetas.

2 frascos de vidrio pequeños (botellas).

1 densímetro
Procedimiento
1. Coloquen en el frasco un cuadradito de levadura (lo pueden romper en trozos pequeños).
2. Disuelvan la levadura con pequeños agregados del jugo de uva.
3. Agreguen el resto del litro de jugo de uva.
4. Tapen el cuello del frasco con el globo.
5. Agiten y esperen que el globo se infle (debido a la producción de dióxido de carbono).
6. Repitan la experiencia utilizando el segundo frasco y reemplazando el jugo de uva por jugo de
manzana.
7. Una vez que el globo se infló lo suficiente (comparen en el mismo tiempo cuál de los dos
globos se infla más)
8. Midan el contenido alcohólico mediante la utilización de un densímetro
9. Busquen el contenido alcohólico del vino y la sidra, y comparen con los porcentajes obtenidos
en las mezclas preparadas en el laboratorio.
Resultados
1. ¿Para qué se requiere en este proceso del azúcar (jugo)?
________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
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Guía 2014 - Biotecnología
2. ¿Por qué pensás que se inflaron los globos?
________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
3. ¿Cuál de los globos se infló más? ¿Por qué?
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
Actividad N°8 - Elaboración de productos biotecnológicos
En grupos vamos a fabricar nuestro propio proyecto biotecnológico.
a) Elaboración de yogur
Ingredientes

1 litro de leche entera pasteurizada

1 pote (200 o 250 cm3) de yogurt Natural

1 envase de yogurt vacío y limpio (uno por cada integrante del grupo)
Preparación
1) Colocar la leche en un recipiente y calentar hasta 45 ºC.
2) Agregar el yogurt natural batiendo bien hasta formar una mezcla homogénea.
3) Dividir la mezcla en los potes y llevar a estufa de laboratorio a 27 ºC.
4) Dejar incubar unas 6 a 7 horas, luego retirar y llevar a heladera.
Los resultados pueden observarse luego de dos días.
Respondé:
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?
_________________________________________________________________________________
18
Guía 2014 - Biotecnología
e) ¿Por qué el producto resultante tiene sabor ácido?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
b) Elaboración de pan
Materiales

levadura de panadería 50 grs

1 cucharada sopera de manteca

3 tazas de harina común

2 ½ cucharaditas de sal

2 ½ tazas de agua a 30°C

1 recipiente hondo

2 cucharadas soperas de azúcar
Procedimiento
1.
Agregar al agua tibia: azúcar, manteca, sal y levadura
2. Volcar la harina en el recipiente hondo
3. Cuando el líquido este espumoso añadirlo a la harina
4. Amasarlo convenientemente
5. Dejarlo levar durante 20 minutos cerca del mechero encendido
6. Cocinar hasta dorar
Mientras leva la masa, observá levaduras al microscopio.
Respondé:
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?
_________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
19
Guía 2014 - Biotecnología
4. ¿Por qué se dice que la elaboración de pan es un proceso biotecnológico?
_________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
5. ¿Estás comiendo microorganismos cuando comes el pan?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Actividad N°9 - Observando los microorganismos
a) Actividad Campus Virtual: Observá el siguiente video y respondé las preguntas:
http://campus.belgrano.ort.edu.ar/cienciasnaturales/articulo/262286/probi- ticos-y-prebi-ticos
(Podés buscar información adicional en la guía teórica)
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 el
organismo humano?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
4. ¿Qué es un probiótico?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
5. ¿Qué es un prebiótico?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
20
Guía 2014 - Biotecnología
¿Qué son los antibióticos?
La mayoría de las personas conoce acerca de la existencia de 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 y, 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.
Qué nos cuenta la historia sobre la aparición de los antibióticos…
Remontémonos a 1911 junto con Alexander Fleming: el científico trabajaba en su laboratorio con
un cultivo de bacterias, cuando accidentalmente se introdujo un 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 (ya desarrolladas y visibles) 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.
Diez años más tarde, en 1940 dos investigadores estadounidenses lograron purificar la penicilina,
que comenzó a industrializarse. La segunda guerra mundial fue un gran incentivo para la
producción masiva de penicilina, que logró evitar las infecciones de heridas y salvó innumerables
vidas. A partir de este experimento se investigó una gran cantidad de hongos, de los cuales
derivan otros antibióticos utilizados actualmente. Por este descubrimiento, Fleming ganó el
Premio Nobel en 1945.
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.
En la actualidad, la penicilina se obtiene por técnicas de biotecnología, tal como se muestra en el
esquema que figura más abajo.
21
Guía 2014 - Biotecnología
Figura 9. Técnica de obtención actual de la penicilina
Actividad N°10 - Antibióticos
1.
¿Qué error de procedimiento cometió Fleming que lo llevó al descubrimiento de la penicilina?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
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?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
22
Guía 2014 - Biotecnología
4. Investiga otros ejemplos de antibióticos usados en medicina.
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
5. Últimamente existe evidencia de que las bacterias son capaces que adquirir una 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 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. Cuando el antibiótico difunde fuera del
disco, inhibe el crecimiento de las bacterias sensibles,
dejando 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.
Figura 10. Pasos de un antibiograma
23
Guía 2014 - Biotecnología
Actividad N°11 - Test de sensibilidad a los antibióticos
Materiales

Placas de Petri

Ansa rulo

Discos de antibiograma

Cultivo bacteriano

Varilla de vidrio triangular o rastrillo
Procedimiento
1) Sembrar las bacterias para un crecimiento en césped.
2) Colocar un disco de antibiograma sobre el medio ya sembrado.
3) Incubar en estufa a 37ºC por 48hs.
Resultados
Esquematizá claramente los resultados.
Una vez obtenidos los resultados, respondé:
1.
¿De qué manera actúan los antibióticos?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
24
Guía 2014 - Biotecnología
2. ¿En qué casos resulta conveniente realizar un antibiograma?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
3. ¿Por qué se prueban diferentes tipos de antibióticos?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
4. ¿Cómo se podría determinar cuál de los antibióticos examinados es el más efectivo?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Actividad Nº12 - 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.
1
2
n° de individuos
n° de individuos
Antibiótico X
Antibiótico Y
Antibiótico X
0
Tiempo
0
25
T1
T2
T3
Tiempo
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 la curva no llego 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 se explicaría el hecho de que la curva haya llegado a 0 después de la aplicación del
antibiótico Y?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Actividad Nº13 - 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 sorprendido, Fleming
26
Guía 2014 - Biotecnología
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 Nº14 - Verdadero o Falso
1) Un antibiótico puede ser bactericida o bacteriostático.
V
F
2) Los antibióticos naturales son producidos por ciertos hongos y bacterias. V
3) La penicilina fue el primer antibiótico fabricado por la industria farmacéutica. V
F
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. V
F
Biotecnología moderna
Actividad N°15 - ¿Comemos genes cuando ingerimos alimentos?
Materiales:

1 vaso de plástico (por grupo)

Sal de mesa

Licuadora

1 gotero

Una cuchara plástica para medir y

1 tubo de ensayo sellado que contenga
mezclar

2 filtros de papel de café Nº 2 (conos)

20 ml de agua destilada

Shampoo de color claro

1 banana
95% de etanol

1 conservadora con hielo para enfriar los
tubos con alcohol

27
1 varilla de vidrio o 1 pipeta Pasteur.
Guía 2014 - Biotecnología
Procedimiento:
Vamos a preparar una solución de banana procesada con sal, agua destilada y shampoo,
mediante los siguientes pasos:
1. En una licuadora, mezclar una banana por taza de agua destilada (250ml).
2. Licuar por 15-20 segundos, hasta que la solución se mezcle.
3. En otra taza, preparar una solución con una cucharadita de shampoo y dos pizcas de sal y luego
agregar 20 ml (aprox. 4 cucharaditas) de agua destilada. Revolvé lentamente evitando formar
espuma.
4. A la solución preparada en el paso 3, agregale tres cucharaditas de la mezcla de banana del
paso 1.
5. Mientras uno de ustedes mezcla la solución durante 5-10 minutos, otro pondrá el filtro Nº 2 de
café dentro de un recipiente doblando sus bordes para evitar que el filtro toque el fondo del
mismo.
6. Verter la mezcla dentro del filtro y dejar que la solución drene por algunos minutos hasta
obtener lo suficiente para pipetear.
7. Tomar un tubo de ensayo y llenar 1/3 del mismo con alcohol frío.
8. Llenar la pipeta plástica con la solución de banana filtrada y agregarla al tubo con alcohol. Dejar
la solución reposar por 2 a 3 minutos sin mover. 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?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
28
Guía 2014 - Biotecnología
3. ¿Cuál es la función del detergente en la experiencia?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
4. ¿Cuál es la función de la sal en la experiencia?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
5. ¿Cuál es la función del alcohol en la experiencia?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
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?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
7. ¿Cómo se podría proceder si se quisiera obtener, a partir del ADN extraído, los nucleótidos que
lo forman?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
8. Suponiendo que el ADN extraído tiene un gen de interés que aporta una característica
deseable para otros organismos, ¿cuáles serían los pasos a seguir para aislar ese gen y transferirlo
a la otra planta? Diseñen un esquema que resuma las etapas a seguir en el laboratorio
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
29
Guía 2014 - Biotecnología
Ingeniería genética
De los genes a la 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, que se podría definir como un
conjunto de metodologías que permite transferir genes de un organismo a otro y expresarlos
(producir las proteínas para las cuales estos genes codifican) en organismos diferentes al de
origen. El ADN que combina fragmentos de organismos diferentes se denomina ADN
recombinante. En consecuencia, 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. Los organismos que reciben un gen que les
aporta una nueva característica se denominan organismos genéticamente modificados (OGM) o
transgénicos. A su vez, la ingeniería genética es lo que caracteriza a la biotecnología moderna
que implementa estas técnicas en la producción de bienes y servicios útiles para el ser humano, el
ambiente y la industria.
Actividad N°16 - 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.
30
Guía 2014 - Biotecnología
1. ¿Dónde se realizan estos desarrollos?
_________________________________________________________________________________
2. ¿Cuál es el organismo modificado en cada caso?
_________________________________________________________________________________
3. ¿Cuál es la modificación practicada?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
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 consumidor y/o al productor)?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
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 en cada caso?
_________________________________________________________________________________
31
Guía 2014 - Biotecnología
3. ¿Cuál es la modificación practicada?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
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 consumidor y/o 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.
32
Guía 2014 - Biotecnología
Respondé:
1. ¿Cuál es el organismo modificado en este caso?
________________________________________________________________________________
2. ¿De qué organismo proviene el gen de interés?
________________________________________________________________________________
3. ¿A que crees que 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 consumidor y al productor?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Biorremediación: organismos que limpian el ambiente
Hoy en día existen dos importantes áreas que relacionan a la biotecnología con la producción de
energía. Estas son la producción de etanol como combustible líquido y la producción de metano
como combustible gaseoso.
El alcohol como combustible
Actualmente se relaciona la energía con el petróleo ya que se fabrica etanol usando materiales
petroquímicos.
La preocupación mundial por la limitada disponibilidad de petróleo impulsa el desarrollo de
nuevas técnicas que permitan la producción de etanol para combustible a partir de recursos
vegetales en otras palabras las plantas. Como vimos anteriormente el etanol se puede producir
por fermentación biológica empleando la levadura Saccharomyces cerevisiae (utilizada para el pan
o cerveza) u otros microorganismos.
Brasil es uno de los países que planea reemplazar la nafta por el alcohol. Una de las fuentes de
carbono empleadas para producir etanol es la caña de azúcar. El jugo de la caña de azúcar
exprimida proporciona el medio de cultivo líquido donde los microorganismos actúan. También
33
Guía 2014 - Biotecnología
se pueden emplear como recurso el almidón proveniente de los restos vegetales de una cosecha,
los granos sobrantes y la celulosa de la madera.
Existen muchos otros microorganismos que se usan para producir etanol, algunos son bacterias y
otros levaduras. Una de las mayores dificultades para la obtención de etanol es la baja resistencia
de los microorganismos fermentadores a la elevada cantidad de alcohol que ellos mismos
producen dentro del tanque. Como consecuencia de esto los microorganismos se
“emborrachan” y dejan de trabajar.
El metano como combustible
El metano es el principal componente del gas natural o envasado, el que utilizás en la cocina. Se
lo conoce como el “gas de los pantanos “porque se produce como emanaciones de las aguas en
estado de putrefacción. Es el resultado de una fermentación anaeróbica. Las bacterias
responsables de la producción de metano son un grupo de bacterias incapaces de vivir cuando
hay oxígeno presente. El oxígeno les resulta tóxico por ello se las encuentra en los sedimentos de
los fondos marinos, en los pantanos y en la panza de los rumiantes como la vaca. El principal
alimento de las vacas es el pasto u otros vegetales cuyas células tienen celulosa. Ni el hombre ni
las vacas pueden degradar celulosa. Este trabajo lo realizan las bacterias que se encuentran en el
sistema digestivo del hombre y las vacas. Durante este proceso se produce entre otras cosas
metano.
Actualmente los biotecnólogos intentan producir metano a partir de materias primas disponibles
y baratas. Por ejemplo: aguas residuales de explotaciones agrícolas, de industrias, estiércol y
fangos. La producción de metano por degradación bacteriana de fangos, estiércol o aguas
residuales se le llama producción de biogás.
Ningún procedimiento industrial es tan adaptable y eficiente como una célula viva en su facultad
para extraer energía a partir de los materiales disponibles y transformarla en una forma utilizable
(para ellas en ATP para nosotros en gas o alcohol).
Biotecnología y medio ambiente
El crecimiento de la población y el avance de las actividades industriales a partir del siglo XIX
trajeron aparejados serios problemas de contaminación ambiental. Desde entonces, los países
generan más desperdicios, muchos de ellos no biodegradables o que se degradan muy
lentamente en la naturaleza, lo que provoca su acumulación en el ambiente sin tener un destino
34
Guía 2014 - Biotecnología
seguro o un tratamiento adecuado. De este modo, en lugares donde no existe control sobre la
emisión y el tratamiento de los desechos, es factible encontrar una amplia gama de
contaminantes. Habitualmente, los casos de contaminación que reciben mayor atención en la
prensa son los derrames de petróleo. Pero, en el mundo constantemente están sucediendo
acontecimientos de impacto negativo sobre el medio ambiente, incluso en el entorno directo,
generados por un gran abanico de agentes contaminantes que son liberados al ambiente. Un
ejemplo lo constituyen algunas industrias químicas que producen compuestos cuya estructura
química difiere de los compuestos naturales, y que son utilizados como refrigerantes,
disolventes, plaguicidas, plásticos y detergentes. El problema principal de estos compuestos es
que son resistentes a la biodegradación, por lo cual se acumulan y persisten en el ambiente y lo
perjudican tanto como a los seres vivos, entre ellos el ser humano.
En las últimas décadas, entre las técnicas empleadas para contrarrestar los efectos de los
contaminantes, se comenzó a utilizar una práctica llamada biorremediación. El término
biorremediación fue acuñado a principios de la década de los ‘80, y proviene del concepto de
remediación, que hace referencia a la aplicación de estrategias físico-químicas para evitar el daño
y la contaminación en suelos. Los científicos se dieron cuenta que era posible aplicar estrategias
de remediación que fuesen biológicas, basadas esencialmente en la observación de la capacidad
de los microorganismos de degradar en forma natural ciertos compuestos contaminantes.
Entonces, la biorremediación surge como una rama de la biotecnología que busca resolver los
problemas de contaminación mediante el uso de seres vivos (microorganismos y plantas)
capaces de degradar compuestos que provocan desequilibrio en el medio ambiente, ya sea
suelo, sedimento, fango o mar.
Tipos de biorremediación
En los procesos de biorremediación generalmente se emplean mezclas de ciertos
microorganismos o plantas capaces de degradar o acumular sustancias contaminantes tales
como metales pesados y compuestos orgánicos derivados de petróleo o sintéticos.
Básicamente, los procesos de biorremediación pueden ser de tres tipos:
1. Degradación enzimática
Este tipo de degradación consiste en el empleo de enzimas en el sitio contaminado con el fin de
degradar las sustancias nocivas. Estas enzimas se obtienen en cantidades industriales por
bacterias que las producen naturalmente, o por bacterias modificadas genéticamente que son
comercializadas por las empresas biotecnológicas.
35
Guía 2014 - Biotecnología
2. Remediación microbiana
En este tipo de remediación se usan microorganismos directamente en el foco de la
contaminación. Los microorganismos utilizados en biorremediación pueden ser los ya existentes
(autóctonos) en el sitio contaminado o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso
deben ser agregados o inoculados.
La descontaminación se produce debido a la capacidad natural que tienen ciertos organismos de
transformar moléculas orgánicas en sustancias más pequeñas, que resultan menos tóxicas. El
hombre ha aprendido a aprovechar estos procesos metabólicos de los microorganismos. De esta
forma, los microorganismos que pueden degradar compuestos tóxicos para el ambiente y
convertirlos en compuestos inocuos o menos tóxicos, se aprovechan en el proceso de
biorremediación.
3. Remediación con plantas (fitorremediación)
La fitorremediación es el uso de plantas para limpiar ambientes contaminados. Aunque se
encuentra en desarrollo, constituye una estrategia muy interesante, debido a la capacidad que
tienen algunas especies vegetales de absorber, acumular y/o tolerar altas concentraciones de
contaminantes como metales pesados, compuestos orgánicos y radioactivos. La fitorremediación
ofrece algunas ventajas y desventajas frente a los otros tipos de biorremediación:
Ventajas:

Las plantas pueden ser utilizadas como bombas extractoras de bajo costo para depurar
suelos y aguas contaminadas.

Algunos procesos degradativos ocurren en forma más rápida con plantas que con
microorganismos.

Es un método apropiado para descontaminar superficies grandes o para finalizar la
descontaminación de áreas restringidas en plazos largos.
Limitaciones:
36
Guía 2014 - Biotecnología

El proceso se limita a la profundidad de penetración de las raíces o aguas poco profundas.

Los tiempos del proceso pueden ser muy prolongados.

La biodisponibilidad de los compuestos o metales es un factor limitante de la captación.
Las plantas pueden incorporar las sustancias contaminantes mediante distintos procesos que se
representan en la siguiente ilustración y se explican en la tabla que continúa:
Figura 11. Tipos de
TIPO
FItoextracción
Rizofiltración
fitorremediación.
PROCESO INVOLUCRADO
CONTAMINACIÓN TRATADA
Las plantas se usan para concentrar metales Cadmio, Cobalto, Cromo, Níquel,
en las partes cosechables (hojas y raíces).
Mercurio, Plomo, Selenio, Zinc.
Las raíces de las plantas se usan para
Cadmio, Cobalto, Cromo, Níquel,
absorber, precipitar y concentrar metales
Mercurio, Plomo, Selenio, Zinc,
pesados a partir de efluentes líquidos
Isótopos radiactivos, compuestos
contaminados y degradar compuestos
fenólicos.
orgánicos.
Fitoestabilización Las plantas tolerantes a metales se usan para Lagunas de desechos de
reducir la movilidad de los mismos y evitar el yacimientos mineros. Propuesto
37
Guía 2014 - Biotecnología
pasaje a napas subterráneas o al aire.
para fenólicos y compuestos
clorados.
Fitoestimulación Se usan los exudados radiculares para
Hidrocarburos derivados del
promover el desarrollo de microorganismos
petróleo y poliaromáticos,
degradativos (bacterias y hongos).
benceno, tolueno, atrazina, etc.
Fitovolatilización Las plantas captan y modifican metales
Mercurio, Selenio y solventes
pesados o compuestos orgánicos y los
clorados (tetraclorometano y
liberan a la atmosfera con la transpiración.
triclorometano).
Fitodegradación Las plantas acuáticas y terrestres captan,
Municiones (TNT, DNT, RDX,
almacenan y degradan compuestos
nitrobenceno, nitrotolueno),
orgánicos para dar subproductos menos
atrazina, solventes clorados, DDT,
tóxicos o no tóxicos.
pesticidas fosfatados, fenoles y
nitrilos, etc.
Actividad Nº17 - Investigar la capacidad de biorremediación de diversas plantas
Materiales

Tubos de ensayo

Azul de metileno (colorante)

Agua (igual cantidad en todos los

Azolla, Lemna y Salvinia rotundifolia
tubos)
(Plantas)
Procedimiento
1.
Cada grupo recibirá una especie diferente de planta para realizar el experimento
2. Siguiendo la información de la tabla (abajo) prepara los tubos para el experimento
38
Guía 2014 - Biotecnología
N˚de
Cantidad de gotas de Azul de metileno
Azolla, Lemna o Salvinia rotundifolia
tubo
(colorante) que debes agregar
(segun el grupo)
1
1
Si
2
1
Control (no agregar plantas)
3
2
Si
4
2
Control
5
3
Si
6
3
Control
7
4
Si
8
4
Control
3. Evalúa los resultados luego de una semana
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
4. Esquematizá claramente los resultados obtenidos
Respondé
39
Guía 2014 - Biotecnología
1.
¿Qué podés observar al cabo de una semana? (Observá también los tubos de los demás
grupos)
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
2. ¿Qué planta bioacumula más pigmento?
_________________________________________________________________________________
3. ¿En qué parte/s de la planta se acumula más pigmento?
_________________________________________________________________________________
4. ¿Cuál creés que es el objetivo de armar tubos Control (con colorante pero sin plantas)?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
5. ¿Qué uso/s se le podría dar a la Fitorremediacion y con qué objetivo?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Limpiando la ropa con enzimas
Los procesos biotecnológicos que hemos descripto anteriormente como la obtención de alcohol,
la producción de cerveza o la fermentación de la uva para fabricar vino, son realizados por las
enzimas que sintetiza cada microorganismo y que emplea para realizar su propio metabolismo.
Estas enzimas, ¿pueden funcionar separadas del microorganismo al que pertenecen?
Los biotecnólogos pudieron purificar las enzimas separadas del microorganismo y ellas pueden
realizar muy bien su trabajo.
Como dijimos, la mayoría de las enzimas provienen de bacterias y hongos. Estas enzimas son en
su mayoría extracelulares, es decir que los microorganismos las liberan al medio de cultivo
cuando metaboliza y el hombre las purifica a partir de allí.
En el mercado las más utilizadas son:

proteasas, descomponen proteínas.

amilasas, descomponen almidón durante la producción de cerveza y elaboración de
jarabes que se usan como aditivos para medicamentos y alimentos.
40
Guía 2014 - Biotecnología

celulasas, estas degradan la celulosa que se encuentra en las fibras vegetales y se utiliza
en la industria textil y la del papel.

lipasas, desarman lípidos y junto con las proteasas se utilizan en detergentes y jabones en
polvo para eliminar las manchas de la ropa.
Para que veas que la biotecnología y las enzimas no están tan lejos de tu vida cotidiana los jeans
“gastados” fueron previamente tratados con enzimas (proteasas y celulasas) para que rompan
parte de las fibras de la tela.
Antes de introducirnos en el tema de las enzimas y el jabón es importante que sepamos:
¿Por qué limpia el jabón?
Un jabón es una sal alcalina (generalmente de sodio o potasio). Posee dos partes, la cola que es
lipofílica (afín a las sustancias grasas) y repele el agua (hidrófoba), y la cabeza que es hidrófila
(afín al agua).
La acción limpiadora del jabón reside en la facultad que tiene la cola hidrocarbonada de la
molécula de jabón de disolver las gotitas de grasa insolubles en agua. Las moléculas de jabón
rodean a la suciedad hasta incluirla en una envoltura denominada micela, la parte apolar
(hidrófoba) de la molécula de jabón se disuelve en la gotita de grasa mientras que los grupos
polares, se orientan hacia la capa de agua que los rodea. La repulsión entre cargas iguales evita
que las gotas de grasa se unan de nuevo. Se forma así una emulsión que se puede separar de la
superficie que se está lavando.
El comienzo de los detergentes enzimáticos y su producción
En 1913 un alemán llamado Otto Roohm observó que una enzima extraída del páncreas de
animales era capaz de digerir proteínas y que podía optimizar el proceso de lavado de ropa. Fue
entonces que fabricó el primer jabón enzimático de pre-lavado, un producto revolucionario que
fue comercializado en Alemania. Una pequeña dosis podía ser agregada a 10 litros de agua para
remover manchas de la ropa. Recién a mediados del siglo XX comenzó la producción masiva de
enzimas provenientes de bacterias en fermentadores, que fueron aplicadas en los detergentes
enzimáticos.
Hoy día, es familiar el uso de polvos o líquidos detergentes con enzimas. Estos detergentes han
encontrado un amplio rango de aplicaciones en el lavado de ropa y vajilla y en la industria textil,
entre otras. Las enzimas usadas en la industria son manufacturadas a gran escala a través de la
41
Guía 2014 - Biotecnología
fermentación producida por bacterias u hongos comunes. Esto se ha visto favorecido en las
últimas décadas por el rápido avance de la enzimología y la tecnología de fermentación.
¿Cuál es la importancia del uso de enzimas en los detergentes?
Desde los años 60 el uso de enzimas se masificó, y en la actualidad es común encontrar enzimas
en la formulación de los detergentes. Las enzimas optimizan la eficiencia de los detergentes, a la
vez que permiten el trabajo de limpieza a bajas temperaturas y períodos más cortos de lavado,
reduciendo significativamente el consumo de energía y las emisiones de CO2. Otro beneficio
ambiental asociado al uso de enzimas en los detergentes es que estas son biodegradables y
reemplazan a los químicos constituyentes de los detergentes sintéticos que se vienen liberando
al ambiente desde hace muchos años.
Las enzimas usadas en los detergentes de lavado de ropa actúan sobre los materiales que
constituyen las manchas, facilitando la remoción de estos materiales de forma más efectiva que
los detergentes convencionales.
Una molécula de enzima puede actuar sobre muchas moléculas de sustrato (leche, sangre,
barro), por lo cual una cantidad pequeña de enzima agregada a un detergente de lavado
proporciona un beneficio grande en la limpieza
Estas enzimas se nombran según los materiales que pueden degradar:
Enzimas
Materiales que degradan
Proteasas Aceleran la degradación de proteínas y producen pequeños péptidos o aminoácidos
individuales los cuales pueden ser fácilmente solubilizados y removidos de los tejidos
Amilasas
Aceleran la degradación de los residuos de almidón de alimentos como papa,
chocolate, etc.
Lipasas
Celulasas
Deben mezclarse con los lípidos para romperlos por hidrólisis
Aceleran la degradación de pequeñas fibras que endurecen la ropa y opacan los
colores sin afectar las fibras principales de la ropa, mejorando así la suavidad y los
colores de la misma.
42
Guía 2014 - Biotecnología
Actividad Nº18 - La acción de las enzimas en detergentes para la ropa
Las proteasas son enzimas que aceleran la degradación de proteínas. Muchos fabricantes de
detergentes para lavadoras de ropa las agregan a las formulaciones para remover manchas
derivadas de proteínas como huevo, sangre, etc. Muchas de estas proteasas son derivadas de
cepas bacterianas de Bacillus sp. Las proteasas bacterianas son extremadamente estables a pH
alcalino, largos períodos de almacenamiento y temperaturas variables. Estas bacterias también
han sido modificadas por ingeniería genética para aumentar la capacidad de las proteasas que
ellas producen, ante la presencia de blanqueadores que de otro modo podrían afectarlas. La
gelatina está compuesta por cadenas proteicas que son fácilmente degradadas en sus
aminoácidos componentes. Se prepara del colágeno, una proteína presente en tendones y piel de
animales.
Materiales

Frasco o vaso de precipitado de 250 ml.

Marcadores

2 tubos o frascos de 100 ml.

Detergentes para lavarropas

1 sobre de gelatina con azúcar

Agua
Precaución! Los detergentes para lavar ropa son extremadamente básicos. No aspirarlos
porque pueden causar daños en las vías respiratorias.
Procedimiento
1. Preparar la gelatina: por cada 50 ml de agua, usar 18 g de gelatina.
2. Llenar dos tubos o vasos de precipitado graduado con 10 ml de la solución de gelatina cada
uno (tubo 1 y tubo 2) y colocarlos en heladera hasta que solidifique.
3. Sacar los tubos de la heladera. La gelatina debe estar sólida.
4. Marcar sobre el vidrio de cada tubo con el marcador la altura de la gelatina sólida.
Preparar una jarra con la solución de detergente (10ml de detergente en 90ml agua = 10%).
5.
En el tubo 1 agregar 30 gotas de la solución enzimática sobre la gelatina sólida.
6. En el tubo 2 agregar 30 gotas de agua sobre la gelatina sólida.
7. Dejar reposar durante la noche y chequear ambos tubos a las 24 horas. Marcar la posición de
la gelatina sólida.
43
Guía 2014 - Biotecnología
8. Chequear nuevamente a las 48 horas, y marcar la altura de la gelatina sólida.
Respondé:
1.
¿Cuál es el principal componente de la gelatina?
________________________________________________________________________________
2. ¿Qué sucede cuando la solución enzimática entra en contacto con la solución de gelatina?
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
3. ¿Qué cambio se observa en la gelatina sólida?
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
4. ¿Qué se utiliza como control en este experimento?
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Actividad Nº19 - ¿Proteasas de krill para detergente?
A continuación se presenta un artículo sobre un proyecto de investigación a realizarse en Chile.
Se sugiere analizar el texto y responder el cuestionario.
“El uso de enzimas a bajas temperaturas posee un gran potencial, tanto en las formulaciones de
detergentes (proteasas y lipasas), como en la industria de alimentos, salud, etc, fundamentalmente
por el ahorro de energía. El krill antártico es extraordinariamente interesante como fuente de
enzimas de propiedades únicas, específicamente de proteasas y lipasas que son altamente activas a
bajas temperaturas.
En este proyecto diseñado por investigadores chilenos se utilizarán conocimientos de avanzada de
biotecnología, bioquímica y química que permitan la caracterización y purificación de proteínas;
como así también conocimientos de ingeniería de proteínas para investigar, caracterizar, y mejorar
la producción de proteasas y lipasas criofílicas (de acción a bajas temperaturas) de krill antártico
para ser utilizadas en la formulación de detergentes y en la industria de alimentos. Los
investigadores participarán activamente en el clonado de las enzimas óptimas, tanto para la
caracterización fina de las proteínas como para presentar alternativas de aplicación industrial viables
y de bajo costo en caso que las enzimas de interés se encuentren en el extracto de krill en
concentraciones relativamente bajas o si por condiciones impredecibles la captura del krill se hiciera
44
Guía 2014 - Biotecnología
difícil. Se realizará un estudio detallado de la proteasas de krill que incluye la secuenciación de las
mismas y posteriormente mediante ingeniería de proteínas se intentará mejorar las propiedades,
por ejemplo para obtener proteasas que funcionen eficientemente a bajas temperaturas. Por otro
lado se hará un estudio detallado de todas las lipasas presentes en extractos de krill, con alta
actividad a baja temperatura, su caracterización y estabilidad en presencia de los diferentes
componentes de los detergentes y la separación y purificación de las enzimas.
Las proteasas y lipasas serán caracterizadas en detalle y aquellas con mayor potencial industrial para
la formulación de detergentes serán seleccionadas”.
Respondé:
1) ¿Cuál es el objetivo del proyecto?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
2) ¿Qué beneficio trae el uso de enzimas a bajas temperaturas según el texto?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
3) ¿Qué otros beneficios representa para el lavado de ropa?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
4) ¿Qué función cumplen las proteasas y las lipasas en el lavado de ropa?
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
5) Investigar qué es el Krill y dónde habita. A partir de lo investigado deducir por qué el Krill es
fuente de enzimas criofílicas.
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
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Guía 2014 - Biotecnología
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_________________________________________________________________________________
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_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Historia de la biotecnología
En link que figura más abajo pueden ver una línea de tiempo de la biotecnología:
http://www.centrobiotecnologia.cl/pop-up/pop-up.html
46
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)
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
47
Guía 2014 - Biotecnología
Guía teórica
Este apunte fue realizado con material extraído de los libros:
-Biotecnología y alimentos
-Biotecnología y medio ambiente
-Biotecnología y salud
Editados por la sociedad Española de Biotecnología (SeBiot)
-Biotecnología. De Maria Muños de Malajovich, Universidad de Quilmes.
-Programa Educativo Por que Biotecnologia de ArgenBio – el Consejo Argentino para la
Información y el Desarrollo de la Biotecnología.
¿Qué es la Biotecnología?
Para muchos de nosotros el término “biotecnología” puede parecer ajeno aún cuando
el ser humano ha utilizado esta ciencia desde hace miles de años. 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 salud como en el agropecuario.
Existen muchas definiciones sobre lo que es la biotecnología. Una es la propuesta de la OTA (que
es la oficina de evaluación tecnológica) que dice 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.
48
Guía 2014 - Biotecnología
¿Cómo "funciona" la biotecnología?
En la actualidad, los científicos que investigan en biotecnología estudian y trabajan
sobre el material genético, o ADN, de los organismos. Más
precisamente, trabajan con los genes de los seres vivos. Los genes
se encuentran en todas las células de todos los seres vivos, y
serían como las "recetas" que hacen que un organismo sea cómo
es.
Más precisamente, los genes son fragmentos del
ADN, y tienen la información que determina las
características y funciones del organismo. Por
ejemplo, hay genes que determinan el color de ojos,
la forma de las alas, el color de las flores, el tamaño
de los frutos, el crecimiento del individuo, la
tolerancia al frío o al calor, los mecanismos de
defensa, y mucho más.
¿Qué puede hacer un investigador con estos
genes?
Por ejemplo, pasar un gen de un individuo al otro. ¿Para qué haría esto? 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. En realidad, lo que se transfiere de un organismo al
otro es el gen que tiene la información para que ese producto beneficioso se fabrique en el
organismo receptor. Al organismo "transformado" se lo llama transgénico o recombinante
(porque combina material genético de otro organismo). Por ejemplo, se puede insertar un gen
específico en una planta que la ayude a adaptarse a las condiciones del ambiente, o hacerla más
resistente a una peste, o hacer que sea más nutritiva. La planta así transformada se dice que es
transgénica o también se la llama OGM, siglas de "organismo genéticamente modificado".
¿Qué organismos se utilizan en biotecnología?
Como la definición lo indica, se pueden utilizar cualquier ser vivo o parte de
ellos, esto incluye a los seres complejos como animales y plantas (también
49
Guía 2014 - Biotecnología
sus células), así como seres microscópicos como hongos, bacterias, algas y virus.
¿Por qué se prefieren los microorganismos para
el uso en biotecnología?
Para muchos procesos se prefieren microorganismos, esto se debe a que:

Son de muy pequeño tamaño: esto permite que se puedan producir en espacios
reducidos.

Se reproducen rápidamente: podemos tener gran cantidad de microorganismos en poco
tiempo. Por ejemplo, algunas bacterias se dividen cada 20 minutos.

Colonizan muchos ambientes: esto quiere decir que pueden crecer en diversos lugares,
algunos inclusive crecen en ambientes extremos, como en el fondo del mar, en zonas
volcánicas o en zonas de muy baja temperatura.

Poseen rutas metabólicas muy variadas: esto indica que distintos microorganismos
pueden alimentarse de una gran variedad de sustancias y eliminar otras, permitiendo que
al elegir el microorganismo y la sustancia utilizada, se puedan obtener una gran
diversidad de productos.

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 que se utilizan no son patógenos, o sea no causan enfermedad al
hombre.
¿En qué puede ayudar 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;
3) Producir alimentos más nutritivos que contribuyen con la salud;
4) Obtener nuevos medicamentos y vacunas;
5) Fabricar productos para diferentes industrias.
50
Guía 2014 - Biotecnología
¿En qué áreas se aplica la biotecnología?
La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales como lo son la
atención de la salud, con el desarrollo de productos y ensayos para el tratamiento de
enfermedades; la agricultura con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; usos no
alimentarios de los cultivos, como por ejemplo plásticos biodegradables, aceites vegetales y
biocombustibles;
y
cuidado
medioambiental
a
través
de
la
biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la
limpieza de sitios contaminados por actividades industriales.
Biotecnología de alimentos
¿Qué es la biotecnología de alimentos?
Es un conjunto de técnicas o procesos que 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. La inmensa mayoría de los alimentos que comemos sufren diversas
transformaciones biotecnológicas para obtener el producto que llegará al mercado. 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.).
51
Guía 2014 - Biotecnología
¿Cuándo se originó la biotecnología de alimentos?
La biotecnología de alimentos existe desde unos 14000 años, cuando el hombre
abandonó sus hábitos nómadas, se hizo sedentario y empezó a utilizar la agricultura y la
ganadería
para
producir
alimentos.
Los
primeros agricultores en el Oriente cultivaron
trigo, cebada y posiblemente centeno. Las
cabras y ovejas les proporcionaban leche,
queso, mantequilla y carne. Los sumerios,
hace unos 7000 años, ya 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, el ahumado
o la fermentación. La obtención de alimentos a partir de plantas, animales o microorganismos se
ha llevado a cabo de manera espontánea mediante procesos que podrían denominarse de
biotecnología tradicional. La consecuencia de todo esto es que no existe en la práctica ningún
alimento que pueda denominarse natural en un sentido estricto, ya que, con excepción de unos
pocos animales que se cazan en libertad, o algunas plantas o frutos que se recolectan
espontáneamente, casi todos los animales y plantas destinados a alimentación, así como los
microorganismos que intervienen en los procesos de fabricación, han sufrido un proceso de
selección artificial y mejora por parte del hombre. Mediante métodos tradicionales, se han
transferido una amplia colección de características genéticas entre los organismos, durante
muchas generaciones, originando una gran variedad de plantas y animales, en los que se ha
mejorado la producción, la apariencia o sus propiedades alimenticias. De igual manera, en los
alimentos fermentados se han seleccionado empíricamente los microorganismos que mejor
realizan dicha fermentación.
¿Qué son los nuevos alimentos?
Entran en esta categoría todos los que consistan, contengan o se hayan obtenido a
partir de organismos modificados genéticamente (OGM); los que siendo habituales
en otras culturas se incorporan en calidad de alimentos exóticos a nuestra dieta; o los que usen
procesos de producción no utilizados normalmente. Aunque se hace énfasis, al hablar de nuevos
52
Guía 2014 - Biotecnología
alimentos, a los que contienen organismos modificados genéticamente, no hay que olvidar que
un alimento puede ser nuevo en virtud de la manera en que se ha procesado (por ejemplo, la
esterilización por pulsos eléctricos) a pesar de fabricarse a partir de productos tradicionales. Los
cambios en el estilo de vida debidos a factores sociales y culturales, unidos a los avances en
investigación a nivel nutricional, así como de los procesos tecnológicos, han llevado a desarrollos
de nuevos productos con valor añadido, cada vez más demandados por el consumidor. Estos
productos surgen, no sólo con el objetivo de aportar propiedades nutricionales específicas, sino
también con el fin de mejorar el estado de salud y bienestar sin perder las cualidades sensoriales.
¿Qué son los 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, 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 funcionales
se les denomina también nutracéuticos por entender que cumplen
una doble función nutritiva y farmacéutica.
¿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
53
Guía 2014 - Biotecnología
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 la lactosa.
¿Qué son los alimentos prebióticos?
Son alimentos prebióticos los que contienen ingredientes no digeribles de la dieta, que
benefician al consumidor por estimular el crecimiento o la actividad microbiana intestinal. 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 y
se usan 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. 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. Es interesante
saber que 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 enfermedades infecciosas intestinales. Se
denominan alimentos simbióticos a los que combinan alimentos probióticos y prebióticos.
¿En qué se diferencian los distintos
tipos de
yogures y leches fermentadas?
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, en el momento de la venta para su
consumo. 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
54
Guía 2014 - Biotecnología
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus y Streptococcus thermophilus. En el mercado 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 la adición de azúcar u otros edulcorantes.
Actualmente se obtienen 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).
¿Hongos en el pan?
Desde el año 2300 a.c., cuando los egipcios descubrieron de forma casual el proceso
de la fermentación, existe evidencia de que utilizó levaduras en la fabricación del pan. La especie
de levadura más utilizada para la fermentación del pan normal es Saccharomyces cerevisiae,
aunque se utilizan también otros microorganismos para influir sobre el aroma y sabor.
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 en el momento del horneado del pan, y el dióxido de carbono
desprendido de dicha fermentación, en vez de convertirse en burbujas como
en el champán o en la cerveza, es el responsable de los agujeritos y aspecto
esponjoso de la miga del pan.
¿Comemos genes cuando ingerimos alimentos?
La mayoría de los alimentos que ingerimos proceden de los seres vivos (animal,
vegetal o microorganismo), y dado que todos los seres vivos contienen genes se puede afirmar
que comemos una gran cantidad de genes. El ADN (los genes) es un componente importante de
nuestra nutrición. No obstante, no siempre ingerimos genes con todos 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. Por otro lado,
cuando los alimentos son sometidos a tratamientos tecnológicos muy intensos que incluyan
procesos de extracción, horneado, destilación, tratamientos enzimáticos, etc., los genes se
55
Guía 2014 - Biotecnología
pueden eliminar o pueden sufrir una degradación muy elevada, por lo que quedan ausentes de
ellos. Este es el caso, entre otros, de los aceites vegetales muy refinados o de las bebidas
alcohólicas sometidas a destilación.
¿Comemos alguna vez organismos vivos?
En numerosas ocasiones comemos organismos vivos. No sólo
comemos microorganismos que puedan 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.
¿Es malo comer microorganismos?
Depende de su naturaleza y de su cantidad. Es bien sabido que algunos alimentos
pueden contener microorganismos patógenos que ingeridos en suficiente cantidad
desencadenan una enfermedad, como sucede con los alimentos contaminados con la bacteria
Salmonella. Sin embargo, un número importante de alimentos denominados fermentados como
por ejemplo el yogurt, el queso, o el chorizo, contienen microorganismos (bacterias, levaduras,
hongos) cuya ingesta no sólo no comporta daño para la salud del consumidor sino que confieren
propiedades nutricionales y sensoriales. Más aún, como ya se ha comentado existen
microorganismos denominados probióticos, como ciertos lactobacilos y bifidobacterias, que
introducidos en la dieta e ingeridos en cantidad suficiente ejercen un
efecto positivo en la salud, más allá de los efectos 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.
56
Guía 2014 - Biotecnología
¿Qué diferencias existen entre la producción de
alimentos por biotecnología tradicional o por
biotecnología moderna?
Los alimentos producidos por estas dos tecnologías tan sólo se
diferencian en la técnica genética utilizada para mejorar los
organismos
utilizados
en
la
elaboración
del
alimento.
Tradicionalmente, para la mejora genética de las especies se usó la
variación genética natural o la generada mediante mutagénesis, y
aplicando dos técnicas genéticas: el cruzamiento y la selección de individuos con los caracteres
de interés en las siguientes generaciones. Recientemente, a estas dos técnicas se les ha añadido
la mejora mediante Ingeniería Genética, que permite trabajar con genes aislados de una forma
más controlada, lo que supone grandes ventajas frente a la situación 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. Pero aun más, 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 obviamente no se
podía cruzar una fresa con una papa.
¿Qué son los alimentos transgénicos?
Los alimentos transgénicos son aquellos que han sido elaborados a partir de un
organismo genéticamente modificado (OGM) (animales, vegetales, o microorganismos) o los que
contienen algún ingrediente que proviene de alguno de estos OGMs, incluyendo los aditivos. Se
consideran OGMs a los organismos modificados mediante técnicas de Ingeniería Genética
(también llamadas técnicas de ADN recombinante). Es decir, los OGMs son organismos a los que
mediante Ingeniería Genética se les ha incorporado en su genoma nuevos genes procedentes de
otros organismos o se han modificado los genes propios. En general, un OGM posee una
combinación nueva de material genético que le confiere nuevas propiedades (resistencia a
57
Guía 2014 - Biotecnología
plagas, resistencia a herbicidas, producción de sustancias de interés nutricional, organoléptico o
farmacológico). Esto implica que se ha modificado el material genético del animal o planta del
cual proviene el alimento o alguno de los ingredientes que contiene, o bien que se ha modificado
el material genético de alguno de los microorganismos implicados en el proceso de elaboración
del alimento. Si se acepta esta definición, se puede 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.
¿Puede la biotecnología ayudar a prevenir las
intoxicaciones alimentarias?
La biotecnología puede ayudar a prevenir las intoxicaciones alimentarias de distintas maneras.
Una de ellas es desarrollando sistemas de diagnóstico que sean rápidos, sensibles y que permitan
detectar los organismos patógenos o los compuestos tóxicos antes de ingerirlos. Por otro lado,
se están desarrollando microorganismos protectores que eviten la presencia de organismos
patógenos. Por ejemplo, para obtener derivados lácteos y productos cárnicos curados o
encurtidos, se están diseñando bacterias ácido-lácticas que producen además del ácido láctico
otras
sustancias
activas
(bacteriocinas)
contra
bacterias
patógenas
como
Listeria,
Campylobacter o Salmonella, pero que son inocuas para el hombre o los animales. De esta forma
la bacteria ácido-láctica al mismo tiempo que fermenta y produce el alimento mata al
microorganismo patógeno.
¿Pueden los nuevos alimentos mejorar la salud de
las personas que padecen intolerancia a
determinados alimentos?
En principio, es 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, 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. Estudios
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Guía 2014 - Biotecnología
recientes indican que la utilización de determinadas bacterias probióticas en la elaboración de
nuevos alimentos puede modular la respuesta inmune en personas alérgicas a alimentos.
También las técnicas de Ingeniería Genética permiten reducir los niveles de una sustancia alérgica
(alergeno) en alimentos modificados genéticamente. Por ejemplo, en el caso del arroz se ha
conseguido reducir la producción de una proteína causante de la alergia. Del mismo modo, la
sustitución de un gen por otro similar puede ser utilizada para reemplazar totalmente una
proteína alergénica por otra inocua.
¿Pueden los nuevos alimentos contribuir a mejorar
la salud en los países menos desarrollados?
La implantación de los nuevos alimentos en los países menos
desarrollados puede contribuir a remediar, en parte, las carencias
nutricionales de sus habitantes y a mejorar su salud. Esta contribución
es más efectiva si la producción en más barata. Una nutrición
insuficiente, debido a que se ingieren alimentos no muy variados y en
pocas cantidades, puede 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). Así, la manipulación genética de semillas de
arroz ha permitido la síntesis en este cereal de importantes cantidades de provitamina A. Este
arroz denominado "arroz dorado" presenta extraordinario interés para diversas zonas de Asia,
donde el arroz es la base de la alimentación y existe una carencia habitual de vitamina A en la
dieta, lo que causa una elevada incidencia de la ceguera en estas poblaciones. Otro ejemplo lo
constituyen las papas transgénicas con ingredientes que tienen propiedades que vacunan contra
el cólera (vacunas comestibles). Hay otros nuevos alimentos como son los denominados
funcionales porque todavía son de elevado costo y su aplicación está dirigida a la prevención o la
contribución a la curación de enfermedades metabólicas muy concretas y que no son de
aplicación general. Se desarrollaron alimentos en los que se han aplicado
métodos de conservación que consiguen un menor deterioro de su
calidad nutricional pero cuyo coste de obtención es elevado. Un
ejemplo de productos de buena calidad nutritiva y bajo costo son los
reemplazantes de la carne obtenidos a partir de proteínas vegetales,
más baratas que las cárnicas.
59
Guía 2014 - Biotecnología
SALUD
¿Qué es un gen?
En términos de su estructura, un gen es un fragmento de una larga molécula de ADN
(ácido desoxirribonucleico) que almacena información para fabricar una determinada proteína.
Esta proteína es la que a su vez determina el carácter correspondiente del organismo, como por
ejemplo el color de la piel, la presencia de semilla o la resistencia a una enfermedad. Los genes se
organizan en largas moléculas de ADN que se denominan cromosomas y se
encuentran en todas las células de un organismo vivo, desde las bacterias
hasta el hombre. El conjunto de todos los cromosomas de una célula se
denomina genoma. Este genoma contiene toda la información requerida para
la construcción y supervivencia de un organismo. Si se comparase con una enciclopedia, cada gen
sería equivalente a un capítulo de esta enciclopedia 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 25000 capítulos (genes) mientras que la enciclopedia humana contendría
alrededor de 50000. El origen común de todos los seres vivos se refleja en el hecho de que todas
las enciclopedias de todas las especies están escritas con los mismos símbolos y en el mismo
lenguaje, que se ha denominado código genético.
¿Qué es la ingeniería genética?
Es un conjunto de técnicas que permiten alterar las características de un organismo
mediante la modificación dirigida y controlada de su enciclopedia genética (genoma), añadiendo,
eliminando o modificando alguno de sus capítulos (genes). Así, la ingeniería genética permite
eliminar una característica indeseable de un organismo (por ejemplo, la producción de una
toxina) borrando el capítulo (gen) correspondiente de la enciclopedia de ese organismo.
Igualmente permite introducir una nueva característica en una especie (por
ejemplo, la resistencia a un insecto) copiando el capítulo (gen) correspondiente
de otra especie resistente a ese insecto e introduciéndolo en la enciclopedia de
la especie susceptible. Gracias a la universalidad del código genético, la
ingeniería genética puede utilizar la información existente en todos los seres
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Guía 2014 - Biotecnología
vivos. El intercambio de información genética entre distintos seres vivos no es una invención
humana y ocurre con cierta frecuencia entre microorganismos (por ejemplo bacterias) en la
naturaleza. De hecho, la ingeniería genética explota en parte algunos de los mismos mecanismos
que operan normalmente en la naturaleza.
¿Qué es un organismo modificado genéticamente?
Un organismo está modificado genéticamente cuando su genoma ha sido alterado
mediante técnicas de Ingeniería Genética y puede transmitir esta modificación a la progenie.
Cuando la modificación se ha producido mediante la incorporación a su genoma de un fragmento
de DNA que procede de otra especie se dice que el organismo modificado genéticamente es un
organismo transgénico. La denominación de organismo transgénico se utiliza principalmente
cuando se menciona a plantas y animales, en tanto que para los microorganismos se emplea
frecuentemente el término de recombinante.
¿Qué ventajas tienen las medicinas de origen
biotecnológico?
La biotecnología permite obtener a gran escala y de forma segura productos naturales que de
otra manera no podrían extraerse en suficiente cantidad. Los medicamentos que se extraían
tradicionalmente de la sangre de donantes con un alto riesgo de contaminación con los virus de
la sangre, se pueden obtener hoy en día 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 costes de producción. También son
interesantes las ventajas medioambientales, ya que en la producción de
fármacos, las enzimas pueden sustituir a muchos procesos de síntesis química
que son muy contaminantes.
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Guía 2014 - Biotecnología
¿Qué fármacos de origen biotecnológico están en
el mercado?
Sin contar los fármacos que se obtienen por semisíntesis (obtención mitad biológica mitad
química), que son difíciles de cuantificar, el número de productos biotecnológicos en el mercado
sanitario se acerca al centenar. Entre otros, se encuentran disponibles varias hormonas (insulina y
hormona del crecimiento), citoquinas usadas como antivirales y
anticancerosos, factores estimuladores de la producción de sangre
para pacientes anémicos y para los tratados con quimioterapia
agresiva, anticoagulantes y trombolíticos para problemas vasculares,
procoagulantes
para
los
pacientes
hemofílicos,
anticuerpos
monoclonales para evitar el rechazo de transplantes, nuevos
antivirales y vacunas.
¿Que son los antibióticos?
Los antibióticos son sustancias que se usan para matar o inhibir el crecimiento de las
bacterias. El antibiótico pionero fue la penicilina, que revolucionó el tratamiento de las
infecciones, como la neumonía y la tuberculosis, y su producción, a partir de hongos, constituyó
la primera aplicación de la biotecnología a la industria farmacéutica. Su descubrimiento se debe a
Alexander Fleming, que 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.
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Guía 2014 - Biotecnología
Medio ambiente
¿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. 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
organismos
fundamentales
autótrofos
del
ecosistema
(productores),
los
heterótrofos
(consumidores) y los descomponedores.
¿Qué es el efecto invernadero?
La tierra recibe energía radiante del Sol. Parte de esta radiación es absorbida y parte
es reflejada al espacio. Se entiende por “efecto invernadero” el efecto provocado
por ciertos gases presentes en la atmósfera de la Tierra que hacen que parte de la radiación solar
que sería reflejada al espacio sea absorbida por dichos gases, a una cierta longitud de onda. El
efecto invernadero es beneficioso, ya que se estima que sin él la temperatura de la Tierra sería
unos 33°C inferior a la actual, y por lo tanto no habría vida sobre la
Tierra. El problema puede venir de “un exceso” de efecto invernadero.
De hecho, actualmente se acepta que se está produciendo este exceso,
que se atribuye fundamentalmente al CO2 generado por la combustión
de la madera, el petróleo y el carbón, y que estaría llevando a un
aumento de la temperatura global del planeta. Hay otros gases que
también generan efecto invernadero, como el vapor de agua, el metano, los óxidos de nitrógeno,
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Guía 2014 - Biotecnología
los clorofluorocarbonados (CFC), etc. Teniendo en cuenta que el CO2 supone el 60% de los gases
con efecto invernadero, se admite que el aumento de las emisiones se debe en un 80% a la
actividad humana (origen antropogénico), mientras que el otro 20% se asigna a la deforestación y
a fenómenos naturales (emisiones volcánicas, incendios). Del CO2 emitido, alrededor del 60% es
absorbido por el agua de los océanos, o es utilizado y fijado por las plantas para crecer gracias a
la fotosíntesis. El 40% restante es el responsable del aumento de concentración de CO 2 en la
atmósfera, con el consiguiente efecto invernadero asociado. El nivel de CO2 en la atmósfera ha
variado mucho en diferentes épocas, aumentando considerablemente en la actualidad. El
ambiente, parece capaz de metabolizar gran parte del exceso de CO2 generado. Al efecto
invernadero se le hace responsable del aumento de temperatura del planeta.
¿Existe vida en los ambientes extremos?
Por extraño que parezca, también existe vida en los ambientes extremos. Por ambiente extremo
se entiende aquél en el que uno o varios de los parámetros de mayor relevancia para el desarrollo
de la vida, como la temperatura, la acidez, la salinidad, la presión, o el nivel de radiación, se
consideran hostiles para la vida desde el punto de vista del hombre. Los organismos que viven en
estos ambientes se denominan extremófilos y están tan perfectamente adaptados al medio que
todos sus componentes funcionan de manera óptima en esas condiciones extremas. Su
maquinaria metabólica puede funcionar en condiciones que serían totalmente adversas para
otros
seres
vivos.
Entre
los
organismos extremófilos destacan
los termófilos, que habitan a
temperaturas de hasta 115ºC; los
halófilos, que se desarrollan en ambientes con salinidades equivalentes a un 35% de sal común
disuelta; los piezófilos, que crecen a presiones de hasta 1100 atmósferas; los psicrófilos, que se
reproducen a temperaturas inferiores a 5ºC; los acidófilos, que viven en medios de pH inferior a 5,
y los alcalófilos, que pueden desarrollarse en un hábitat con un pH superior a 9.
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Guía 2014 - Biotecnología
¿Cómo puede la Biotecnología aprovechar la
diversidad de los ambientes extremos?
Las principales aplicaciones biotecnológicas de los organismos extremófilos se centran en la
utilización de algunas de sus proteínas con actividad catalítica (enzimas) como aditivos de
productos comerciales (detergentes, alimentación animal y humana), en procesos industriales de
bioconversión (generación de alcohol a partir de maíz o de la paja de cereales como el trigo), o en
sistemas analíticos (biosensores y técnicas de detección de ADN). Actualmente se buscan
organismos que produzcan enzimas que degraden las grasas a
baja temperatura para su utilización en detergentes de lavado en
frío (por ejemplo, en organismos de la Antártida), o que las
degraden a alta temperatura para detergentes de lavado en
caliente (por ejemplo, en organismos de fuentes termales). Entre
las aplicaciones más llamativas y rentables están las que se derivan
del uso de las enzimas conocidas como ADN polimerasas
termoestables obtenidas de organismos termófilos. Estas enzimas se usan en la técnica
denominada de PCR que se emplea en análisis genéticos para la identificación forense, análisis
clínicos o análisis de alimentos.
¿Qué son las tecnologías limpias o verdes?
Se dice que una tecnología es limpia (verde o ecológica) cuando su aplicación genera
poca o ninguna contaminación ambiental. La reducción de la contaminación se puede conseguir
de distintas maneras. A veces basta con optimizar la tecnología de producción para generar
menos residuos, tratar de incluir productos menos tóxicos y más biodegradables en el proceso, o
quizás mejorar el reciclado de los productos de desecho. Sin embargo, otras veces la opción de
reducir la contaminación pasa por cambiar completamente la tecnología. En muchas ocasiones
los procesos químicos, que por lo general son muy contaminantes,
puedensustituirse por procesos de biotransfomación gracias a la
Biotecnología. La Biotecnología también puede contribuir al
reciclado y eliminación de los productos de desecho. En términos
generales, el uso de la Biotecnología en alguna de las etapas de la
65
Guía 2014 - Biotecnología
cadena de producción contribuye a que el proceso sea más respetuoso con el medio ambiente.
¿Qué se entiende por biodegradación?
La biodegradación es un término genérico que se ha acuñado para referirse a la
actividad metabólica que llevan a cabo todos los seres vivos (microorganismos, plantas y
animales) para asimilar o modificar todo tipo de sustancias presentes en el medio ambiente.
Aunque generalmente se aplica a compuestos de naturaleza orgánica, también puede referirse a
sustancias inorgánicas. Los procesos biodegradativos más frecuentes se llevan a cabo en
presencia de oxígeno (biodegradación aeróbica), pero algunos microorganismos también son
capaces de degradar compuestos en ausencia de oxígeno (biodegradación anaeróbica).Se
denomina mineralización a la biodegradación de una sustancia orgánica para dar compuestos de
naturaleza inorgánica (agua, óxidos, sales, etc.).A veces los compuestos no se mineralizan, sino
que se transforman en otros diferentes (biotransformación) que pueden ser incorporados por el
propio organismo que los transforma o secretados al medio ambiente. En otras ocasiones los
compuestos contaminantes no se degradan, pero se acumulan en una forma inerte en el interior
del organismo (bioacumulación), disminuyendo su toxicidad. Es el caso de muchos metales
pesados que los microorganismos pueden inmovilizar mediante precipitación o formación de
complejos insolubles.
¿Se
biodegradan
bien
todos
los
compuestos
orgánicos naturales?
La mayoría de los compuestos orgánicos naturales (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. Su degradación completa suele requerir largos periodos de tiempo.Un ejemplo de
este tipo de compuestos difíciles de biodegradar es la lignina, un polímero muy abundante en la
naturaleza que confiere la rigidez a las plantas.
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Guía 2014 - Biotecnología
¿Qué son los compuestos xenobióticos y cómo se
degradan?
La palabra xenobiótico deriva del griego (xeno-extraño, y biótico-vida), y se aplica a
los compuestos cuya estructura química es poco frecuente o inexistente en la naturaleza. Por lo
tanto, se denominan xenobióticos a los compuestos sintetizados por el hombre en el laboratorio,
en contraposición al termino biogénico que se utiliza para designar a los compuestos que son de
origen natural. Debido a su estructura inusual, algunos xenobióticos persisten mucho tiempo en
la biosfera sin alterarse y por eso se dice que son “recalcitrantes" a la biodegradación. Varios
xenobióticos, como ciertos insecticidas, herbicidas y detergentes, se utilizan en grandes
cantidades y tienen una larga persistencia en el medio ambiente. 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.
La mayoría de los compuestos xenobióticos han aparecido en el medio ambiente durante los
últimos 100 años. A pesar de ello, los seres vivos, especialmente los microorganismos, son
capaces de adaptarse rápidamente a su presencia, lo que facilita que muchos de estos
compuestos puedan ser biodegradados.
¿Qué son los procesos de biotransformación?
Se entiende por biotransformación todo proceso biológico mediante el cual una
sustancia se transforma en otra diferente. Se puede decir que la vida surge como resultado de la
conjunción de múltiples procesos de biotransformación. En un sentido restringido se aplica el
término de biotransformación a los procesos diseñados para la producción de compuestos
mediante el empleo de un organismo completo o de un sistema enzimático. Muchos productos
químicos y farmacéuticos son difíciles de obtener por síntesis química pero sin embargo resultan
sencillos de producir para los seres vivos o sus enzimas. Por ejemplo, algunas vitaminas,
antibióticos,
aminoácidos,
y
hormonas
esteroides
se
obtienen
por
procesos
de
biotransformación. A veces la síntesis química se combina con la síntesis biológica originando lo
que se denomina procesos de semisíntesis. Los procesos de biotransformación tienen la ventaja
de ser menos contaminantes que los procesos químicos ya que utilizan materiales
biodegradables y por lo general se llevan a cabo en medios acuosos y a baja temperatura. Existen
muchas formas diferentes de llevar a cabo los procesos de biotransformación, diseñándose
bioreactores específicos para cada caso. Por ejemplo, muchos de estos procesos se suelen llevar
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Guía 2014 - Biotecnología
a cabo con enzimas solubles o inmovilizadas en un soporte, lo que permite realizar procesos en
continuo, pero en ocasiones también se utilizan células enteras procariotas o eucariotas, ya sea
en crecimiento o en reposo, en suspensión o inmovilizadas. Los procesos de biotransformación
pueden ser muy útiles para reciclar sustancias de desecho de las industrias y originar productos
de mayor valor añadido.
¿Es biodegradable el petróleo?
El petróleo es una mezcla muy compleja de distintos compuestos químicos. Gran
parte de ellos pueden ser metabolizados y convertidos en CO2 y H2O por diversos organismos
marinos o terrestres, fundamentalmente bacterias y hongos, que son bastante frecuentes y
ubicuos. 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
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. Un tercer
factor que limita la biodegradación del petróleo es la relativa toxicidad de muchos de sus
componentes. Moléculas como el benceno, el xileno, y todos sus análogos son bastante tóxicos y
normalmente sólo se degradan bien si están en concentraciones moderadas. Asimismo, muchos
compuestos poliaromáticos tienen actividad mutagénica. 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
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Guía 2014 - Biotecnología
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.
¿Qué es la biorremediación?
La biorremediación es un procedimiento para la recuperación de una zona terrestre
o acuática contaminada que utiliza a los seres vivos para eliminar (degradar) las sustancias
contaminantes. En muchos casos, la biorremediación se utiliza como acción complementaria
después de haber eliminado una buena parte de la contaminación por otros métodos físicoquímicos o mecánicos. Los procedimientos utilizados para la biorremediación son muy variables y
dependen del compuesto(s) a eliminar y de su ubicación física (suelo, agua). La biorremediación
se puede realizar in situ o ex situ.
En el tratamiento in situ se puede estimular la actividad degradativa de los organismos presentes
en el lugar contaminado 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. Cuando el contaminante
no se puede biodegradar, como sucede con los metales pesados, la estrategia utilizada es la
bioacumulación, es decir, la acumulación del contaminante en el interior del ser vivo y la posterior
retirada del organismo que ha acumulado el contaminante. Los microorganismos suelen ser los
seres vivos más utilizados en biorremediación, aunque cada vez esta más extendido el uso de las
plantas en estas tareas (fitorremediación), especialmente en los casos que requieren la
bioacumulación.
¿Cómo puede ayudar la Biotecnología en la
limpieza de los derrames de petróleo?
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. Hay
varios factores que limitan la biodegradación del petróleo, entre los que destacan su composición
química (tiene mucho carbono y bastante azufre, pero muy poco nitrógeno y fósforo en formas
asimilables por los microorganismos), su gran insolubilidad en agua y la necesidad de que haya
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Guía 2014 - Biotecnología
oxígeno disponible para que el proceso degradativo ocurra con rapidez. Dado que casi todos los
ecosistemas contienen microorganismos capaces de degradar hidrocarburos, generalmente
basta con facilitar y estimular el crecimiento de aquellos que estén presentes en la zona
contaminada (bioestimulación). Para ello es muy importante suministrar nutrientes que aporten
nitrógeno y de fósforo, preferentemente en forma de mezclas oleofílicas (hidrofóbicas) que se
dispersen bien en el petróleo. También es importante facilitar la presencia de suficiente oxígeno
para facilitar la degradación aeróbica, más eficiente y rápida que la anaeróbica. Hay que tener en
cuenta que estos métodos, aunque eficaces, tienen sus limitaciones. Una de ellas es la velocidad
de degradación, que depende en gran medida de la temperatura y condiciones físico-químicas del
lugar. Otro problema es que el petróleo contiene compuestos muy resistentes a la
biodegradación. Finalmente, la degradación 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
¿Qué son los biocombustibles y que ventajas
tienen?
El término biocombustible se refiere a cualquier combustible de origen biológico, como por
ejemplo la madera. Sin embargo, suele utilizarse una acepción más restringida, de forma que se
reserva 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. El etanol de origen biológico tiene una
importancia creciente como sustituto de las gasolinas convencionales o para la obtención de
alguno de sus componentes esenciales, como el ETBE (etil ter-butil éter).
El bioetanol se produce por fermentación anaeróbica de la materia vegetal. Este proceso consta
de dos etapas fundamentales: la hidrólisis para liberar los azucares de la materia vegetal
(sacarificar) y la fermentación de los azucares obtenidos. 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. En este proceso, la glicerina unida a los
ácidos grasos en el aceite se sustituye por metanol, dando lugar a un producto de características
muy similares al gasóleo convencional, y a glicerina como subproducto. La sustitución de
70
Guía 2014 - Biotecnología
carburantes convencionales por biocarburantes supone una disminución de las emisiones
gaseosas contaminantes (óxidos de azufre, partículas de sulfatos) en el sector del transporte.
Además, por ser biodegradables, disminuye el nivel del impacto ambiental de vertidos
accidentales. Los cultivos de los vegetales que se usan como materia prima (cultivos energéticos)
evitan la erosión y degradación de tierras de cultivo abandonadas para fines alimentarios. El
mayor beneficio de estos productos es que su contribución al aumento de gases con efecto
invernadero en la atmósfera es prácticamente nula, ya que el CO2 generado durante su
combustión ha sido fijado previamente por la planta en su crecimiento. El biogás está compuesto
por mezclas de metano y CO2.Se obtiene por la acción de microorganismos anaerobios sobre
residuos biodegradables.
¿Cómo se utilizan los residuos industriales para la
producción de biogás?
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. La generación de biogás tiene especial sentido económico en las explotaciones
ganaderas intensivas, ya que generan un gran volumen de efluentes líquidos o semilíquidos por la
gran cantidad de agua que utilizan para alimentación y limpieza. Los lodos de depuradora
también son una materia prima interesante para la producción de biogás. Además, de esta
manera se estabilizan, se disminuye su volumen, y su manejo resulta más fácil. Los efluentes de
instalaciones industriales procedentes de sectores como el cervecero, azucarero, conservero,
alcoholero, derivados lácteos, oleico y papelero tienen una elevada carga orgánica y la
generación de gas mediante su tratamiento anaerobio es sencilla. La fracción orgánica de los
residuos sólidos urbanos se aprovecha actualmente de manera indirecta en los vertederos
controlados. La correcta gestión de un vertedero de residuos exige extraer el biogás generado a
través de un sistema de captación. Con la implantación de la separación en origen de la fracción
orgánica de los residuos urbanos se dispone de grandes volúmenes de residuos orgánicos
susceptibles de ser tratados en fermentadores anaerobios.
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Guía 2014 - Biotecnología
¿Se puede obtener energía de los residuos
urbanos?
La biotecnología puede utilizarse para obtener energía de los residuos urbanos. Uno de los
componentes mayoritarios de los residuos sólidos urbanos es la fracción de materia orgánica.
Esta fracción orgánica es fácilmente biodegradable. 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 utilizando la tecnología adecuada. El poder calorífico del biogás es
semejante al de otros combustibles convencionales, como por ejemplo, el gas ciudad. La
metanización de la FMO (fracción de materia orgánica) recogida selectivamente ya se está
llevando a cabo en algunas grandes ciudades.
¿Qué es el compostaje?
El compostaje es un proceso de descomposición microbiana
de materia orgánica bajo condiciones controladas mediante el
cual se genera el compost. Suele utilizarse sobre materiales vegetales con
un contenido moderado en lignina (típicamente paja de cereales u otros
subproductos agrícolas), y también para tratar lodos de depuradoras. 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. 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.
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Guía 2014 - Biotecnología
¿Se puede utilizar el compostaje como técnica de
biorremediación?
El compostaje puede utilizarse como técnica de biorremediación para el tratamiento de suelos o
sedimentos contaminados. Para ello basta con mezclar estos sedimentos con enmiendas
orgánicas fácilmente degradables, como paja, estiércol o pienso, y mantener la mezcla en
montones o pilas bajo condiciones controladas de humedad y aireación. Aunque el compostaje
tiene una larga tradición en el tratamiento de residuos agrícolas y domésticos, sólo
recientemente se ha empezado a utilizar para el tratamiento de sustancias tóxicas. Durante la
degradación aeróbica de esos materiales orgánicos, que va acompañada de la producción de
calor (alcanzándose temperaturas de 45°C), se desarrollan comunidades microbianas capaces de
degradar diversas sustancias tóxicas presentes en el suelo.
Glosario
Aditivo: sustancia que se agrega a otras para darles cualidades de que carecen o para mejorar las
que poseen.
ADN: ácido desoxirribonucléico, es el nombre de la molécula química de la que están compuestos
los genes.
Aeróbio: 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.
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.
Autótrofo: organismo que puede elaborar la materia orgánica a partir de la materia inorgánica y
no depende de otros organismos para desarrollarse.
Bioacumulación: proceso de acumulación de una sustancia dentro de un ser vivo.
Biodegradable: sustancias que pueden ser degradadas por acción biológica.
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Guía 2014 - Biotecnología
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.
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.
Fermentación: proceso químico de transformación de unas sustancias en otras que realizan los
microorganismos cuando crecen.
Fermentación láctica: fermentación que produce ácido láctico.
Fotodegradación: degradación de sustancias por acción de la luz.
Fructooligosacáridos: carbohidratos constituídos 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.
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.
Lactosa: disacárido formado por la unión de una molécula de glucosa y otra de galactosa.
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Guía 2014 - Biotecnología
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.
Lignina: sustancia que aparece en los tejidos leñosos de los vegetales y que mantiene unidas las
fibras de celulosa que los componen.
Medio de cultivo: Un medio de cultivo debe contener los nutrientes y factores de crecimiento
necesarios y debe estar exento de todo microorganismo contaminante.
Microbiota: conjunto de microorganismos que habitan en un determinado ambiente.
Mutagénesis: proceso mediante el que origina mutaciones en los genomas de los organismos.
Nómada: comunidades o pueblos de personas que se trasladan de un lugar a otro, en lugar de
establecerse permanentemente en un solo lugar.
Organolépticas: se dice de las propiedades que se pueden apreciar con los sentidos.
OGM: Organismo Genéticamente Modificado mediante técnicas de Ingeniería Genética.
Patógeno: microorganismo que produce una enfermedad.
Placa de petri: es un recipiente redondo, de cristal o plástico, 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.
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.
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.
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 a 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.
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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.
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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