BIOTECNOLOGIA

2. BIOTECNOLOGIA

3. AMBIENTAL Biorremediación Monitoreo ambiental Control de la polución MEDICINA AGROPECUARIO APLICACIONES UTILES Diagnóstico Rendimiento de cosechas Calidad de alimentos Vacunas Terapéutica Salud animal Biosensores Cultivo de células y tejidos Bioprocesos Ingeniería genética HERRAMIENTAS BIOTECNOLOGICAS Antisentido Anticuerpos monoclonales Ingeniería de proteínas Bioquímica Biología Celular Ingeniería Bioquímica Inmunología CONOCIMIENTO CIENTIFICO Computación Microbiología Genética Biología Molecular Fisiología

4. Nos encontramos frente a una nueva “Revolución Industrial” llamada Biotecnología, no basada en hierro y acero sino en microbios que, en manos de científicos, se convierten en minúsculas fábricas para producir fármacos, compuestos químicos industriales, combustibles o alimentos.

5. El prefijo “BIO” se refiere a bacterias, levaduras y otras células vivas, así como a componentes de estas células. La “TECNOLOGIA” consiste en relucientes depósitos de acero, llenos de microbios, conectados a sus fuentes de alimentación y oxígeno mediante una intrincada red de válvulas que se cierran y abren según los ritmos que marca una computadora.

6. DEFINICION Según la Organización de Cooperación y Desarrollo Económicos: Es la aplicación de los principios científicos y de la ingeniería al procesamiento de materiales por agentes biológicos para proveer bienes y servicios.

7. PRINCIPIOS CIENTIFICOS Y DE LA INGENIERIA: • Conjunto muy amplio de disciplinas que ponen especial énfasis en la Microbiología, Bioquímica, Biología Molecular, Genética, Inmunología e Ingeniería Bioquímica y Química.

8. MATERIALES: • Incluye a aquellos orgánicos e inorgánicos, en tanto los agentes biológicos son, en general, catalizadores biológicos; en particular, microorganismos, células animales, células vegetales, virus y enzimas.

9. BIENES: • Todos los productos (alimentos, productos farmacéuticos, recuperación de metales, etc.) • SERVICIOS: • Lo relacionado específicamente con las prestaciones tales como purificación de agua o tratamiento de efluentes y extracción de derrames de petróleo.

10. AREAS TEMATICAS PRIORITARIAS • SALUD: • Vacunas (desarrollo de vacunas por procedimientos que utilicen ingeniería genética). • Reactivos de diagnóstico: Desarrollo de reactivos por técnicas inmunológicas (enzimo-inmunoensayos o por ingeniería genética).

11. AREA AGRICOLA: • Diagnóstico de fitopatógenos en plantas de interés económico. • Desarrollo de agentes de control biológico y plantas. • Desarrollo de plantas transgénicas resistentes a las plagas, enfermedades y herbicidas. Modificación del contenido celular en macromoléculas. • Métodos de mejoramiento de especies a través de técnicas no convencionales. • Aceleración en la obtención de híbridos. • Utilización de marcadores moleculares. • Identificación y caracterización de genes de interés.

12. AREA PECUARIA: • SANIDAD ANIMAL: • Desarrollo de métodos para el diagnóstico de enfermedades animales. • Producción de nuevas vacunas virales, bacterianas y parasitarias por técnicas de avanzada. • PRODUCCION ANIMAL: • Manipulación y sexado de embriones. • Hormonas para el mejoramiento de la producción animal.

13. PRODUCCION DE INSUMOS INDUSTRIALES: • Mejoramiento y control de calidad de las industrias de alimentos, incluyendo derivados lácteos, vinos y cervezas. • Tratamiento biológico de efluentes.

14. HISTORIA DE LA BIOTECNOLOGIA

15. 6000 AC: Arte de fermentar. Los sumerios y babilonios usaban levaduras para fabricar cerveza. • 4000 AC: Los egipcios descubrieron la manera de fermentar pan con la levadura cervecera. • Libro del Génesis (9: 20,21): “Noé se dedicó a la labranza y plantó una viña. Bebió del vino, se embriagó…”

16. Siglo XIV DC: Destilación de bebidas alcohólicas. Uso de bacterias de ácido acético para fabricar vinagre, de bacterias de ácido láctico para conservar la leche (yogur, por ejemplo). • Siglo XVII: Anthony von Leeuwenhoek (1632-1723) descubre el mundo microbiano con sus microscopios primitivos. • Siglo XIX: El desarrollo técnico de los microscopios permite demostrar el origen de los microbios y vencer la creencia de la “generación espontánea”.

17. Hablando de “generación espontánea”, veamos algunas recetas interesantes…

18. Ambroise Paré (1517-1590), el más célebre cirujano de su siglo, escribe: “Hallándome en una viña de mi propiedad, próxima al pueblo de Meudon, hice romper una enorme cantidad de grandes piedras sólidas. Dentro de una de ellas se encontró un grueso sapo vivo, sin que hubiera en la piedra la menor apariencia de abertura…

19. …Me maravilló el hecho de que este animal hubiese podido nacer, crecer y vivir allí. Pero el cantero me dijo que no había por qué asombrarse, pues varias veces había hallado animales de ésta y de otras clases en lo más recóndito de las piedras, sin que existiese el menor indicio de una abertura. Se puede explicar así el nacimiento y la vida de estos animales: son engendrados a partir de alguna sustancia húmeda de las piedras, cuya humedad, al entrar en putrefacción, produce tales seres.”

20. Van Helmont (1577-1644), el más grande fisiólogo de la época, indica lo siguiente para la obtención de ratones: un vaso lleno de trigo se cubre con una camisa sucia, preferentemente de mujer. “Un fermento originado en la camisa y transformado por el olor de los granos, convierte el trigo mismo en ratones.” Esta metamorfosis dura cerca de veintiún días, o sea el tiempo de gestación de ratón y nuestro naturalista se asombre de su notable rapidez…

21. …”Ello, nos dice, es tanto más admirable cuanto que los ratones originados por el trigo y la camisa no son pequeños ni lactantes, ni minúsculos, ni deformes, sino muy bien formados y pueden saltar.”

22. Francesco Redi (1626-1697): Médico italiano que demostró que los gusanos de la carne son larvas de mosca y que no aparecen si la carne se guarda bien tapada (“fiambrera”). • Lázaro Spallanzani (1729-1799): Naturalista italiano, demostró que los microbios son transportados por el aire; los mismos no invaden los frascos cerrados herméticamente. • Nicolas-Francois Appert (1750-1841): Desarrolla los primeros procedimientos de enlatado.

23. Louis Pasteur (1822-1895): Fue quien sentó las bases de la futura industria biotecnológica al demostrar que todos los procesos de fermentación eran el resultado de la actividad microbiana. • Edward Buchner (1860-1917): Descubre, dentro de las células microbianas, las sustancias vitales responsables de todas las transformaciones químicas: las enzimas.

24. Hasta la primera guerra mundial, apenas progresó la idea de utilizar bacterias y levaduras para fabricar otra cosa que no fuera alcohol. Sin embargo, las restricciones impuestas durante el conflicto anunciaron lo que puede llamarse como “segunda era biotecnológica.”

25. La Guerra Mundial (1914-1918) supuso demandas biotecnológicas: • Proceso Neuberg para producir glicerol (para nitroglicerina) mediante la “fermentación dirigida” de Saccharomyces cerevisiae. Agregando álcali y bisulfito de sodio al depósito de fermentación alcohólica se fomentaba la producción de glicerol. • Proceso Weizmann, usando Clostridium acetobutylicum, para la producción de disolventes como la acetona (fabricación de cordita).

26. Los descubrimientos de Pasteur, Robert Koch (1843-1910) y Alexander Fleming (1928) revolucionaron el tratamiento de las enfermedades infecciosas con el descubrimiento de los antibióticos. • Durante la Segunda Guerra Mundial comienza la tercera era biotecnológica, por la necesidad de contar con ciertos medicamentos para que las víctimas no murieran de sepsis bacteriana.

27. Puede decirse que la “cuarta era biotecnológica” comienza a principios de la década de 1970, con el advenimiento de la Ingeniería Genética. • El descubrimiento de los sistemas de restricción y modificación en bacterias y la aplicación de las endonucleasas. • Los trabajos de Milstein y Kohler sobre la formación de hibridomas con la posterior utilización para la producción de anticuerpos monoclonales (1975).

28. Un hito que merece resaltarse ocurrió en 1982 cuando la compañía Eli Lilly consiguió la aprobación de la Food and Drug Administration de los Estados Unidos de Norteamérica para la utilización de “insulina humana” clonada y producida en Escherichia coli. A esto siguieron los interferones, hormonas de crecimiento humana y bovina, el antígeno de superficie del virus de la hepatitis B, etc.

29. Entrando ya en tema…

30. El desarrollo de un proceso de producción a gran escala, en forma exitosa, es el resultado de acelerar e intensificar un concepto original, generalmente un procedimiento de laboratorio o a pequeña escala.

31. La actividad de desarrollo se concentra en tres áreas principales: • Desarrollo de los organismos. • Desarrollo del medio de cultivo. • Ingeniería de fermentación.

32. EL FERMENTADOR

33. DEFINICION OPERATIVA: • Contenedor en el que se mantiene un medio ambiente favorable para la operación de un proceso biológico deseado.

34. En cuanto al biorreactor: Para cada proceso biotecnológico, el sistema de contención más apropiado debe diseñarse para brindar el mejor medio ambiente, optimizado para el crecimiento celular y actividad metabólica.

35. Equipos accesorios. • Válvulas de seguridad • Manómetros • Válvulas de control • Tuberías • Control de temperatura • Control de pH • Control de espumas • Puntos de muestreo

36. El medio ambiente puede considerarse en tres aspectos: • BIOLOGICO • QUIMICO • FISICO

37. AIREACION Y AGITACION. La agitación es necesaria para: 1- incrementar la velocidad de transferencia de oxígeno desde las burbujas de aire al medio líquido; los microorganismos no pueden utilizar oxígeno gaseoso, sino solamente el que se encuentra en disolución.

38. 2- aumentar la velocidad de transferencia de oxígeno y nutrientes desde el medio a las células. Debido al movimiento se evita que las células creen áreas estancadas con bajos niveles de oxígeno y nutrientes. 3- impedir la formación de agregados celulares. 4- aumentar la velocidad de transferencia de productos metabólicos de las células al medio.

39. 5- aumentar la tasa o la eficiencia de la transferencia de calor entre el medio y las superficies de refrigeración del fermentador.

47. Tipos de fermentador: • Crecimiento en suspensión. • Crecimiento con soporte.

48. En el crecimiento en suspensión, los organismos están sumergidos y dispersados en el medio nutritivo y su movimiento sigue al del medio. En los sistemas con soporte,los organismos crecen como una monocapa o película sobre una superficie en contacto con un medio nutritivo. En la práctica, sin embargo, los sistemas en suspensión poseen una película de organismos en la superficie del contenedor y en sistemas con soporte, encontramos organismos dispersos en el medio nutritivo.

49. TECNOLOGIA DE BIOPROCESOS - FERMENTACION

50. Las etapas en la manufactura de productos en la tecnología de bioprocesos son, esencialmente, similares independientemente del organismo utilizado, del medio elegido y del producto buscado.