Isaac Newton nació el 25 de diciembre de 1642 (esa fecha corresponde al antiguo calendario, siendo en el actual calendario gregoriano el día 4 de enero de 1643) en Woolsthorpe, Lincolnshire, 150 kilómetros al norte de Londres, Inglaterra. Su padre, granjero puritano, murió de neumonía antes de su nacimiento y su educación estuvo en manos de su madre y de su abuela, quedando al cuidado de ésta última cuando su progenitora contrajo nuevas nupcias y abandonó al pequeño; permaneció con su abuela hasta 1653, año en que murió su padrastro y su madre regresó al hogar. Fue un bebé prematuro por lo que requirió muchos cuidados.
Concurrió a la Free Ganmmar School de Grantham, a diez kilómetros de su pueblo, sin destacarse demasiado del resto. Allí tuvo su estancia en casa del farmacéutico local poseedor de una importante biblioteca que aprovechó el niño en sus ratos de ocio.
Muchos descubrimientos mecánicos fueron parte de esta etapa de su vida (una linterna de papel plegable, un carro propulsado por una especie de tornillo accionado por el conductor, un molino de viento, etc.). Volvió a la granja y ese era su destino: cuidar el negocio familiar junto a su madre. Por suerte su tío William, reverendo y diplomado en el Trinity College de Cambridge convenció a ella para enviarlo a esa casa de estudios, a la cual Isaac Newton ingresó pagando su estancia con trabajos serviles, realizados a sus compañeros pudientes. Allí, introvertido, Isaac Newton se interesó por la química y la matemática Euclidiana más que por las relaciones humanas. Su primer tutor fue Pulleyn, profesor de griego de esa universidad. Para sus 20 años Isaac Newton ya había leído las obras de Oughtred, Van Schooten, Kepler, Vieta, Wallis, Galileo, Fermat, Huygens, entre otros, y conoció a Barrow, quien se convertiría en su profesor de matemática. Con estos conocimientos matemáticos y geométricos Isaac Newton comienza a plantear su “Teorema del Binomio de Newton” entre los años 1664 y 1665.
Este descubrimiento fue dado a conocer a través de misivas dirigidas al secretario de la Royal Society; en la primera misiva incluye el enunciado de su teorema y en la segunda el detalle. Isaac Newton nunca publicó su estudio, que permitió demostrar que una expresión polinómica se transforma en una serie infinita, y por ende, que un número de series no son más que casos particulares; la publicidad estuvo en manos de Wallis en el año 1685 atribuyéndoselo a Newton.
.La ley de gravitación
Culmina sus estudios de bachiller y regresa a la granja pues la Universidad debió cerrar sus puertas al ser azotada, al igual que la ciudad, por la peste bubónica. Su estancia en la casa natal durante dos años fue extremadamente fructífera: describe la ley de la gravitación y del inverso del cuadrado y profundiza su cálculo de fluxiones, el teorema del binomio y la naturaleza física de los colores, aunque no da a conocer ninguno de ellos.
Construye el primer telescopio de reflexión. La leyenda sobre su iluminación tras la caída de una manzana en su cabeza llevó a la gente a conservar el árbol de su casa hasta 1820 en que fue cortado en trozos y conservado luego de su muerte.
En 1667 se halla nuevamente en Cambridge donde se lo elige fellow del College. Isaac Newton continúa con sus investigaciones sobre óptica. En 1669 se transforma en titular de cátedra de matemáticas lucasiana en lugar de Barrow. Es ese año en el que da a conocer sus investigaciones sobre cálculo diferencial e integral, descubrimiento que sufrió modificaciones de su parte durante los siguientes diez años. En 1672 publica un estudio sobre la naturaleza de la luz que fue muy criticado por sus colegas, aunque él ni siquiera se molestó en contestarles.
En 1675 da a conocer otros escritos en ese sentido, pero siguiendo su filosofía de no entrar en discusiones con sus contemporáneos sobre el tema. El tiempo sería el encargado de darle la razón. En 1679 verificó su ley de gravitación universal y su relación con las normas Keplerianas. Durante esos años Isaac Newton se entrega a la investigación y a la docencia. En 1687 con el apoyo moral, siempre constante, y económico de Halley y la Royal Society publica Philosophiae naturalis pincipia mathematica, tres volúmenes que serán los fundamentos de la física y la astronomía de los próximos tres siglos. El reconocimiento fue enorme
Sus últimos años
En 1689 fue elegido miembro del parlamento inglés, una vez destronado Jacobo II, sin ser demasiado entusiasta en las discusiones parlamentarias. En 1693 sufre una gran crisis psicológica con cuadros de depresión y paranoia.
Isaac Newton es elegido en 1696 Director de la Moneda y nombrado magistrado de Charterhouse, debiendo abandonar para ello treinta años de docencia. A partir de ese momento Isaac Newton abandonó progresivamente sus investigaciones. La ciencia fue reemplazada por el estudio religioso (lo desvelaban temas como la piedra filosofal, las sagradas escrituras, el arrianismo, el Apocalipsis y el elixir de la vida) y alquímicos (incorporó a su cuerpo muchos de sus compuestos que él atribuía carácter medicinal, por lo que muchos creen que pudo haberse intoxicado en más de una ocasión); la lucha con Leibniz por la autoría de varias invenciones solo acabó cuando éste murió en 1716.
Fue elegido en 1703 presidente de la Royal Society, cargo que ganó todos los años siguientes hasta 1727. En 1705 fue hecho caballero por la Reina Ana. La noche del 20 de marzo de 1727, a los 84 años, fallece, luego de sufrir graves molestias físicas provenientes de problemas renales. Descansa en la abadía de Westminster junto a algunos de aquellos en los que según el propio Isaac Newton, prestaron sus hombros para que él viera más lejos.
Isaac Newton fue astrónomo, físico, químico, filósofo, teólogo y matemático eximio; estableció las leyes de la mecánica clásica, inventor del cálculo diferencial e integral, generalizó las leyes de Kepler sobre gravitación universal y contribuyó considerablemente al estudio de la luz y óptica en general; este legado hizo de él el científico más grande de la historia de la humanidad, cuya obra revolucionó la concepción total del mundo
Tenía setenta y nueve años de edad y su cabello y su barba eran tan blancos como la espuma. Sus ojos, que miraron al cielo a través de sus telescopios y observaron más que cualquier ser humano desde el principio de los tiempos, estaban apagados por la edad. Su reputación de ser uno de los más brillantes científicos de su tiempo fue la razón que reyes, y reinas disputaran sus servicios. Ahora estaba arrodillado ante el temido tribunal de la Inquisición, obligado a confesar públicamente un error que no era error: " Yo Galileo Galilei..., abandono la falsa opinión... de que el Sol es el centro (del Universo) y está inmóvil....Abjuro, maldigo y detesto los dichos errores". Algunos dicen que cuando el anciano se puso de pie murmuró para sus adentros: " E pur si muove" : Y sin embargo ( la Tierra) se mueve (alrededor del Sol).
Galileo nació en una familia de siete hijos, con un padre que era un talentoso músico y un hombre de considerable cultura. A temprana edad, Galileo prometía mucho tanto mental como manualmente. Tenía diecisiete años cuando ingresó a la Universidad de Pisa, donde se especializó en medicina y estudió también matemáticas y ciencias físicas.
Una vez cuando todavía estudiaba en Pisa, observó la regularidad con que oscilaba una lámpara en la catedral. Apenas pudo esperar hasta que volvió a su casa para experimentar con bolitas de plomo atadas a hilos de diferentes longitudes. Descubrió que, cualquiera que fuese la magnitud de la oscilación o el peso del plomo, la bolita necesitaba el mismo tiempo para completar un viaje de ida y vuelta. Sólo el cambio de la longitud afectaba el tiempo de la oscilación (periodo de vibración). Esta observación condujo al invento del péndulo, usado en los relojes y otros instrumentos para medir con precisión el tiempo. Leyó las obras de Arquímedes y usó las matemáticas para probar algunos de los experimentos de este último con líquidos y aleaciones. Como estudiante, tuvo una mente inquisitiva y fama de disputador.
A los veinticinco años fue nombrado profesor de matemáticas de la Universidad de Pisa. Como profesor Galileo prosiguió su búsqueda de la verdad, analizando las teorías científicas de Aristóteles mediante la aplicación de las matemáticas y las observaciones experimentales.
Por esa perspicacia se hizo el más grande astrónomo y físico italiano, se hizo famoso por sus descubrimientos astronómicos, entre los cuales podemos mencionar los satélites de Júpiter y su movimiento en torno al planeta; y que la Luna no era un cuerpo luminoso por sí mismo, sino que brillaba porque reflejaba la luz del Sol; además observó numerosos cráteres y otras irregularidades en la superficie lunar. Al observar el Sol descubrió las manchas solares como manchas oscuras movibles, y esto lo indujo a pensar que el Sol giraba sobre su eje. Al observar la Vía Láctea descubrió que se descomponía en incontables estrellas. Galileo apoyó en forma directa las teorías de Copérnico sobre el movimiento de la Tierra y los demás planetas en torno al Sol, lo que le provocó problemas con los teólogos y la Iglesia, siendo finalmente obligado por el tribunal de la Inquisición a negar sus creencias en el sistema heliocéntrico.
En su obra Sidereus Nuncius (Mensajero Sideral), publicada en 1610, dice lo siguiente:
Primeras Observaciones Telescópicas.
Sería una pérdida completa de tiempo enumerar el número y la importancia de los beneficios que se espera que este instrumento proporcione cuando se use en la tierra o en el mar. Pero sin poner atención en su uso en los objetos terrestres, yo me apliqué a la observación de los objetos celestes; y primero que todo vi la Luna tan cerca como si estuviese apenas a una distancia de dos semidiámetros de la Tierra. Después de la Luna, observé frecuentemente otros cuerpos celestes, tanto estrellas fijas como planetas, con increíble deleite; cuando vi su número tan grande, empecé a considerar un método por medio del cual podría medir las distancias que nos separan, y finalmente encontré uno. . . Para lo cual, en primer lugar, es absolutamente necesario prepara con este propósito el telescopio más perfecto, uno que muestre los objetos brillantes en forma nítida y libre de toda niebla (vaguedad), y que los aumente a lo menos en 400 veces, ya que de este modo los mostrará como si estuvieran sólo a un veinteavo de su distancia...
Observación de las Montañas y Valles Lunares
Hablemos primero de la superficie de la Luna, que está vuelta hacia nosotros. . . Yo distingo dos partes en ella, que llamo respectivamente la más brillante y la más oscura. La parte más brillante parece rodear y extenderse por todo el hemisferio; pero la parte más oscura, como una especie de nube, descolora la superficie de la Luna y la hace parecer cubierta de manchas. Ahora bien, estas manchas, como son más o menos oscuras, son evidentes para todos, y todas las edades las han visto, por lo cual las llamaré manchas grandes o antiguas, para distinguirlas de otras manchas, más pequeñas en tamaño, pero esparcidas tan profusamente que salpican toda la superficie de la Luna, y especialmente la parte más brillante de ella. Estas manchas no han sido observadas nunca por otro antes que yo; y de mis observaciones de ellas, repetidas muchas veces, he llegado a la opinión que he expresado, vale decir, que me siento seguro de que la superficie de la Luna no es perfectamente lisa, libre de desigualdades y exactamente esférica,... sino que está llena de desigualdades, es desuniforme, llena de huecos y protuberancias, así como la superficie de la Tierra, la cual está alterada por todas partes con elevadas montañas y profundos valles....
Descubrimiento de los satélites de Júpiter
En el 7º día de enero del presente año, 1610, . . . el planeta Júpiter se presentó a mi vista, y como me había preparado un excelente instrumento, me di cuenta de una circunstancia que antes no me había sido posible percibir, debido a la falta de poder de mi otro telescopio, vale decir, que tres estrellitas, pequeñas pero muy brillantes, estaban cerca del planeta... parecían estar ubicadas exactamente en una línea recta, paralela a la eclíptica, y se veían más brillantes que el resto de las estrellas... en consecuencia concluí, sin lugar a dudas, que hay tres estrellas en los ciclos moviéndose alrededor de Júpiter, como Venus y Mercurio alrededor del Sol... Estas observaciones también establecieron que hay no sólo tres, sino cuatro, cuerpos siderales erráticos ejecutando sus revoluciones en torno a Júpiter...
·Las condiciones actuales de vida favorecen las tempranas relaciones sexuales de los jóvenes.
·Los jóvenes buscan información en otras fuentes, sobre todo entre los amigos o en lecturas poco serias y nada orientadoras.
·Mujeres y varones mantienen relaciones sexuales a edades cada vez más tempranas. Y cuanto más precozmente lo hagan, mayor será el riesgo del embarazo.
·El embarazo no deseado en la adolescencia suele generar angustia, inquietudes, temores y estrés por la forma como éste afectara el proyecto de vida; además de las repercusiones económicas y de que se pone en peligro la salud y la vida de la joven.
Consecuencias del embarazo en la adolescencia
·Matrimonio forzado o anticipado.
·Abandono de los estudios.
·Rechazo de la familia y amistades.
·Menores probabilidades de encontrar trabajo temporal o fijo.
·Reducción de posibilidades de seguir estudiando
·El embarazo suele ser más complicado que en las mujeres mayores.
· Existen mayores riesgos de aborto, toxemia y hemorragia.
·Es mayor el riesgo de muerte está en el parto.
·Los bebes suelen nacer con bajo peso.
·Anemia asociada a la desnutrición del bebe.
·Malformación congénita y problemas neurológicos, como ceguera, sordera, parálisis y epilepsia.
·Muchos adolescentes no cuentan con el apoyo económico y emocional del padre de la criatura, o si lo tienen, es insuficiente, lo que les causa depresión, estrés, angustia y temor.
·Deben tomar decisiones solas para las que normalmente no están preparados y les generan estrés, angustia y sentimiento de culpabilidad.
·Tensiones e incertidumbre por la presión del compañero para que hagan cosas que ellas no desean.
Algunas “razones” de los jóvenes que se quieren involucrar sexualmente...Porque
Todos mis amigos ya han tenido relaciones sexuales.
Deseo sentir que alguien me quiere.
Me siento muy solo o sola.
Así le demuestro que lo (la) quiero
Tengo mucha necesidad sexual.
Quiero experimentar placer y diversión.
Ya soy hombre.
Así no me dejara mi novio (a).
Me gustaría saber que se siente
Quiero ser padre o madre.
Por qué empiezan, en consumo de drogas?
¿Curiosidad? ¿Experimentación? ¿Todo el mundo lo hace? ¿Rebelión, hostilidad? ¿Búsqueda bienestar? ¿Pertenecer a un grupo? ¿nada va a pasarme!
El concepto de Biodiversidad fue establecido en la cumbre de Río, al adoptarse el convenio sobre la diversidad biológica (CDB). El documento considera la biodiversidad como “la variabilidad de organismos vivos de cualquier fuente, incluidos entre otras cosas, los ecosistemas terrestres y marinos y otros ecosistemas acuáticos y los complejos ecológicos de los que forman parte; comprende la diversidad dentro de cada especie, entre las especies y de los ecosistemas”.
Los cambios constantes de las condiciones ambientales, generan también, cambios en la composición y la distribución de su biodiversidad, mediante la adaptación de los organismos a su medio mediante la selección natural.
·La biodiversidad ha sido organizada jerárquicamente en niveles:
·Diversidad genética: Es la variabilidad en la información genética en los individuos de una misma especie, esto se manifiesta con la existencia de muchas variedades en una especie vegetal, razas en animales y cepas en microorganismos.
·Diversidad de especies: Es la variedad de las especies existentes en un ecosistema y es el referente principal del concepto biodiversidad. En nuestro país los ecosistemas con mayor diversidad de especies es el bosque tropical y el mar frío.
·Diversidad de ecosistemas: Hace referencia a la variedad de hábitats, comunidades bióticas y procesos ecológicos.
2. Especie y biodiversidad
Si bien no existe un concepto de especie que dé cuenta de toda la biodiversidad de la vida, es útil en ecología la definición propuesta en 1942 por Ernst Mayr, un ornitólogo alemán que definió la especie biológica como “un conjunto de poblaciones que pueden reproducirse entre sí y tener descendencia fértil”. Este sistema tiene limitaciones, entre otros, en organismos que se reproducen asexualmente, y sería inaplicable a organismos extintos.
Las especies constituyen, las unidades fundamentales para la evaluación de la diversidad biológica y su conservación. Ordenarla de acuerdo al sistema de clasificación convencional actualmente es tarea es la sistemática.
Actualmente se tienen inventariadas cerca de 1,5 millones de especies actualmente vivientes: 250.000 corresponden a plantas vasculares y musgos, 40.000 a vertebrados, 750.000 a insectos y el resto a los demás invertebrados, los hongos y los microorganismos. Pero no todas las especies están registradas, se sostiene que los números citados sólo indican una pequeña fracción del total de especies que pueblan la Tierra.
3. Distribución mundial de las especies
La distribución mundial de la diversidad de especies depende de varias condiciones, entre las cuales tenemos:
Los gradientes latitudinales: hacia el ecuador (menor latitud) el número de especies aumenta, mientras que hacia los polos (mayor latitud) disminuye.
Los gradientes de altitud: en los ecosistemas terrestres la diversidad de especies generalmente disminuye con la altura. En los Andes este fenómeno es patente desde la Amazonia hacia las alturas andinas, donde cerca de la línea de nieves perpetuas el número de especies es más bajo.
Los gradientes de precipitación: El número de especies va en aumento en proporción directa con la precipitación. las zonas desérticas y áridas tienen menos diversidad de especies que las zonas más lluviosas. Esto en nuestro el desierto costero árido tiene muy baja diversidad en comparación a la amazonia.
4. Biotecnología y biodiversidad
Los genes son la materia prima de la industria biotecnológica, los monopolios biotecnológicos están empeñados en aislar, coleccionar, controlar, descifrar y patentar los genes de los seres vivos del planeta. La biodiversidad ha pasado a formar parte del entramado del comercio mundial, y el patentar los genes es una forma de apropiarse de la biodiversidad de los recursos genéticos desarrollados por evolución natural ó como aporte a la humanidad por diversas civilizaciones.
Entre los negocios relacionados con la apropiación de la biodiversidad genética tenemos a la industria químico farmacéutica en relación a plantas abastecedoras de principios activos, monopolios biotecnológicas relacionados a la obtención de semillas de plantas comerciales y el cultivo de tejidos.
5. Biodiversidad en el Perú
El Perú está entre los 10 países de mayor diversidad de la Tierra, conocidos como "países megadiversos", por su:
Alta diversidad de ecosistemas
Su ubicación tropical y la presencia de la cordillera de los andes genera alta diversidad ecológica de microclimas, pisos ecológicos, y ecosistemas productivos. Es de gran importancia la presencia e influencia de dos corrientes marinas como la de Humboldt y la del niño, además de la corriente de afloramiento.
Nuestro país es el segundo país en América Latina y el cuarto a nivel mundial en superficie de bosques, posee el 13% de los bosques tropicales amazónicos. De las 117 zonas de vida reconocidas en el mundo 84 se encuentran en el Perú conformando algunos biomas únicos en el mundo. Se reconocen 11 ecorregiones.
Alta diversidad de especies
A pesar de los registros incompletos y fragmentados, el Perú es el quinto en el mundo en número de especies.
Flora:Se calculan unas 25 000 especies (10% del total mundial) de las cuales un 30% son endémicas. 1º en número de especies de plantas de propiedades conocidas y utilizadas por la población (4 400 especies); y 1o en especies domesticadas nativas (128 especies).
Fauna: Es el 1º en peces (2 000 especies, 10% del total mundial); el 2º en aves (1800 especies); el 3º en anfibios (330 especies); y el 3º en mamíferos (462 especies).
La biotecnología se define como “la utilización de los seres vivos o de sus procesos biológicos, para la obtención o modificación de un producto, mejorar una especie vegetal o animal o la obtención de un servicio”. Otra definición sería “aplicación de procedimientos científicos para la transformación de materias por agentes biológicos para producir bienes y servicios”.
Las disciplinas que aportan contenidos a la biotecnología, comprende la microbiología, química, ingeniería industrial, informática, etc. Se piensa que es el área de mayor rendimiento en las próximas décadas.
Esta nueva biotecnología tiene aplicaciones en múltiples sectores, como son:
·Sanidad y Medicina : Obtención de nuevas vacunas, terapia génica, obtención de medicamentos en OMG
·Industrias alimentarias: obtención de alimentos transgénicos y SCP (pienso)
·Agricultura y ganadería: obtención de plantas y animales transgénicos y clónicos.
·Medio ambiente: tratamiento de aguas, biorremediación.
·Industrias: Producción de enzimas para detergentes, biocombustibles
·Otras: Estudios filogenéticos, huella genética (criminología, derecho), recuperación de especies extinguidas.
2.APUNTES HISTÓRICOS
Históricamente ha habido dos etapas:
La primera llamada biotecnología tradicional, en la que se utilizaban los microorganismos tal como se encuentran en la naturaleza, para hacer, por ejemplo, fermentaciones (pan y bebidas alcohólicas), para fabricar antibióticos y vacunas e incluso para controlar plagas. Es decir, siempre se ha hecho biotecnología sin saberlo, de manera empírica y sin saber sus fundamentos, sin conocer siquiera la existencia de los microorganismos.
Se sabe que el año 8.000 a.C los sumerios y babilónicos utilizaban levaduras para fabricar vino y cerveza, y hace unos 6000, los egipcios utilizaban la fermentación para hacer pan y vino. También se utilizaba el cuajo extraído del estómago de ganado vacuno para hacer el queso, o Lactobacillus caseii para hacer yogur.
En la primera mitad del s. XIX Cagniard-Latour, Schwann y Traugott, llegaron a la conclusión que los productos de la fermentación (etanol y CO2) eran debidos a la actividad de microorganismos. Esta “hipótesis microbiana” de la fermentación fue duramente criticado por los químicos de la época (en este siglo la química emergió con fuerza) y la idea aceptada era la “hipótesis química”, es decir, la fermentación era un proceso químico de descomposición de la M.O.
En la P.G.M. los alemanes fabricaron glicerina y los ingleses acetona, ambos por fermentación. En la S.G.M. se fabrican industrialmente penicilina, obtenida en 1928 a partir del hongo Penicillium.
A partir de la década de 1970, con la aparición de las los nuevas técnicas de ADN recombinante (ingeniería genética), irrumpe la nueva Biotecnología que utiliza dichas técnicas. Utiliza sobre todo microorganismos cuyo ADN está modificado (OMG), y llevan genes de otras especies. Con la utilización de los OMG, los procesos industriales han aumentado extraordinariamente su producción. Sin embargo, uno de los mayores riesgos de los OMG es que escapen al control humano y tengan consecuencias imprevisibles para el medio.
Así, por ejemplo una bacteria (E. coli) es capaz de fabricar la insulina humana, o se ha conseguido que algunos cultivos sean resistentes a las heladas, al introducirles un gen por medio de la bacteria Agrobacterium. En esta etapa los avances en biotecnología suponen una revolución con aplicaciones claves en muchos sectores.
3.MATERIA PRIMA DE LA BT
Los “agentes biológicos” son células animales, vegetales y enzimas, pero fundamentalmente microorganismos. Esto se debe a la capacidad de los microorganismos de tomar nutrientes del medio y transformándoles, liberando una gran variedad de productos al exterior, y la gran facilidad de modificar su genoma. Los microorganismos que se utilizan en microbiología industrial deben cumplir unos requisitos:
1.Deben producir una sustancia de interés y que tenga alguna aplicación.
2.Deben crecer en un cultivo puro de forma rápida y fabricar ese producto en el menor tiempo posible.
3.Deben consumir nutrientes de bajo costo.
4.Ser susceptibles de manipulación genética.
5.Que se puedan cultivar a gran escala.
Son pocos los microorganismos utilizados a nivel industrial. Esto se debe a que algunos casos sus productos metabólicos, si se obtienen de forma industrial son más caros; otras veces sus enzimas son aprovechadas en muchas aplicaciones. Son cuatro grupos los que se utilizan:
·Levaduras
Hongos ascomicetos unicelulares, de forma ovalada. De 6-12 micras de diámetro, con reproducción asexual por gemación. Viven en el suelo y sus esporas son dispersadas por el viento y pájaros. Son anaerobios facultativos.
·Mohos
Hongos que no forman setas (carpóforos), sino esporangios en el extremo de hifas. Son aerobios estrictos. Junto a las levaduras producen enzimas, antibióticos, ácidos orgánicos, quesos, bebidas, etc.
·Bacterias
Son unicelulares procariontes, las utilizadas en estos procesos son aerobias estrictas, anaerobias estrictas y anaerobias facultativas, pero no fotosintéticas. Se incluyen en este grupo los actinomicetos, grupo de bacterias heterótrofas aerobias estrictas, incluidas como hongos inicialmente.
El proceso por el que los microorganismos fabrican los distintos productos a gran escala se denominan FERMENTACIONES, sean o no fermentaciones anaerobias propiamente dichas. De hecho muchas fermentaciones industriales son aerobias, en contra del concepto biológico de fermentación. Si sólo se obtiene un producto se llaman fermentaciones homofermentativas y si se obtienen varios, heterofermentativas.
4.APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA
A.Biotecnología amarilla: aplicaciones en la industria alimentaria
Algunos microorganismos son capaces de transformar ciertas sustancias en productos de utilidad para el hombre como el pan, yogurt y bebidas alcohólicas. Se han utilizado desde las primeras civilizaciones aunque sin saber su existencia ni su modo de acción. Dichas transformaciones son oxidaciones incompletas del producto inicial en ausencia de oxígeno, y son convertidos en moléculas orgánicas más sencillas que están todavía reducidas. Es decir, hacen fermentaciones.
Las fermentaciones industriales tienen lugar en depósitos o tanques de gran tamaño, denominados fermentadores, en los que se encuentra el líquido o medio de cultivo, con los microorganismos. Para hacer las fermentaciones, se utilizan levaduras y bacterias. Sólo unas pocas especies tienen interés industrial. Las levaduras más importantes son Saccharomyces cerevisiae y Saccharomyces ellypsoideus, que se ha empleado para fabricar pan, vino, sake, alcohol y cerveza. Otras levaduras utilizadas son Saccharomyces uvarum (vino), Saccharomyces cidrii (sidra). Dentro de las bacterias destacan los Lactococcus, Lactobacillus, Acetobacter y Streptococcus.
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA O ETÍLICA
El etanol es un disolvente empleado en la industria química y componente fundamental de las bebidas alcohólicas. La fermentación es realizada por levaduras del género Saccharomyces que transforman líquidos ricos en azúcar en un medio anaerobio. Ese líquido puede ser el mosto (zumo natural de la uva), el jugo de la caña de azúcar o malta fermentada. Dependiendo de la levadura se obtiene distinto tipo de bebidas: para el vino, ron, coñac, whisky, cerveza, champán se utiliza Saccharomyces cerevisiae, y a veces Saccharomyces uvarum (para el vino),para la sidra Saccharomyces cidrii.
La reacción de la fermentación es la siguiente:
Glucosa ---------> 2 Ácido pirúvico + 2 NADH2-------->2 Etanol + 2NAD + 2 CO2 + 2 ATP
C6H1206 2(CH3-CH2OH)
PRODUCCIÓN DEL VINO:
Una vez recolectadas se hace un prensado y se obtiene el mosto o zumo de uva, un líquido con un 15 % de azúcares, como fructosa y glucosa (debe contener entre un 10-25% de azúcar de su peso), que será el medio de cultivo de la levadura. Actúan levaduras que viven sobre la propia uva, y a veces se les añade dióxido de azufre para eliminarlas, añadiendo después al mosto Saccharomyces ellypsoideus o la cepa deseada, que degradan la glucosa y la fructosa. El mosto es trasvasado a una cuba de fermentación.
El que sea vino tinto o blanco depende del tipo de uva utilizada (negras o blancas, respectivamente). Para obtener vino tinto hay que dejar fermentar el hollejo (piel de la uva) y el mosto obtenido; el alcohol que se desprende disuelve los pigmentos de la piel, que es lo que da color. Algunos vinos que contienen mucho azúcar (a veces se les añade) tras el embotellado sufren una segunda fermentación. Al estar la botella cerrada el CO2 liberado no escapa, dando lugar a los burbujas de los vinos espumosos.
Las bebidas destiladas se obtienen al hacer la fermentación en caliente y luego destilándolas para aumentar el grado alcohólico. Así :
·Destilando malta fermentada----> whisky
·Destilando jugo de caña de azúcar (melaza)---> ron
·Destilando uva fermentada ---> brandy o coñac
PRODUCCIÓN DE CERVEZA:
Para fabricar cerveza se utiliza cebada, y a veces el arroz y maíz. Las semillas contienen almidón (no monosacáridos) por lo que hay que hidrolizarlas para que pueda actuar la levadura. Para ello se maltea, es decir se muele y se deja germinar remojándoles en agua, (a cebada se llama ahora malta) y la semilla produce amilasas que hacen dicha hidrólisis. Aparece la glucosa y esta queda disponible para que actúe la levadura.
Después se separa el triturado sólido del agua, se le añade lúpulo (hierba que da sabor amargo y es bactericida) y se calienta. En este estado (malta, cebada germinada y tostada) aparecen los monosacáridos y se le añade la levadura (Saccharomyces cerevisiae o Saccharomyces carlbergensis). La fermentación dura entre 5-10 días, a 8 – 12 ºC, con un pH ácido de 5-5.4 y luego de 4 a 4,8.
PRODUCCIÓN DEL PAN:
El pan también es obtenido por fermentación alcohólica. Se utiliza también Saccharomyces cerevisiae, y hasta el siglo XIX se conseguía de las fábricas de cerveza. Hace una fermentación alcohólica sobre los azúcares de la harina del trigo.
Primera hay que disponer de LEVADURA SECA, al hacer crecer en un medio rico en oxígeno. La mezcla se centrifuga para separar la levadura. Esta levadura es la que se añade a la mezcla de harina, agua y sal.
Primero hay que dejarla en reposo unas horas. El almidón es degradado a glucosa por enzimas (amilasas) de la propia harina, y la glucosa liberada es atacada por la levadura dando lugar a CO2 (burbujas u ojos del pan), y etanol. El CO2 desprendido esponja el pan y aumenta de tamaño. La masa fermentada se mete en el horno, y con el calor de la cocción se pierde el alcohol, el CO2 y las levadura mueren.
FERMENTACIÓN LÁCTICA
Los microorganismos que llevan a cabo esta fermentación se denominan "fermentos lácticos" o "bacterias del ácido láctico", que se encuentran de forma natural en la leche como los géneros Lactococcus, Lactobacillus (L. bulgaricus, L. acidophilus) es heterofermetador, y Streptococcus (S. lactis, S. termophilus y S. cremoris) es homofermentador y a veces Leuconostoc (heterofermentador). Son cocos o bacilos móviles, anaerobios facultativos. El proceso de esterilización de la leche (altas temperaturas) los elimina.
En esta fermentación estas bacterias convierten la lactosa (azúcar de la leche) primero en galactosa y glucosa, y estas después en ácido láctico .
Estas bacterias son las responsables del agriamiento espontáneo de la leche (leche cortada), al formarse el ácido láctico, baja el pH y se coagulan (desnaturalización) las proteínas lácteas adquiriendo una textura más o menos sólida. Están presentes en la leche de forma natural. Esta fermentación se utiliza para obtener derivados lácteos como
Leches fermentadas o agrias (yogurt, kéfir, kuomis), por Streptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc. Típicas de Rumania, Bulgaria, Turquía, etc
Mantequilla, por Streptococcus lactis y Streptococcus diacetalis
Quesos. La textura final de cada tipo de queso depende de hongos que actúan tras la fermentación.
PRODUCCIÓN DE YOGURT:
El yogurt y otros productos similares (kéfir, koumis) son típico de países del Este (Rumania, Hungría, Turquía, Grecia, etc), se les conoce como leches ácidas. El yogurt se obtiene a partir de una mezcla de Lactobacillus bulgaricus, L. acidophillus y Streptococcus termophillus. El sabor ácido lo da el ácido láctico y acetaldehído producido por Lactobacillus bulgaricus, por lo que se añade aromatizantes para ocultarlo. Requiere una temperatura de fermentación de unos 40 ºC.
PRODUCCIÓN DE QUESO:
El queso se fabrica en dos etapas similares para todos los tipos, y después hay técnicas o procedimientos específicos que varían según el tipo o variedad de cada uno.
Formación de la cuajada (proteínas precipitadas) por la acción de las bacterias del ácido láctico (en este caso Streptococcus lactis y Streptococcus cremoris, que hacen precipitar las proteínas de la leche por efecto del pH al aparecer el ácido láctico. Aparece un sólido que es la cuajada o queso fresco, que se separa de la parte líquida o suero. En vez de estas bacterias se puede utilizar el cuajo o renina, una enzima obtenida del estómago (cuajar) de las vacas. Después se filtra para separar la cuajada del suero. También se añade sal.
Maduración, en la que la parte sólida es transformada por bacterias y hongos específicas, que hidrolizan grasas y proteínas, dando los quesos curados. Esta etapa es la responsable de la textura, olor y sabor de cada queso. Dependiendo del tipo de microbios que actúan, la variedad de microbios utilizados es amplísima, se obtiene un tipo de queso u otro.
En los quesos blandos o frescos (50-81 % de agua) se hidrolizan casi todas las proteínas, son madurados por enzimas de hongos y levaduras, que crecen en su superficie y no llegan a terminar esta etapa.
En los quesos semiduros hay un 40-50 % de agua y se recubre de salmuera. En los quesos duros (menos de un 40 % de agua) la hidrólisis la hacen enzimas de bacterias lácticas. En el Emmenthal, el sabor lo da el ácido propiónico, de la bacteria Propionibacterium, y los agujeros es el CO2 que queda atrapado. El hongo Penicillium roquefortii es que el que madura el queso de Roquefort.
FERMENTACIÓN ACÉTICA
La realizan las "bacterias del vinagre" o "bacterias del ácido acético", como Acetobacter aceti, Acetobacter oxydanso Gluconobacter, que son Gram- flagelados. Degradan parcialmente el etanol hasta ácido acético.
El sustrato inicial que contiene etanol puede ser el vino (agriamiento del vino), una disolución de etanol, etc. Dura varias semanas, ya que en el tonel la difusión del aire en el tonel es lenta.
OTROS PRODUCTOS
El ácido cítrico se utiliza como conservante en bebidas y enlatados. Los fabrica Aspergillus niger como citrato de hierro. Se utiliza como fuente de carbono, melaza de remolacha azucarera, jarabe de caña de azúcar o almidón de patata.
Algunos aminoácidos se utilizan en la industria alimentaria como potenciadores del sabor, antioxidante u otros tipo de aditivos, como por ejemplo:
Ácido glutámico, potenciador del sabor
Lisina, como complemento en alimentos de origen vegetal, ya que es un aminoácido esencial. Algunos piensos para animales contienen estos aminoácidos.
Ácido aspártico y fenilalanina son componentes del edulcorante artificial aspartame.
B.Biotecnología y la salud: Biotecnología roja
La biotecnología tiene múltiples empleos en la prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades. La industria farmacéutica incorporó la utilización de microorganismos en los década de 1940. En los últimos años está utilizando la tecnología del ADN recombinante e ingeniería genética, lo que ha supuesto una revolución en las perspectivas de la medicina.
Los microorganismos se utilizan para la obtención de una gran número de sustancias, como por ejemplo:
·Producción de antibióticos
·Producción de vacunas (antígenos bacterianos y víricos), sueros y anticuerpos monoclonales
·Producción de hormonas (insulina, del crecimiento, esteroides)
·Producción de vitaminas, aminoácidos, enzimas, factores de coagulación
·Antifúngicos y antitumorales (interferón)
Muchos han sido fabricados con técnicas de ingeniería genética, como la insulina y la hormona de crecimiento, uroquinasa (coagulación), vacunas (hepatitis B, rabia y sarampión), interferón, factores de coagulación (VIII y IX).
ANTIBIÓTICOS
Los antibióticos son metabolitos secundarios producidos y excretados por hongos (Penicillium, Cephalosporium ) y bacterias (Bacillus, Streptomyces), que inhiben el crecimiento de otros microorganismos o los matan. Se utilizan para combatir infecciones bacterianas y fúngicas. El primer antibiótico aislado fue la penicilina en 1929 por Fleming. Algunas especies utilizadas son las siguientes:
·Streptomyces griseus, la estreptomicina
·Streptomyces venezuelae, el cloranfenicol
·Streptomyces erythreus, la eritromicina
·Streptomyces rimosus, la tetraciclina
·Streptomyces fradiae, la neomicina
·Streptomyces noursii, la nistatina
·Bacillus licheniformis
Se conocen unos 5500 antibióticos pero sólo un centenar o incluso menos están comercializados. Hoy día el gran problema es la aparición de cepas de patógenos resistentes (o incluso multirresistentes) a los antibióticos. Por ellos el reto es encontrar nuevos antibióticos o modificar los ya existentes para recuperar su efectividad.
VITAMINAS
La mayor parte de las vitaminas que se añaden a los alimentos o de los preparados multivitamínicos son sintetizados en laboratorio. Sólo dos se fabrican utilizando microorganismo: la vitamina B12 por bacterias (Pseudomonas, Propionibacterium) y la riboflavina por bacterias y hongos (Ashya).
VACUNAS
Es un método preventivo ante enfermedades bacterianas y víricas, basado en la memorización por el S.I. de las características del patógeno. Se inocula el patógeno atenuado o fragmentos de sus antígenos, y así se induce la fabricación de anticuerpos y células con memoria. El riesgo es inocular patógenos que no están atenuados completamente.La primera vacuna la desarrolló Pasteur en 1885 contra la rabia. En 1924 se consiguió la fabricación industrial, y esta metodología se ha utilizado hasta los años 80 para vacunas contra el sarampión, difteria, tos ferina, etc.
Hoy día la mayor parte de las vacunas contra los virus se obtienen por I.G, creando el toxoide o el antígeno capaz de inducir la formación de los anticuerpos. En otros casos se manipula el patógeno para disminuir su virulencia.
HORMONAS
Los diabéticos se inyectaban insulina porcina o vacuna en los primeros años, pero tenía efectos secundarios. En la actualidad se inyectan insulina humana pero fabricada por bacterias (Escherichia coli). Es la primera proteína obtenida por manipulación genética que se ha utilizada en personas (1982). Otra es la hormona del crecimiento, que se utiliza para el tratamiento de la osteoporosis, fracturas de huesos, quemaduras, etc., proteínas de la coagulación (como el factor VIII que les falta a los hemofílicos), la eritropoyetina, el interferón, etc.
Para producir hormonas esteroides se aplica el procedimiento denominado bioconversión o biotransformación, en el que se añade al fermentador una sustancia que el microbio transforma en la sustancia buscada, como por ejemplo cortisona, hidrocortisona, andrógenos y estrógenos. En principio se utilizaba levadura para fabricarla, pero su precio era muy elevado porque la producción era muy escasa. En 1952 se sustituyó por el moho del pan Rhizopus nigrans y Rhizopus arrhizus, capaz de transformar la progesterona en cortisona, antiinflamatorio. También se obtiene hormonas anticonceptivas.
INTERFERÓN
El interferón fue descubierto en 1957 en Londres por Isaacs y Linderman, al descubrir que los pacientes que padecían alguna infección vírica, raramente eran infectados por más virus. Ello se debía a que producían que la denominaron INTERFERÓN. Es una proteína fabricada por células somáticas como respuesta a una infección vírica (defensa antiviral). También tiene otros efectos, como inhibidor del crecimiento antitumoral, regulación del sistema inmune e inhibición del crecimiento celular.
DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES
La forma clásica para diagnosticar una enfermedad es aislarlo e identificarlo. Se puede hacer utilizando métodos de ingeniería genética. Se construyen sondas de ADN complementarios de ciertos segmentos del ADN buscado del patógeno. Aparece ADN híbrido, solamente si el patógeno está presente en el organismo. También se puede hacer un diagnóstico prenatal (hemofilia, corea de Huntinton, anemia falciforme, distrofia muscular, etc.) utilizando los RFLP (polimorfismo de longitud de fragmentos de restricción). Estas enfermedades se deben a mutaciones génicas, que pueden alterar los puntos de corte de algunas restrictasas.
TERAPIA GÉNICA
El primer intento se hizo en 1990 a una niña de 4 años, que recibía una transfusión de sus leucocitos “reprogramados”. Padecía una inmunodeficiencia congénita que la obligaba a vivir en cámaras estériles “niños burbuja”, debido a la ausencia de una enzima “adenosin desaminasa ADA” por un error genético.
La idea es manipular las células enfermas portadoras de un gen defectuoso para sinteticen la molécula que les falta. Se busca sustituir el gen defectuoso por el normal. Es decir, el tratamiento es causal y no sintomático. Para muchas enfermedades la terapéutica actual es suministrar medicamentos (citostáticos, para el cáncer), hormonas (insulina, hormona del crecimiento, etc.), factores de coagulación (hemofilia) o hacer transplantes (médula).
Hay dos formas de hacer terapia génica: in vivo y ex vivo. Invivo consiste en introducir a la persona el gen a través de vectores. Hoy día se ensayan dos vectores:
·Adenovirus o retrovirus modificados para que no produzcan enfermedad.
·Liposomas o lipoplejos, son cápsulas o microsferas de lípidos. Son menos eficaces que los virus.
Ex vivo consiste en extraer las células enfermas, quitarlas el gen defectuosos ye insertarlas el sano. Luego se reimplantan en el paciente.
C.Cuidado del medio ambiente: Biotecnología gris
Uno de los problemas ambientales más importantes es la enorme cantidad de residuos generados, como son:
·Urbanos (RSU y aguas residuales)
·Industriales, muy contaminantes, como los vertidos de metales pesados
·Agrícolas, como los purines, fertilizantes, insecticidas, restos de cosechas
Dada la capacidad descomponedora y transformadora de los microorganismos sobre la materia, esta se puede aprovechar para la eliminación de residuos producidos en distintas actividades humanas, muchos de ellos con enorme poder contaminante, contribuyendo a la conservación del medio natural. Esta capacidad es natural (bacterias que degradan hidrocarburos) y también es diseñada por el hombre (bacterias transgénicas que degradan explosivos).
Se denomina BIORREMEDIACIÓN a la utilización de los microbios para la descontaminación del medio ambiente (suelos o aguas). Si se utilizan plantas se habla de FITORREMEDIACIÓN. Algunos ejemplos son:
·Bacterias que asimilan metales pesados del agua y suelo. La contaminación por metales pesados es el principal problema medioambiental a nivel mundial.
·Tratamiento de los residuos por los microorganismos.
·Depuración de aguas residuales.
·Eliminación de RSU, RI y R. Agrarios (fabricación de compost).
·Bacterias que degradan explosivos
·Bacterias que degradan hidrocarburos y aceites. Pseudomonas y Nocardia se utilizan en las mareas negras y limpieza de conductos petrolíferos, tanques de petroleros.
·Eliminación de COMPUESTOS XENOBIÓTICOS. Pseudomonas degrada herbicidas e insecticidas.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Las aguas residuales son uno de los grandes elementos contaminantes de la actividad humana. Es uno de los principales problemas medioambientales de nuestros días, ya que el agua será un recurso natural de importancia vital para cualquier país.
Las aguas residuales tanto urbanas, industriales como agrícolas contienen gran cantidad de sólidos en suspensión, patógenos, M.O. como sustancias tóxicas (hidrocarburos, metales pesados, disolventes, etc) que hay que eliminar antes de que sean vertidas a las aguas (ríos y mares) o los suelos. La depuración de agua urbanas se hace en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR).
El llamado tratamiento secundario es el que utiliza microorganismos para eliminar la M.O. del agua. Las bacterias utilizan esa M.O. como alimento y la digieren, desprendiendo CO2 y CH4. Destaca una bacteria (Zooglea) que forma agregados sobre la M.O. Sobre estos agregados se adhieren protozoos, hongos y bacterias filamentosas. Todos la van atacando y la mineralizan: aparecen sulfatos, nitratos, fosfatos, amoníaco, etc. Las bacterias anaerobias atacan las macromoléculas y las convierten en compuestos solubles que son convertidos en CO2 y metano, porque se actúan bacterias metanógenas.
El metano así formado se denomina también BIOGAS, que puede ser utilizado como combustible.
ELIMINACIÓN DE HIDROCARBUROS (degradación del petróleo)
Algunas cianobacterias, bacterias (Pseudomonas, Corynebacterium, micobacterias), levaduras y mohos pueden utilizar los hidrocarburos como fuente de carbono, es decir, como nutrientes. Algunas de ellas se han modificado genéticamente para conseguir aumentar su acción. Para que puedan hacerlo debe disponer de oxígeno suficiente, pH y que el petróleo este disgregado. Esta capacidad es aprovechada para luchar contra los derrames de crudo en el mar (mareas negras) o pérdidas en los oleoductos.
DEGRADACIÓN DE COMPUESTOS XENOBIÓTICOS
Compuestos xenobióticos son aquellos de origen industrial que no han existido anteriormente en la naturaleza, como los disolventes, plásticos, plaguicidas o incluso explosivos.
Los plaguicidas pueden ser herbicidas, fungicidas y insecticidas. Todos ellos se caracterizan por su difícil degradación por lo tanto permanecen en suelo y aguas durante mucho tiempo, con la consiguiente acumulación en los seres vivos (algunos son cancerígenos) y contaminación del suelo y aguas. El ejemplo típico es el DDT, sustancia prohibida en todo el mundo.
Se buscan bacterias que lo eliminen, como Desulfomile o Dehalobacter, que en condiciones anóxicas liberan los halógenos de los clorocarbonados, fluorados o bromados y originan compuestos menos tóxicos.
D.Biotecnología en procesos industriales: BT blanca
Producción de compuestos biodegradables. BIOPLÁSTICOS. Uno de los residuos más problemáticos son los plásticos, ya que no son biodegradables. Sólo unas bacterias (Alcaligenes eutrophus)pueden fabricar unos compuestos, los polibetahidroxialcanos (PHA) o bioplásticos. Son casi iguales que los plásticos basados en el petróleo. Tiene la ventaja de ser biodegradables y se ha fabricado envases con ellos.
EMPLEO DE ENZIMAS MICROBIANAS
Las enzimas son ampliamente utilizadas por la industria química (fabricación de detergentes), alimentaria (panadería, pastelería), industria textil y medicina. Al principio se obtenían de vegetales y animales pero ahora se obtienen a partir de microorganismos (hongos como Penicillium, Aspergillus, y Mucor, y algunas bacterias) seleccionando cepas superproductivas. Ejemplos: lipasas, amilasas, proteasas, renina, pectinasas, que son expulsadas al exterior por los microbios para degradar materia orgánica y aprovechar los productos de la digestión.
Algunos usos de estas enzimas son:
·Fabricación de detergentes biológicos, las proteasas bacterianas del detergente eliminan manchas de proteínas o en los detergentes lavavajillas para eliminar restos de comida proteica.
·Las proteasas se utilizan para hacer el cuero más flexible. Las amilasas se usan para degradar el almidón del la madera y obtener un producto más liso y suave.
·La renina microbiana ha sustituido desde 1965 a la de rumiantes para hacer queso. Además es más barata.
·Las protesas ayudan a recuperar la plata de la película fotográfica.
E.Procesos agroinductriales: BT verde
OBTENCIÓN DE PROTEÍNA UNICELULAR
Los propios microorganismos como levaduras, hongos, microalgas y cianobacterias se utilizan como alimento por su alto contenido en nutrientes (glúcidos, proteínas, vitaminas, minerales). Se utilizan tanto en alimentación humana como de animales.
Fue ideado en Alemania durante la P.G.M. para obtener proteínas para consumo humano, dada la enorme escasez de alimentos. A este producto alimenticio de origen microbiano se le denominó proteína microbiana o unicelular (S.C.P. o Single Cellular Protein) y se obtuvo de la levadura Saccharomyces cerevisiae. Se puede citar los siguientes productos SCP:
Las espirulinas (de la cianobacteria Spirulina) son ricas en aminoácidos esenciales, ácidos grasos poliinsaturados y vitaminas. Se consume en forma de polvo como complemento dietético en alimentación natural.
La levadura seca obtenida de la industria cervecera es alimento para animales y humanos, ya que aporta vitaminas B.
Del hongo Fusarium graminearium se obtiene un producto llamado Quorn rico en fibra y proteína, de muy alto valor nutritivo. De las microalgas Chlorella y Scenedesmus son consumidas en alimentación humana y animal y sustituye a otros alimentos como la soja, carne o huevos.
CONTROL MICROBIOLÓGICO DE PLAGAS
Los insecticidas tradicionales (químicos) utilizados en agricultura son muy peligrosos por que acumulan en los vegetales y a través de la cadena alimentaria pueden llegar al hombre. Por ello se pensó en utilizar métodos que respetaran el equilibrio de los ecosistemas.
Algunos microorganismos se utilizan como biocidas (bioinsecticidas) para luchar contra las plagas que atacan a los cultivos. Algunos atacan al adulto y otros a las larvas, otros producen proteínas tóxicas que los matan.
Por ejemplo, en los años sesenta se comercializó el Bioinsencticida Bt, obtenido de la bacteria Bacillus thurigiensis (Bt). Las esporas de esta bacteria contienen una proteína tóxica para muchos lepidópteros pero no afectan a otros insectos ni animales superiores.
También hay ensayos con las esporas del hongo Metharhizium flavoviride, que ataca a algunas especies de langostas. Las esporas forman el micelio, que entra en el cuerpo, segrega toxinas que le envenenan.
F.Biotecnología marrón: Procesos agroveterinarios
Comprende las aplicaciones la salud y producción intensiva de animales. Diagnóstico y tratamiento de enfermedades, mejora en la calidad de los productos de origen animal, entre otros.
La transgénesis es la modificación del ADN de células germinales de plantas o animales al introducirles ADN con unos genes determinados (de otro ser vivo, o creado por el hombre) que al fusionarse originan organismos transgénicos. Son organismos artificiales, en el sentido que tienen ADN extraño en su genoma. Es decir, un OMG es un ser vivo que lleva genes que no son suyos.
Estos OMG tienen interés comercial y médico. Con los transgénicos se mejora la producción (calidad de carne), resistencia a heladas, a plagas y enfermedades, se consigue que produzca frutos de mayor peso, etc. Además los animales transgénicos se utilizan como modelos para pacientes de nuevos enfermedades o para producir fármacos o proteínas de interés. Así se utilizan cerdos, vacas, cabras.
Plantas como OGM
Uno de los aspectos que más se ha investigado ha sido el de plantas resistentes a enfermedades y plagas, ya que ocasiona enorme pérdidas. Esto se ha conseguido por vacunas, por transferencia de genes de proteínas víricas o de hongos a células vegetales, al desarrollarse la planta es resistente al patógeno. Para introducir ADN en la planta se utiliza varias técnicas:
1.Transferencia directa sin vectores. Se utiliza electroporación, microinyección y liposomas.
2.Transferencia por vectores: normalmente la bacteria Agrobacterium tumefaciens. Esta bacteria produce en algunas plantas la enfermedad o tumor llamada “agalla de la corona” y posee un plásmido (Ti = inductor del tumor), que contiene los genes vir, responsable de su virulencia. Se pueden eliminar estos genes y sustituirlos por aquellos que queremos clonar. Esta cuando se reproduzca transmite sus caracteres a la descendencia., De esta manera podemos introducirlos de manera natural, aprovechando la capacidad infectiva de la bacteria.
Así se han obtenido:
·Arroz resistente a la salinidad y sequía. Se han introducido dos genes de E.coli, que permiten la síntesis de la trehalosa (disacárido) que confiere esta resistencia en el arroz basmati. Esto permitirá cultivar arroz (u otros cereales) en zonas donde la sequía o el tipo de suelo provoca hambrunas y muchas muertes por inanición.
·Plantas resistentes (tomates, patatas, algodón) a larvas de insectos, a bacterias o virus . La bacteria Bacillus thurigiensis produce una toxina (toxina Bt) que elimina muchos insectos. Se introduce en el genoma de la planta y ésta se vuelve resistente a dichos insectos.
·Plantas con mayor eficacia fotosintética, al introducirles genes de plantas C4
·Plantas resistentes a herbicidas (algunos algodones)
·Soja y colza modificados, que producen aceites con efectos no deseados.
·En los últimos años se han introducido genes que fabrican anticuerpos, interferón e incluso vacunas, de esta manera las vacuna va incluida en el alimento vegetal.
·Plantas con el gen nif de la nitrogenasa (de bacterias fijadoras de nitrógeno) lo que permitiría crecer sin abonos nitrogenados y aumentar la producción de proteínas espectacularmente.
·Maíz que resiste heladas, al incorporar genes de un pez que vive en aguas frías, otra variedad de maíz resiste plagas al incorporar genes de trigos resistentes o resistentes a herbicidas gracias a genes bacterianos.
·Hay variedades de trigo y arroz más nutritivos (arroz dorado, que fabrica vitamina A), o patatas que fabrican aminoácidos esenciales. Muy importante para solucionarlas la alimentación en países pobres.
·Tomates (variedad Flvar savr) que maduran más tarde, (lo que permite un transporte y conservación más largo),ya que se les han eliminado el gen que controla la maduración.
Animales como OGM
Los mayores avances con biotecnología se han hecho con peces (acuicultura), ya que tienen fecundación externa, lo que permite coger con facilidad óvulos y después introducir los genes clonados por microinyección. Hoy día hay unas 14 variedades de peces transgénicos que crecen a mayor ritmo que los normales. Se han obtenido carpas, lubinas, o salmones transgénicos, que crecen hasta un 40 % más de lo normal, gracias a un gen de la hormona del crecimiento de otras especies, como la trucha arco iris. Otro caso son los salmones transgénicos, que resisten mejor las bajas temperaturas gracias a un gen de una platija del Ártico. Dicho gen codifica una proteína anticongelante. Así se podría criar estos peces en aguas frías. Otros salmones, del Atlántico, necesitan la mitad de tiempo en crecer que los normales, gracias a la introducción de la hormona del crecimiento.
En mamíferos también hay ensayos, sobre todo con ratones, a los que se ha insertado el gen de la hormona del crecimiento (producen unas 800 veces más dicha hormona). Esto puede tener interés para la producción de carne. Respecto la ganadería tradicional tendría una ventaja como criarlas crecimiento sin utilizar hormonas de engorde. Hay también vacas transgénicas que producen fármacos en la leche (como algunas plantas).
Otra utilidad de estos animales transgénicos es servir como modelos para estudiar enfermedades humanas, como el cáncer. El primer ratón modificado genéticamente fue un “onco-ratón”, portador de genes oncogénicos humanos. Otra utilidad sería la de fuente de órganos para transplantes y fabricar proteínas humanas con función terapéutica, como el TPA (factor activador del plasminógeno) cuyo déficit origina fallos en la coagulación, o la alfa-antitripsina (AAT), unaproteína, producida por ovejas y que se utiliza en enfermos de enfisema pulmonar, de origen genético y mortal.
CONSIDERACIONES ÉTICAS SOBRE LA BIOTECNOLOGÍA
La Bioética es una disciplina que trata de armonizar los nuevos conocimientos de las ciencias biológicas y sus tecnologías, con los principios éticos y morales que rigen cualquier actividad humana y los derechos humanos. Por ello se han creado órganos que velan por el cumplimiento de dichos derechos. Destacan a nivel internacional el Consejo Internacional de Bioética de la UNESCO y el Comité Director para la Bioética en el Consejo de Europa. También hay otros a nivel nacional.
La manipulación genética genera problemas legales y éticos muy importantes. Desde el primer momento se abrían perspectivas ilimitadas: erradicación de múltiples enfermedades, producción de medicamentos baratos y asequibles para todo el mundo, aumento de la producción agrícola y ganadera, e incluso una idea catastrofista donde se crearían hombres a medida.
Frente los beneficios que aporta, también hay aspectos en contra:
·Sanitarios. Pueden aparecer nuevos patógenos que produzcan enfermedades nuevas, o bien que el remedio buscado tenga efectos secundarios.
·Ecológicos: Al liberar nuevos microorganismos en el ambiente para descontaminación puede provocar la desaparición de otras existentes, o ser fuente de nuevas contaminaciones.
·Socio-economicos. Aquellos países que dispongan de este tipo de tecnología tendrán mayores producciones agrícolas, ganaderos o industriales. Las diferencias entre países desarrollados y subdesarrollados aumentarán más.
·Éticos: El sondeo génico (test génicos) de compañías de seguras, selección de personal atentaría con los derechos de la persona a la intimidad. Una vez secuenciado el genoma humano, se abriría una puerta a la creación de razas perfectas =eugenesia. Esto es válido y admisibles si se hace con células somáticas, pero no si se hace en células germinales ya que se reprogramaría TODA la información de la persona. Esto ha sido recomendado por la Asamblea permanente del Consejo de Europa.
También existe gran preocupación por el uso inadecuado de esta información. Ej.: discriminación a la hora de solicitar un puesto de trabajo o una póliza de seguro, confidencialidad de los “datos genéticos” de cada persona, etc. (las pruebas deben ser voluntarias, confidenciales y no deben usarse con fines discriminatorios).
·Sanitarios. Pueden aparecer nuevos patógenos que produzcan enfermedades nuevas, o bien que el remedio buscado tenga efectos secundarios.
·Ecológicos: Al liberar nuevos microorganismos en el ambiente para descontaminación puede provocar la desaparición de otras existentes, o ser fuente de nuevas contaminaciones.
·Económicos. Aquellos países que dispongan de este tipo de tecnología tendrán mayores producciones agrícolas, ganaderos o industriales. Las diferencias entre países desarrollados y subdesarrollados aumentarán más.
·Sociales y éticos: También existe gran preocupación por el uso inadecuado de esta información, como el sondeo génico (test génicos) de compañías de seguras o la selección de personal atentaría con los derechos de la persona a la intimidad. Las pruebas deben ser voluntarias, confidenciales y no deben usarse con fines discriminatorios.
·Una vez secuenciado el genoma humano, se abriría una puerta a la creación de razas perfectas = eugenesia. Esto es válido y admisibles si se hace con células somáticas, pero no si se hace en células germinales ya que se reprogramaría TODA la información de la persona
·Hay que manipular el patrimonio genético de los organismos. ¿Hasta que punto se tiene derecho a hacerlo, especialmente si es del hombre?
·Algunas piden patentar los genes, para tener derechos en exclusiva para su explotación. ¿Y si se trata de genes humanos?
·También se ha planteado el enorme gasto económico que supone. Se ha calculado que se invertirán unos 3.000 millones de dólares. Algunos los acusan de que es mejor invertirlo en otros sectores.
