Capítulo 01: Biotecnología

1.1 Definiciones.

El impacto causado por las primeras experiencias de ingeniería genética, los avances en instrumentos de investigación como el microscopio, los avances científicos en nanotecnología e incluso la globalización del comercio, han originado numerosos intentos por redefinir el campo de la biotecnología.



Algunas definiciones de biotecnología recogidas en la bibliografía son:

· “La biotecnología es un conjunto de poderosas herramientas que utiliza organismos vivos (o parte de estos organismos) para obtener o modificar productos, mejorar especies de plantas y animales o desarrollar microorganismos para determinados usos”.

· “La biotecnología es la técnica de manipulación de formas vivas (organismos) para obtener productos útiles a la humanidad”.

· “La biotecnología es la aplicación de los principios de la ciencia y de la ingeniería al procesado de materiales mediante agentes biológicos, con el fin de obtener productos y servicios”.

La FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación) establece la siguiente definición:

“El uso de procesos biológicos u organismos vivos, para la producción de materiales y servicios en beneficio de la humanidad. La biotecnología incluye el uso de técnicas que incrementan el valor económico de plantas y animales y desarrollan microorganismos para actuar en el medio ambiente”.

El común denominador de todas las definiciones de biotecnología es la utilización de seres vivos o parte de ellos para obtener productos en beneficio del hombre. Por tanto, la obtención de leche a partir de vacas en una explotación ganadera es biotecnología. Sin embargo, en la actualidad se entiende por biotecnología, la aplicación de técnicas de manipulación genética para modificar organismos que puedan utilizarse para obtener productos o servicios concretos.

Otra característica que debemos reconocer de las diferentes definiciones que hemos mencionado, es que es una Ciencia multidisciplinaria, pues engloba actividades como la biología, química, veterinaria, genética, biología molecular, estadística, entre otras. Por esta razón, la biotecnología, se puede aplicar a una gran variedad de áreas, como la agricultura, la salud, la alimentación, medio ambiente, industria e inclusive a la producción de energía.

La gran variedad de áreas en la que influye la biotecnología, ha provocado un impacto importante para la sociedad. Hoy se dice incluso, que los trabajos biotecnológicos futuros pueden solucionar problemas mundiales actuales, como la severa contaminación ambiental, la crisis de alimento o incluso la crisis energética de nuestro entorno, entre otras problemáticas.

Los experimentos pioneros de Jensen en 1796 y de Pasteur en 1885, que permitieran la producción de las primeras vacunas contra la viruela y la rabia respectivamente, son ejemplos contundentes de la capacidad de las técnicas de la biotecnología para contender con problemas relevantes para la sociedad, en este caso con los organismos patógenos causantes de estas enfermedades.


1.2 Clasificación de la biotecnología.

El desarrollo de la biotecnología se puede enmarcar en dos grandes esferas: la tradicional y la moderna.


1.2.1 Biotecnología tradicional.

La biotecnología ha estado presente desde tiempos inmemorables en la solución de muchos problemas importantes, como por ejemplo la producción de alimentos a través de procesos de fermentación, tales como el pan o la cerveza. Estos primeros productos biotecnológicos, surgen en una época donde el ser humano, ni siquiera tenía conocimiento de que los microorganismos existían.

“En muchos sentidos la biotecnología es una ciencia antigua. Así, sin saber ni entender los principios de la fermentación o de la genética, la humanidad ha estado utilizando algunos procesos biotecnológicos desde tiempos antiguos, por ejemplo, en la producción de queso, pan, vino, cría selectiva de animales y plantas, etc.” (Centro de Actividad Regional para la Producción Limpia, 2002)



Sin duda, alguna el proceso de fermentación se clasifica dentro de la biotecnología tradicional. Este proceso es producto de complejas reacciones químicas (metabolismo) que llevan a cabo los microorganismos como las bacterias y las levaduras (hongos microscópicos clasificados como ascomicetos o basidiomicetos), bajo condiciones aeróbicas y anaerobias obteniendo energía y teniendo características físico-químicas controladas.

Otras técnicas como la selección artificial y los cruzamientos selectivos (hibridación) y la mutagénesis (aquella modificación del material genético que resulta estable y transmisible a las células hijas), que intervienen en los procesos productivos, y en la transformación genética de especies que se utilizan en la industria alimenticia, también se incluyen dentro de esta biotecnología tradicional.


1.2.2 Biotecnología moderna.

Hablar hoy de biotecnología ya no remite de manera exclusiva a procesos ligados a la producción de alimentos y bebidas, como ocurría en el pasado reciente. Con la aparición de la biología molecular, en los años cincuenta, se descifra la estructura del material genético, así como los mecanismos celulares que permiten traducir en proteínas la información genética. Por otro lado, en los años setenta surgen las técnicas de la ingeniería genética y con ello la posibilidad de aislar, editar y manipular el material genético, lográndose incluso el trasplante de genes entre especies, creándose así los organismos transgénicos. Este conjunto de conocimientos sobre el material genético y las proteínas de la célula viva, así como de las metodologías para manipularlos, constituye una de las plataformas de despegue de la biotecnología moderna.


La biotecnología moderna se puede definir como una actividad multidisciplinaria, cuyo sustento es el conocimiento de frontera generado en diversas disciplinas (entre otras, la biología molecular, la ingeniería bioquímica, la microbiología, la genómica y la inmunología), que permite el estudio integral y la manipulación de los sistemas biológicos (microbios, plantas y animales). A partir de dicho estudio y de la manipulación de los sistemas biológicos, la biotecnología moderna busca hacer un uso inteligente, respetuoso y sustentable de la biodiversidad, mediante el desarrollo de tecnología eficaz, limpia y competitiva, para facilitar la solución de problemas importantes en sectores tales como el de la salud, el agropecuario, el industrial y del medio ambiente.

El papel que desempeña así la biotecnología moderna en el mundo actual es clave. El nuestro es un mundo contaminado y con ecosistemas destruidos por los impactos de la industrialización. Un mundo con una población en demanda creciente de alimentos, de agua, de recursos energéticos, de servicios de salud y vivienda, cuya satisfacción implicará consolidar, modernizar y adecuar la industria y la producción agropecuaria acondiciones nacionales. Ante esta realidad, si no mantenemos una conciencia crítica y nos movemos hacia la búsqueda de alternativas tecnológicas eficaces, limpias, y respetuosas del medio ambiente iremos irremediablemente hacia escenarios de mayor contaminación y degradación. La importancia de consolidar y desarrollar la biotecnología moderna forma parte de una estrategia sustentable e inteligente hacia la naturaleza que propicie el uso, la preservación y la recuperación de la biodiversidad y de los ecosistemas de nuestro planeta y que, simultáneamente, satisfaga las necesidades de la sociedad humana.



1.3 Historia de la biotecnología.

Al repasar gran parte de los acontecimientos relevantes en la historia de la biotecnología, se los puede agrupar en los siguientes períodos:

1.3.1 Primeras aplicaciones de la biotecnología (Desde 6.000 A.C. hasta 1.700 D.C.).

Se desconoce el origen exacto de los primeros intentos del hombre en la utilización de organismos vivos para obtener un beneficio, pero la transición de sus hábitos cazador-recolector a la vida en comunidades y ciudades, es acompañada por innovaciones que pueden considerarse como los primeros indicios de actividades biotecnológicas. Así, se encontraron evidencias de esas actividades en culturas ancestrales como la china, griega, sumeria y otras que habitaron la tierra 5000 años A.C. Durante este período, dado que el hombre desconoce la existencia de los microorganismos, gran parte de los procesos biotecnológicos son de carácter empírico, y están relacionados principalmente a la elaboración de alimentos.

1.3.2 Período 1700-1900.

El método empírico y la revolución industrial generan cambios enormes en la industria y en la agricultura, mientras que las ciencias biológicas se inspiran en los trabajos de Charles Darwin y Luis Pasteur. Se establece el método científico, y la experimentación en las ciencias biológicas. En este contexto, se determina la naturaleza microbiana de las fermentaciones microbianas y de numerosas enfermedades. Gregor Mendel realiza sus investigaciones acerca de la herencia, pero es ignorado en su época.

1.3.3 Período 1900 – 1953.

Millones de personas mueren a causa de dos guerras mundiales, empujando a la medicina hacia nuevos límites. Durante la Primera Guerra Mundial, se desarrollan procesos de fermentación para producir acetona a partir del almidón y solventes para pinturas, necesarios para la industria automotriz en crecimiento. En los años ´30 el esfuerzo se focaliza en tratar de usar los subproductos de la agricultura para suplir a la industria en lugar de petroquímicos. La llegada de la Segunda Guerra Mundial trae consigo la manufactura de la penicilina. Así, el foco biotecnológico apunta a los compuestos farmacéuticos.

1.3.4 Expandiendo los límites de la investigación del ADN (1953 – 1976).

El descubrimiento de la estructura del ADN resultó en una explosión en la investigación de la biología molecular y la genética.

1.3.5 El amanecer de la Biotecnología Moderna (1977 – 1999).

La Ingeniería Genética se convierte en realidad cuando un gen modificado por el hombre se utiliza por primera vez para producir una proteína humana en una bacteria, empujando a las universidades y a las empresas biotecnológicas a una carrera. En 1978, una versión sintética del gen de la insulina humana es construida e insertada en la bacteria E. coli. Desde este momento clave, comienza la producción de enzimas, fármacos, reactivos de diagnóstico y otras moléculas de interés industrial a través de técnicas cada vez más rápidas y mejoradas del clonado y la secuenciación del ADN.

1.3.6 La era de la convergencia - Nanotecnología, Biotecnología, Ciencias cognitivas y de la Información. (2000 – 2020).

El amanecer del nuevo milenio comienza con un anuncio que proveerá el punto de apoyo para la ciencia del siglo XXI. En el año 2000, se completa el borrador del genoma humano emprendido por el Proyecto Genoma Humano y la empresa Celera Genomics, y se publica en 2001 la secuencia del genoma humano. Con este acontecimiento, se abrieron las puertas a la era de la genómica, la proteómica, nutrigenómica, la bioinformática y la medicina personalizada. Hoy en día una persona puede analizar su genoma por solo $ 99 y conocer las probabilidades de desarrollar ciertas enfermedades. También a lo largo de estos años se han secuenciado genomas de diferentes organismos (bacterias, plantas, animales) que han permitido importantes avances en la producción de alimentos, fármacos, mejoramiento animal y vegetal y el desarrollo de biocombustibles. Actualmente, uno de los desafíos que debe enfrentar la biotecnología es satisfacer las necesidades de una población creciente preservando el medio ambiente. Es por eso, que hoy en día, se está poniendo un esfuerzo enorme en reemplazar las tecnologías contaminantes por otras más limpias, preservando el ambiente, la biodiversidad y recursos como el agua y el suelo.



Laboratorio 01: Manipulación del microscopio.

1. Criterio de evaluación.

Aprende a utilizar correctamente algunas herramientas biotecnológicas en el laboratorio.

2. Materiales.

Microscopio electrónico

Portaobjetos

Cubreobjetos

Muestras fijas

Pipeta

3. Procedimiento.

Parte a: Partes del microscopio.

Ubique en la figura cada una de las partes del microscopio, tomando en cuenta la función.

1. Base: Sostén del instrumento.

2. Columna o brazo: Sostiene los lentes oculares y los lentes objetivos

3. Platina: Superficie para colocar la laminilla.

4. Ajuste mecánico de la platina: Ajuste para mover la laminilla.

5. Revólver: Contiene los lentes objetivos.

6. Lentes objetivos: Lentes principales del microscopio. Estos lentes son parafocales porque permiten que la imagen quede casi enfocada al cambiar de objetivo.

7. Cabezal: Contiene los lentes oculares.

8. Lentes oculares: El microscopio binocular tiene dos oculares. Los oculares magnifican diez veces (10x).

9. Tornillo macrométrico o ajuste grueso: Sube y baja la platina rápidamente; sólo se usa con el lente objetivos 4x.

10. Tornillo micrométrico o ajuste fino: Sube y baja la platina muy lentamente; se usa con todos los lentes objetivos para perfeccionar el enfoque de la imagen.

11. Condensador: Enfoca la luz en el plano de la laminilla.

12. Ajuste del condensador: Sube y baja el condensador, aunque éste siempre debe quedar un poco por debajo de su posición más alta.

13. Diafragma: Controla el diámetro del rayo de luz que llega a la laminilla; no debe usarse para aumentar o disminuir la intensidad de la iluminación. Al disminuir la apertura del diafragma, se aumenta el contraste de la imagen y la profundidad del foco, pero se disminuye la resolución.

Para obtener la mejor imagen posible hay que cambiar la apertura del diafragma cada vez que cambia el lente objetivo.



Parte b: Manipulación del microscopio.

· Con una regla plástica mida el campo de estudio bajo el microscopio con el lente objetivo 4X. Anote el diámetro del campo de observación.

· Recorte una palabra y póngala sobre el portaobjetos. Luego agregue una gota de agua con la pipeta.

· Coloque sobre el porta objeto el cubreobjeto y póngalo bajo el microscopio.

· Utilice el lente 4x y anote y dibuje lo que observa.


Resultados del Laboratorio.


Video.

Fotos.








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