Biotecnología: Historia, Avances y Aplicaciones

LA BIOTECNOLOGÍA

Es el uso de organismos vivos (plantas, animales o microorganismos) para producir y modificar productos o procesos destinados a usos específicos, como la producción de un fármaco o el tratamiento de aguas residuales mediante microorganismos.

Tipos de Biotecnología

Biotecnología Blanca

Se utilizan bacterias, hongos y levaduras como fábricas celulares o enzimas como motor para producir antibióticos, vitaminas, para la obtención de energía sostenible y la biorremediación.

Biotecnología Verde

Aplicada a los procesos agroalimentarios para generar cultivos de plantas con propiedades nuevas y un menor impacto ambiental.

Biotecnología Roja

En el mundo de la medicina, tiene como objeto desarrollar nuevos fármacos para combatir enfermedades, incluyendo las vacunas.

DESARROLLO DE LA BIOTECNOLOGÍA MODERNA

Cultivos de microorganismos
Cultivos celulares
Material genético

Avances en Cultivos de Microorganismos

Antonie van Leeuwenhoek observa por primera vez bacterias usando uno de los primeros microscopios de la historia. También determina que algunos microorganismos son patógenos. Robert Koch determina que la bacteria Mycobacterium tuberculosis es el agente causante de la tuberculosis y que el Bacillus anthracis es el causante del carbunco. Gracias a estos acontecimientos tenemos noticia de gran parte de la diversidad microbiana presente en los suelos y aguas de nuestro planeta. Hemos diferenciado los agentes inocuos de los patógenos. Nos beneficiamos de muchos, como por ejemplo Saccharomyces cerevisiae, responsable de las fermentaciones del pan, vino, cerveza… También hemos desarrollado antibióticos para combatir infecciones bacterianas y vacunas como sistemas de inmunización contra enfermedades víricas.

Avances en Cultivos Celulares

Primera línea de células humanas: células cancerosas llamadas células HeLa, en honor a la mujer a quien se extrajeron para analizarlas y que murió 8 meses después.
Fecundación in vitro: en 1978 nace la primera niña a través de la fecundación in vitro. Se consiguen extraer los óvulos de la madre, fecundarlos en el laboratorio y finalmente obtener embriones en medios de cultivo a partir de óvulos fecundados.
Células madre embrionarias: se pueden reproducir de manera indefinida y diferenciándose en una célula especializada de un tejido del organismo. Son las que construyen al embrión y son pluripotenciales.
Células madre adultas: son las células de un tejido adulto.

Avances del Material Genético

Mendel formula las bases de la herencia por la cual los rasgos característicos se transmiten de generación en generación por los factores hereditarios. A estos factores se les llaman genes y, por tanto, es la primera vez que se establece relación entre fenotipo y genotipo. También se demuestra que cada cromosoma tiene genes y cada especie tiene un número concreto de cromosomas.

Más adelante se descubre el ADN por James Watson y Francis Crick. Estos presentan la estructura de doble hélice de la molécula de ADN formada por dos cadenas complementarias.

En los años siguientes se confirman:

Que el ADN se mantiene y se copia mediante replicación.
La formación de proteínas usando como intermediario el ARN mensajero.
Mutaciones: son cambios en el material genético que pueden dar lugar a fenotipos diferentes y algunos de estos cambios son los responsables de las enfermedades genéticas.

INGENIERÍA GENÉTICA

Es la formación in vitro de una combinación nueva de material genético que se puede transferir a un organismo receptor.

1970: se descubren las enzimas de restricción, que son capaces de cortar el ADN por unos puntos concretos de la secuencia de nucleótidos.
1972: se consigue la primera molécula de ADN recombinante artificial.
1973: en la Universidad de California se aislaron genes individuales, los unieron en moléculas de ADN autoreplicativas y las introdujeron en células de otro microorganismo bacteriano. Así se demostró que el ADN se puede replicar.

La inserción de un ADN de interés se realiza por medio de un vector y el ADN recombinado del nuevo organismo se puede multiplicar, propagar y, si es necesario, se puede expresar.

Técnicas de Secuenciación y de Amplificación de ADN

Fred Sanger desarrolló el primer método rápido de secuenciación del ADN.

Kary Mullis desarrolló la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que permite replicar fragmentos concretos de ADN y realizar múltiples copias de ellos. Gracias a esto se puede amplificar millones de veces pequeñas cantidades de un fragmento de ADN. Después se inician hitos importantes como:

El primer fármaco de insulina.
El primer animal transgénico: el ratón que incorporaba varias copias del gen que codifica la hormona de crecimiento de la rata.
El primer cultivo transgénico: planta de tabaco que tolera herbicidas.
El primer alimento transgénico: el tomate.
Transferencia nuclear: se consiguió clonar el primer animal mediante la técnica de clonación. Uno de los embriones prosperó y dio lugar a la oveja Dolly.
Los primeros embriones humanos: 2004.
Los primeros genomas de diferentes organismos.
Genoma humano: se completa su secuencia. Los 3.000 millones de pares de bases del genoma del ser humano forman más de 50.000 genes repartidos entre los 23 pares de cromosomas que lo constituyen.

Alimentos obtenidos por procesos biotecnológicos

Alimentos vegetales y animales: son el resultado de procesos de selección que han tenido lugar a lo largo del tiempo para mejorar la productividad y la resistencia de nuevas variedades a las condiciones ambientales.
Alimentos fermentados por levaduras, moho o bacterias: todos estos microorganismos se consideran GRAS (generalmente reconocidos como seguros).
Alimentos transgénicos: aquel al cual se le ha añadido un gen de otro organismo o se le ha suprimido o modificado un gen propio.
Enzimas: en la industria alimentaria se usan para mantener la textura, apariencia o el valor nutritivo de un alimento, entre otros objetivos.
Los aditivos alimentarios: se obtienen mediante procesos biotecnológicos.

Alimentos transgénicos

Semillas: antes favorecían al productor y no al consumidor y ahora presentan beneficios para los dos porque algunos están enriquecidos en vitaminas, etc.
Hambre: se justifican los primeros alimentos para acabar con el hambre, pero el problema del hambre no es tanto en cantidad sino en la repartición.
Resistencia: en los primeros tenían marcadores de resistencia a antibióticos y se temía que esta resistencia pasara a las bacterias.
Alergia: existe temor de que la nueva proteína pueda causar alergia.
Riesgos: la transferencia de genes de una planta a otra puede causar riesgos.

BIOTECNOLOGÍA Y SALUD HUMANA

¿Qué sucede cuando esto lo aportamos al apartado humano? No hay duda de que pueden producirse muchos avances científicos y que sus repercusiones sociales, éticas y legales pueden ser muy numerosas y variadas.

Avances médicos

La reproducción asistida: son técnicas para embarazos en parejas que de otro modo no hubieran podido.
La inseminación artificial: depositar espermatozoides en el interior del útero.
La fecundación in vitro: unión en un laboratorio de un óvulo y un espermatozoide.
Proyecto Genoma Humano y avances en enfermedades genéticas: solo el 3% son genes que codifican proteínas, tenemos la mitad de genes que los que nos creíamos, muchos genes son comunes con los de las bacterias y otros organismos simples. El estudio de las secuencias genéticas nos permite entender mejor por qué una persona se encuentra bien y otra padece una enfermedad.
El avance de los diagnósticos: diagnosticar enfermedades genéticas de forma similar a una prueba de paternidad.
La llegada de la terapia génica: se suministran los propios genes para corregir los trastornos genéticos.
Clonación reproductiva y terapéutica:
- Clonación reproductiva: la obtención de embriones tiene la misión de clonar a un ser humano.
- Clonación terapéutica: la obtención de embriones tiene la finalidad de aislar células madre que sirvan para regenerar tejidos dañados o muertos de un enfermo.