Conceptos Clave en Procesos Químicos y Biotecnología

Operación Unitaria

Etapa característica de un proceso químico que busca modificar fundamentalmente la composición mediante procesos físicos y fisicoquímicos.

Proceso Químico

Método de obtención de productos químicos.

Sistema

Conjunto de partes o elementos relacionados entre sí mediante una cadena de actividades que buscan alcanzar un objetivo planteado.

Introducción a la Biotecnología

¿Qué es la Biotecnología?

Se refiere a toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos.

Tipos de Biotecnología

Biotecnología Clásica

Empleo de organismos para la obtención de un producto útil para la industria.

Biotecnología Moderna

Es la que emplea las técnicas de ingeniería genética.

Ejemplos de Biotecnología Clásica

• Agricultura y ganadería: Selección de los mejores individuos para mejorar la especie y la producción.
• Industria alimentaria: Utilización de microorganismos para obtener alimentos.
• Industria farmacéutica: Utilización de microorganismos para obtener vacunas, sueros y antibióticos como la penicilina.

Ejemplos de Biotecnología Moderna

• Industria agrícola y ganadera: Desarrollo de cultivos que resistan plagas, sequías, bajas temperaturas, variaciones de salinidad, y que tengan mayor producción o produzcan sustancias como vitaminas o proteínas. Obtención de alimentos transgénicos.
• Medicina: Análisis genético, terapia génica, comparación del ADN.
• Medio ambiente: Biorremediación, utilizando microorganismos, hongos, plantas o enzimas para restaurar ambientes contaminados.

Evento Clave en la Historia de la Biotecnología

En 1973, Cohen y Boyer lograron cortar un gen de un organismo y transferirlo a otro, dando origen a la biotecnología moderna.

Clasificación de la Biotecnología por Colores

• Roja: Relacionada con la medicina y sus procesos.
• Azul: Exploración y utilización de recursos marinos o acuáticos para generar productos.
• Blanca: Diseño de procesos industriales más eficientes o menos contaminantes.
• Verde: Aplicaciones en la agricultura.

Líderes y Aplicaciones en Biotecnología

Principales Empresas de Biotecnología Roja

GILEAD SCIENCES, AMGEN, MERCK.

Ejemplos de Aplicaciones por Sector

• Salud humana: Obtención de nuevos fármacos, terapias génicas y celulares.
• Procesos industriales: Nuevos compuestos, combustibles y uso de organismos acuáticos.
• Aplicaciones ambientales: Biorremediación, biodegradación, biocombustión.
• Aplicaciones vegetales: Mejora genética de cultivos.

Posición de México en Biotecnología

• El Estado de México ocupa el 4to lugar a nivel nacional.
• Existen 614 programas de estudio relacionados con la biotecnología en el país.

Centros de Investigación en Biotecnología en México

CINVESTAV, UNAM, INMEGEN, IPN.

Países Líderes en Cultivos Transgénicos

Estados Unidos (63%), Argentina (21%), Canadá (6%).

Técnicas y Conceptos Avanzados en Biotecnología

Clonación

Proceso por el que se consiguen, de forma asexual, copias idénticas de un organismo, célula o molécula.

Tecnología del ADN Recombinante

Moléculas de ADN formadas mediante métodos de laboratorio (recombinación genética) para unir material genético de diversas fuentes, creando secuencias de ADN que no se encuentran de otra manera en el genoma.

Secuenciación Genética

Conjunto de métodos y técnicas bioquímicas para determinar el orden de los nucleótidos (A, C, G y T) en un oligonucleótido de ADN.

Bioinformática

Disciplina que aplica herramientas de la informática al estudio y gestión de datos biológicos.

Microarreglos

Herramienta de biología molecular con diversas aplicaciones, como medir la expresión génica o identificar mutaciones.

Historia y Organización de la Industria Biotecnológica

Primera Empresa Biotecnológica

Genentech Inc.

Estado con Mayor Número de Empresas Biotecnológicas en EE. UU.

California.

Diferencia entre Empresa Biotecnológica y Farmacéutica

Las compañías farmacéuticas generalmente no usan organismos vivos para producir sus productos, a diferencia de las empresas biotecnológicas.

Departamento Clave en una Empresa Biotecnológica

El departamento de Investigación y Desarrollo (I+D).

Herramientas Moleculares en Biotecnología

Plásmido

Pequeños fragmentos de ADN circular que pueden ser introducidos en bacterias y copiados junto con el cromosoma del huésped.

Gen

Unidad física básica de la herencia, que codifica para una proteína (o, en algunos casos, varias proteínas).

Enzimas de Restricción

Enzimas aisladas de bacterias que cortan el ADN en secuencias específicas. Son fundamentales para la tecnología del ADN recombinante.

Tipos de enzimas de restricción y sus cortes:

• Tipo I: Cortan lejos de la secuencia de reconocimiento.
• Tipo II: Cortan de 5-8 bases antes o después de la secuencia.
• Tipo III: Cortan dentro de la secuencia de reconocimiento.

Enzimas que Unen Fragmentos de ADN

ADN ligasa.

Aplicaciones Prácticas de la Ingeniería Genética

Producción de Insulina por Ingeniería Genética

1. Clonación de genes con la β-galactosidasa en el plásmido pBR322.
2. Amplificación de plásmidos recombinantes en E. coli.
3. Transformación bacteriana y reacción con metionina para producir insulina.

Transcripción Bacteriana (Operón Lactosa)

1. Activación del operón lac por un inductor (lactosa, alolactosa o IPTG).
2. Transcripción de genes estructurales dentro del operador O1.
3. Control de la transcripción según la presencia/ausencia de LacIp e inductor.
4. En ausencia de inductor, el represor lacI impide el acceso de la ARN polimerasa.
5. En presencia de inductor, este se une al represor, permitiendo la transcripción.

Mutaciones y Bioseguridad

Tipos de Mutación en el ADN

• Silenciosa: Sin efecto en la secuencia de aminoácidos.
• Sentido erróneo: Cambio en los aminoácidos codificados.
• Sin sentido: Crea un codón de parada.

Función de un Comité de Bioseguridad

Asegurar que las actividades con material biológico se realicen de forma segura, minimizando riesgos.

Transformación de Células Bacterianas y Selección Antibiótica (Selección Azul-Blanca)

1. Mezcla de bacterias preparadas con ADN.
2. Aplicación de choque térmico.
3. Colocación en placa con antibióticos para seleccionar bacterias con plásmido.
4. Muerte de bacterias sin plásmido.
5. Análisis de colonias para identificar el plásmido adecuado.
6. Crecimiento a mayor escala de la colonia seleccionada.

Técnicas de Inserción de Genes

Terapia de células somáticas, terapia de sustitución génica y electroporación.

Biotecnología Microbiana y sus Aplicaciones

Ejemplos de Biotecnología Microbiana

• Farmacéutica: Hormonas humanas, agentes antivirales y antitumorales.
• Alimenticia: Obtención de microorganismos indicadores, fortalecimiento del sistema inmune.
• Agricultura: Biofertilización, plantas modificadas.
• Biocombustibles: Producción a partir de plantas y celulosa.

Ejemplo de Nanobiotecnología Microbiana

Nanomedicina, nanosensores, nanopartículas.

Bioinformática Microbiana

Información rápida y precisa para la investigación.

Ejemplo de Uso de la Bioinformática Microbiana

Detección temprana de patógenos e identificación de proteínas de uso industrial.