la biotecnologia

¿Que es la Biotecnología? 

La biotecnología tiene sus fundamentos en la tecnología que estudia y aprovecha los mecanismos e interacciones biológicas de los seres vivos, en especial los unicelulares, mediante un amplio campo multidisciplinario. La biología y la microbiologia son las ciencias básicas de la biotecnología, ya que aportan las herramientas fundamentales para la comprensión de la mecánica microbiana en primera instancia. La biotecnología se usa ampliamente en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medio ambiente y medicina. 

La biotecnología se desarrolló desde un enfoque multidisciplinario involucrando varias disciplinas y ciencias como biología, bioquímica, genética, virologia, agronomia, ecologia, ingeniería física, química, medicina y veterinaria entre otras. 

Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la ciencia de los alimentos, el tratamiento de residuos sólidos, líquidos, gaseosos y la agricultura. La Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE) define la biotecnología como la "aplicación de principios de la ciencia y la ingeniería para tratamientos de materiales orgánicos e inorgánicos por sistemas biológicos para producir bienes y servicios". 

                            

Características De La Biotecnología 

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

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

• Biotecnología blanca: también conocida como biotecnología industrial, es aquella aplicada a procesos industriales. Un ejemplo de ello es el diseño de microorganismos para producir un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores industriales, ya sea para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas ). También se aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil, en la creación de nuevos materiales, como plásticos biodegradables y en la producción de biocombustibles.

• Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo de ello es el diseño de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermedades. Se espera que la biotecnología verde produzca soluciones más amigables con el medio ambiente que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt.

• Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término utilizado para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y acuáticos. Aún en una fase temprana de desarrollo sus aplicaciones son prometedoras para la acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y productos alimentarios.

               

Impacto De La Biotecnología En La Medicina 

Se ha producido un claro avance en este campo quedando claramente diferenciadas la Biotecnología tradicional de la moderna. La Biotecnología tradicional empleaba microorganismos, como bacterias, levaduras y mohos, para producir diferentes alimentos, como el pan, queso, vino o cerveza. En cambio, hoy en día utiliza microorganismos modificados genéticamente, mediante técnicas de Ingeniería Genética.

Una breve definición de Ingeniería Genética: es una parte de la Biotecnología que se basa en la manipulación de genes para obtener sustancias específicas aprovechables por el hombre. Se trata de aislar el gen que produce la sustancia, e introducirlo en otro ser vivo que sea más sencillo (y barato) de manipular; lo que se consigue es modificar las características hereditarias de un organismo de una forma dirigida por el hombre, alterando su material genético.

Si nos paramos a pensar en las aplicaciones la lista se hace infinita, ya que se puede aplicar en muy distintos campos como alimentación, agricultura, ganadería, medio ambiente o medicina. Una de sus aplicaciones en medicina más esperanzadora es la Terapia Génica, que permite tratar a personas con enfermedades genéticas. Mediante este tipo de terapia se puede curar enfermedades debidas a la presencia de un gen defectuoso. La técnica empleada consiste en introducir el gen sano en el individuo y que luego sus células produzcan la proteína que necesita. Este es el método que se emplea para el tratamiento de enfermos con fibrosis quística (enfermedad producida por un gen recesivo). En 1989 se identificó el gen causante de la misma, lo que permite determinar, mediante un análisis de DNA, si una persona es portadora o no.

Por ejemplo, una de las principales vías de investigación actuales es la de marcar genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ellas. Esta técnica se puede aplicar en enfermedades con alta incidencia, con el beneficio que eso reporta, como cáncer (melanoma, riñón, ovario, colon, leucemia, pulmón, hígado, próstata,…), fibrosis quística, hipercolesterolemia, hemofilia, artritis reumatoide, diabetes o VIH.

Hay muchas proteínas con un alto interés médico y económico, como antibióticos, enzimas, hormonas (insulina, hormona del crecimiento, eritropoyetina, …), vacunas (vacunas comestibles), proteínas sanguíneas (seroalbúmina, factores de coagulación, …), interferón, y un largo etcétera. Dando un paso más entramos en el campo de la nano-Biotecnología mediante el cual se puede acceder a nuevos tratamientos locales, que no afectan el organismo entero, por ejemplo en los trasplantes de médula ósea, la investigación con células madre, la terapia genética, el cáncer o la hemólisis.

 

                                   

¿Cual Es La Aplicación De La Biotecnología En El Mejoramiento De Nuestra Calidad De Vida? 

Las Ciencias de la Vida nos ayudan a mejorar y a solucionar posibles adversidades dentro de nuestro día a día, de nuestras actividades habituales, o nuestras acciones futuras. Levantarse cada mañana, desayunar, ponerse unos vaqueros o lavar la ropa, forman parte de lo cotidiano y definen incluso algunas de nuestras necesidades. Una de esas ciencias que satisface parte de nuestros litigios humanos es la biotecnología, un concepto poco conocido cuyos beneficios presentes en nuestra vida son obviados, pero que están ahí, cada día de nuestra mano, por ejemplo cuando ponemos una lavadora.

Con el paso de los años, la biotecnología se ha ido haciendo fundamental en todos los campos de nuestra rutina, aumentando nuestra calidad de vida de forma sostenible. Actualmente podemos hablar de cuatro variantes de biotecnología: roja, verde, blanca y azul. El descubrimiento de nuevas vacunas contra la tuberculosis (roja), la contribución a la alimentación de una población creciente (verde), el ahorro de agua y energía con detergentes funcionales (blanca) o la energía limpia derivada del cultivo de microalgas (azul), son ejemplos de cómo la biotecnología garantiza un futuro sostenible y más respetuoso con los recursos naturales

• En 2010 el 5,75% de la gasolina y el diesel ya incluye los biocombustibles obtenidos gracias a la biotecnología aplicada para transformar los productos agrícolas en energía. 

• Los plásticos biodegradables, mucho menos contaminantes que los tradicionales y que sirven posteriormente para abono, son elaborados a partir del uso de la biotecnología en los procesos industriales.   

•  Las enzimas inteligentes, desarrolladas con biotecnología para detergentes, permiten reducir la temperatura en los lavados hasta en 30º con iguales resultados. Esto supone un significativo ahorro de energía y, a la vez, una reducción de la contaminación de aguas residuales ya que el fosfato ha sido sustituido por el ácido cítrico.

• La modificación genética ha permitido la fabricación de insulina que ha salvado la vida a miles de personas, siendo uno de los medicamentos biotecnológicos dispensados en España. En el Servicio Nacional de Salud Pública, se benefician alrededor de 400.000 personas en nuestro país, gracias a las vacunas y medicamentos biotecnológicos, según el informe “Relevancia de la Biotecnología en España en 2009” realizado por la Fundación Genoma. 

• Hasta el año 2007, más de 325 millones de pacientes se han beneficiado de las medicinas elaboradas a través de biotecnología que ayuda a prevenir enfermedades como ataques al corazón, leucemia o hepatitis, según el informe de EuropaBio “Biotecnología Sanitaria. Uso de medidas y armas propias del cuerpo humano para luchar contra las enfermedades”. 

•  Sólo en 2008 se eliminaron 14,4 millones de toneladas de gases de efecto invernadero, el equivalente a retirar de la circulación 7 millones de coches durante un año.

• 14 millones de agricultores de todo el mundo han cultivado un total de 134 millones de hectáreas durante 2009 con biotecnología agrícola. 

• …Entre 1996 y 2009 se han cultivado cerca de 1.000 millones de hectáreas acumuladas de cultivos modificados genéticamente, más de 37 veces la Superficie Agraria Útil de España. 

• Los avances de la biotecnología verde contribuyen al aumento de la productividad de los cultivos de una manera sostenible, y facilitan la capacidad de adaptación de estos cultivos a las diferentes condiciones agroclimáticas. Por ello, la FAO ha afirmado que los cultivos mejorados genéticamente serán un eslabón clave en la alimentación del conjunto de la población mundial estimada para el año 2050 que el organismo cifra en 9.150 millones de personas frente a los 6.700 millones actuales.

• Según el último Eurobarómetro publicado en marzo de este año sobre “Agricultura y Política Común Agraria”, el 77% de los ciudadanos europeos creen que los agricultores deberían aprovechar los avances biotecnológicos agrarios para ser más competitivos y luchar contra los retos derivados del cambio climático.  

• Gracias a la biotecnología las plantas marinas son beneficiosas para la producción de medicamentos.

• El uso de los genes de los organismos acuáticos son potencialmente utilizados para mejorar la calidad de las plantas haciéndolas más resistentes a las condiciones climatológicas.  

                                          

                                                                                        FIN 

HERRAMIENTAS BIOTECNOLOGICAS

¿Que Herramientas Biotecnologías Se Utilizan Para La Prevención Y Diagnostico De Enfermedades?

Los anticuerpos monoclonales.

Si una sustancia extraña (antígeno) se inyecta en el cuerpo de un humano, alguna de las células B de su sistema inmune se transformará en células plasmáticas y empezarán a producir anticuerpos que se unirán a ese antígeno. Cada célula B produce un solo tipo de anticuerpo, así diferentes linfocitos B producirán anticuerpos estructuralmente diferentes que se unirán a distintas partes del antígeno. Esta mezcla fisiológica natural de anticuerpos es conocida como Antisuero policlonal.

Para producir anticuerpos monoclonales, primero se extraen células B del bazo de un animal que ha sido expuesto al antígeno. Estas células B son fusionadas en presencia de PEG (polietilenglicol) con células tumorales de mieloma múltiple (un tipo de cáncer) que pueden crecer indefinidamente en cultivo celular. Esta fusión hace a las membranas celulares más permeables. Estas células fusionadas híbridas, llamadas hibridomas pueden multiplicarse rápida e indefinidamente (ya que son células tumorales después de todo) y pueden producir gran cantidad de anticuerpos. Los hibridomas son suficientemente diluidos y cultivados para obtener un número diferente de determinadas colonias, las cuales producen sólo un tipo de anticuerpo. Los anticuerpos de diferentes colonias son analizados para conocer su capacidad de unirse a un antígeno determinado, por ejemplo con un tipo de test llamado ELISA, y para seleccionarse y aislarse de la manera más efectiva.

Análisis de ADN o ARN mediante PCR.

La PCR o reacción en cadena de la polimerasa, es un procedimiento que sirve para obtener de forma sencilla y rápida millones de copias de un fragmento de ADN o ARN (ver Cuaderno Nº 67).

 Esta técnica tiene un amplio campo de aplicación en la detección de mutaciones (cambios en las secuencias de ADN) responsables de las alteraciones genéticas. Se usa corrientemente en microbiología para la identificación de patógenos virales, bacterianos y se empleará para examinar la función y regulación de genes en la investigación del cáncer.

Recientemente se ha producido una verdadera revolución en los métodos de detección de esta enfermedad, con la puesta a punto de métodos moleculares basados en la amplificación de ADN a partir de ARN (el intermediario en la síntesis de proteínas). A esta técnica se la denomina PCR de transcripción reversa (RT-PCR). El procedimiento consiste en amplificar fragmentos de ARN portadores de los mensajes genéticos para la síntesis de proteínas características de la variante tumoral en estudio. Mediante RT-PCR es posible detectar la presencia de una célula cancerosa entre un millón de células normales.

Esta técnica se basa en la propiedad de hibridación del ADN, es decir que una hebra de simple cadena se unirá o apareará con otra de secuencia complementaria. 

Los chips consisten en miles de gotas microscópicas unidas a un soporte sólido, frecuentemente de vidrio y cada gota contiene moléculas de ADN de cadena sencilla. El ADN de cada sector corresponde a una secuencia particular y son depositadas en el soporte por un robot. Los chips sirven para identificar las moléculas de ARN o de ADN contenidas en una determinada muestra (por ejemplo, tejido tumoral).

Biosensores.

Un biosensor es un instrumento para la medición de parámetros biológicos o químicos.² Suele combinar un componente de naturaleza biológica y otro físico-químico.

Se compone de 3 partes:

• El sensor biológico: Puede ser un tejido, un cultivo de microorganismos, enzimas, anticuerpos, cadenas de ácidos nucléicos, etc. El sensor puede ser tomado de la naturaleza o ser un producto de la biología sintética.

• El transductor: Acopla los otros dos elementos y traduce la señal emitida por el sensor.
• El detector: Puede ser óptico, piezoeléctrico, térmico, magnético, etc.

El ejemplo más común de biosensor es el que mide la glucosa en la sangre. Utiliza una enzima que procesa moléculas de glucosa, liberando un electrón por cada molécula procesada. Dicho electrón es recogido en un electrodo y el flujo de electrones es utilizado como una medida de la concentración de glucosa.

Los canarios enjaulados utilizados por los mineros para detectar la presencia de gases letales pueden ser vistos como un ejemplo primitivo de biosensor.

El desarrollo de los métodos analíticos clásicos llevó a determinar la presencia y cantidad de una determinada sustancia inmersa en una mezcla, mediante un proceso fisicoquímico reproducible y controlable. Sin embargo, los métodos analíticos clásicos, a pesar de su utilidad, tienen ciertas desventajas importantes: necesitan mucha muestra, un potente equipo de análisis y personal formado para ello. En este marco, Leland C. Clark revolucionó la ciencia de su tiempo inventando el electrodo de Clark o electrodo polarográfico de tipo Clark, usado para analizar las variaciones de potencial de corriente eléctrica producidas en un electrodo al reaccionar con sustancias químicas para determinar la concentración de esas sustancias en la mezcla en la que estaba inmerso, con la novedad de que introdujo otro electrodo que actuaria de referencia para poder calibrar al principal, aumentado así la precisión.

Vacuna De ADN.

La vacuna de ADN es una vacuna de desarrollo reciente, consistente en la inyección directa de ADN a través de un plásmido o un vector de expresión. Este ADN codifica una proteína viral antigénica de interés, que inducirá la activación del sistema inmune. De esta forma se puede inducir tanto anticuerpos neutralizantes (respuesta humoral) como inmunidad medida por linfocitos T citotóxicos (respuesta celular).

Funciona al insertar ADN de bacterias o virus dentro de células humanas o animales. Algunas células del sistema inmunitario reconocen la proteína surgida del ADN extraño y atacan tanto a la propia proteína como a las células afectadas. Dado que estas células viven largo tiempo, si el agente patógeno (el que crea la infección), que normalmente produce esas proteínas, es encontrado tras un periodo largo, serán atacadas instantáneamente por el sistema inmunitario. Una ventaja de las vacunas ADN es que son muy fáciles de producir y almacenar. Este tipo de vacuna comenzó a conocerse en la década de 1990 y todavía hoy, en 2011, continúan realizándose numerosos estudios dentro del campo de la experimentación. Aunque no son de uso clínico por el momento, sus expectativas son muy prometedoras. La manera de aplicar estas vacunas podría ser a través de liposomas (en cremas), inyecciones o a través de biobalística.

Genómica.

Genómica es el conjunto de ciencias y técnicas dedicadas al estudio integral del funcionamiento, el contenido, la evolución y el origen de los genomas. Es una de las áreas más vanguardistas de la biología. La genómica usa conocimientos derivados de distintas ciencias como la biología molecular, la bioquímica, la informática, la estadística, las matemáticas, la física, etc.

Muchas veces, la palabra genómica se usa como sinónimo de otras áreas de estudio relacionadas con las ciencias ómicas, como la proteómica y la transcriptómica, por ejemplo.

Las ciencias genómicas han tenido un importante auge en los últimos años, sobre todo gracias a las tecnologías avanzadas de secuenciación de ADN, a los avances enbioinformática, y a las técnicas cada vez más sofisticadas para realizar análisis de genomas completos. El desarrollo de la genómica ha contribuido al avance de distintos campos de la ciencia como la medicina, la agricultura, etc; gracias al descubrimiento de secuencias de genes necesarias para la producción de proteínas de importancia médica y a la comparación de secuencias genómicas de distintos organismos. Por ejemplo en varios países como Estados Unidos, la Unión Europea y Japón se han realizado enormes proyectos para secuenciar el genoma de diversos organismos modelo. Probablemente el más conocido es el Proyecto Genoma Humano. En la actualidad se cuenta además con importantes servidores de acceso público, como el del NCBI (National Center for Biotechnology Information), que permiten que cualquier usuario con conexión a Internet acceda a la secuencia completa del genoma de decenas de organismos y a las secuencias de cientos de miles de genes de distintos organismos.

Metabolómica.

La metabolómica es el estudio científico de los procesos químicos que involucran metabolitos. Específicamente, la metabolómica es el "estudio sistemático de las huellas únicas que dejan los procesos celulares específicos en su paso", es decir, el estudio del perfil de sus metabolitos de molécula pequeña.¹ El metaboloma representa la colección de todos los metabolitos en una célula, tejido, órgano u organismo que son producto de los procesos celulares. El análisis de los datos de la expresión génica de ARN mensajero y de proteómica revela el conjunto de productos génicos que se están produciendo en la célula y son datos que representan una sola faceta de la función celular. Por el contrario, el perfilado metabólico ayuda a obtener una captura instantánea de la fisiología de la célula. Uno de los retos de la biología de sistemas y la genómica funcional es integrar la información de la proteómica, transcriptómica y metabolómica para proveer un mejor entendimiento de la biología celular.

Chip De ADN.

Un chip de ADN (del inglés DNA microarray) es una superficie sólida a la cual se une una colección de fragmentos de ADN. Las superficies empleadas para fijar el ADN son muy variables y pueden ser de vidrio, plástico e incluso de silicio. Los chips de ADN se usan para analizar la expresión diferencial de genes, y se monitorean de manera simultánea los niveles de miles de ellos. Su funcionamiento consiste, básicamente, en medir el nivel de hibridación entre la sonda específica (probe, en inglés), y la molécula diana (target), y se indican generalmente mediante fluorescencia y a través de un análisis de imagen, lo cual indica el nivel de expresión del gen.

Suelen utilizarse para identificar genes con una expresión diferencial en condiciones distintas. Por ejemplo, para detectar genes que producen ciertas enfermedades mediante la comparación de los niveles de expresión entre células sanas y células que están desarrollando ciertos tipos de enfermedades.

Citoquinas.

Las citocinas (también denominadas citoquinas) son proteínas que regulan la función de las células que las producen sobre otros tipos celulares. 

Son los agentes responsables de la comunicación intercelular, inducen la activación de receptores específicos de membrana, funciones de proliferación y diferenciación celular, quimiotaxis, crecimiento y modulación de la secreción de inmunoglobulinas. Son producidas fundamentalmente por los linfocitos y los macrófagos activados, aunque también pueden ser producidas por leucocitos polimorfonucleares (PMN), células endoteliales, epiteliales, adipocitos, del tejido muscular ( miocitos) y del tejido conjuntivo. Según la célula que las produzca se denominan linfocinas (linfocito), monocinas (monocitos, precursores de los macrófagos), adipoquinas (células adiposas o adipocitos), miocinas (células musculares o miocitos), o interleucinas (células hematopoyéticas). Su acción fundamental es en la regulación del mecanismo de la inflamación. Hay citocinas pro-inflamatoriasy otras anti-inflamatorias

Dianas Terapéuticas. 

Descubrimiento de dianas terapéuticas
Tras identificar una necesidad médica no cubierta y decidir si encaja en la cartera de la empresa, los científicos estudian muy detenidamente la biología que explica la enfermedad. ¿Dónde pueden intervenir y con qué opciones de intervención cuentan? Dado que el cuerpo humano es un sistema extremadamente complejo, los científicos tienen que elegir cuidadosamente el objetivo.

Una diana terapéutica es una molécula que desempeña una función esencial en una enfermedad. Los científicos calculan que, hoy día, existen unas 8.000 dianas terapéuticas conocidas. Estas dianas pueden ser factores secretados, receptores de la superficie celular o vías de señalización intracelular. El propósito es desarrollar un medicamento que actúe sobre una diana de un modo tal que interfiera en el proceso patológico. También es muy importante cerciorarse de sopesar debidamente los posibles efectos beneficiosos de un fármaco con respecto a sus riesgos, como posibles efectos secundarios. Dianas distintas responden a diferentes abordajes terapéuticos. A fin de seleccionar una diana, los científicos se preguntan: “¿que diferencias existen entre las células sanas y las patológicas?”

En último término, las enfermedades se producen a escala molecular. Hay diversas causas para las enfermedades. En las enfermedades hereditarias, una diferencia en la expresión o en la secuencia de genes ocasiona un funcionamiento anómalo de las células de una persona. En ocasiones, esto da lugar a la presencia excesiva de una diana; otras veces, es deficiente o está ausente. Así pues, los científicos han de decidir si el propósito consistirá en bloquear la diana o bien en potenciarla o sustituirla a fin de restaurar la función normal. En el caso de una enfermedad provocada por un patógeno externo, como un virus o una bacteria, el patógeno produce moléculas que pueden lesionar las células del organismo huésped. Asimismo, el patógeno mostrará, por sí mismo, moléculas en el individuo infectado que no están presentes en una persona sana. En el descubrimiento de dianas, el propósito es identificar esas moléculas diferentes. Esto puede lograrse por medio de diversas tecnologías, entre ellas, experimentos con chips de ADN, electroforesis de proteínas, espectrometría de masas (EM), secuenciación de ADN y técnicas de imagen por ordenador.

Vacuna Contra La Hepatitis B.

La vacuna contra la Hepatitis B es una vacuna desarrollada para la prevención de una infección por hepatitis B. La vacuna contiene una de las proteínas de la envoltura del virus de la hepatitis B, el antígeno de superficie de la hepatitis B. Después del curso de tres dosis inyectadas, se espera que el sistema inmunitario haya creado anticuerpos contra el HBsAg y se hayan establecido en la circulación sanguínea. El anticuerpo formado se conoce como anti-HBsAg y provee memoria inmunitaria en contra de la hepatitis B, una enfermedad que causa graves daños al hígado.

Aunque inicialmente se pensó malamente que la vacuna de la hepatitis B no convería protección indefinida, se considera ahora que ese ya no es el caso. Reportes previos sugerían que la vacuna proveería cobertura efectiva entre 5 y 7 años, sin embargo, se ha evidenciado inmunidad de larga data proveniente de la memoria inmunitaria más allá de la pérdida de valores detectables del anticuerpo, de modo que ya no se requiere que se hagan pruebas de concentración del anticuerpo ni que se otorguen dosis adicionales de la vacuna en individuos efectivamente vacunados e inmunocompetentes. Con el paso del tiempo, se ha demostrado que la protección puede durar un mínimo de 25 años en aquellos en que se ha demostrado una respuesta inmune inicial adecuada al curso primario de vacunación, aunque en algunos países se sugiere que los profesionales de salud reciban una dosis adicional al cabo de 5 años de la última dosis de la vacunación primaria.

           

                                                      FIN