Biotecnoloxía

A biotecnoloxía é a tecnoloxía baseada na bioloxía, especialmente usada en agricultura, farmacia, ciencia dos alimentos, ciencias forestais e medicina. Desenvólvese nun enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas e ciencias como bioloxía, bioquímica, xenética, viroloxía, agronomía, enxeñería, física, química, medicina e veterinaria entre outras. Ten gran repercusión na farmacia, a medicina, a microbioloxía, a ciencia dos alimentos, a minería e a agricultura entre outros campos.
Probablemente o primeiro que usou este termo foi o enxeñeiro húngaro Karl Ereki, en 1919, quen a introduciu no seu libro Biotechnologie der Fleisch-, Fett- und Milcherzeugung im landwirtschaftlichen Grossbetriebe (Biotecnoloxía na produción cárnica e láctea dunha grande explotación agropecuaria).
Segundo o Convenio sobre Diversidade Biolóxica de 1992, a biotecnoloxía podería definirse como "toda aplicación tecnolóxica que utilice sistemas biolóxicos e organismos vivos ou os seus derivados para a creación ou modificación de produtos ou procesos para usos específicos".
O Protocolo de Cartaxena sobre Seguridade da Biotecnoloxía do Convenio sobre a Diversidade Biolóxica define a biotecnoloxía moderna como a aplicación de: Técnicas in vitro de ácido nucleico, incluídos o ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante e a inxección directa de ácido nucleico en células ou orgánulos.
A fusión de células máis aló da familia taxonómica que superan as barreiras fisiolóxicas naturais da reprodución ou da recombinación e que non son técnicas utilizadas na reprodución e selección tradicional. Técnicas de enxeñaría xenética ou de ADN recombinante
Estas técnicas permiten manipular e modificar o xenoma dos organismos. Dicimos que un ADN é recombinante cando contén fragmentos de ADN de diferente procedencia. Existen unha serie de ferramentas que permiten modificar o ADN, como son as encimas de restrición e as ligasas.
O ADN pode ser cortado en fragmentos mediante as encimas de restrición. Estas encimas recoñecen secuencias específicas e cortan en lugares concretos. Ademais os fragmentos resultantes son cohesivos. As encimas, que son ADN ligasas, xuntan os fragmentos de ADN.
Os vectores xénicos traen o ADN recombinante desde unha célula dada a unha receptora. Hai de dous tipos:
-Plasmidios: son moléculas circulares que se autorreplican, introdúcense dentro das bacterias por un proceso denominado transformación.
-Virus bacteriófagos: Infectan as células e introducen o ADN recombinante.
Unha sección da biotecnoloxía é o uso directo de organismos para a produción de produtos orgánicos (algúns exemplos son a cervexa, os produtos lácteos). Actualmente as bacterias son empregadas na industria mineira na biolixivación. A biotecnoloxía tamén é empregada para a reciclaxe, tratamento de residuos, limpar as zonas contaminadas por actividades industriais (bioremediación), e para producir armamento biolóxico.
Hai tamén aplicacións da biotecnoloxía que non empregan organismos vivos. Os microchips de ADN usados nas análises xenéticas son un exemplo. Hai moitísimas producións que se fan con só a reacción das enzimas dos microorganismos.
A biotecnoloxía moderna está frecuentemente asociada co uso dos microorganismos xeneticamente modificados como a E. coli ou o lévedo Saccharomyces cerevisiae para a produción de substancias como a insulina ou os antibióticos. Tamén se pode referir aos animais transxénicos ou plantas transxénicas, como o millo. Células animais modificadas como as do ovario do Cricetulus griseuss (CHO), entre moitísimas outras, son altamente empregadas para os ensaios das industrias farmacéuticas. Actualmente abre expectativas o uso das plantas como bioreactores baratos.
A biotecnoloxía tamén está comunmente asociada coa procura de novas terapias e dispositivos de diagnóstico. Usos
A biotecnoloxía ten aplicacións en catro áreas industriais principais: saúde, produción de plantas e agricultura, usos non alimentarios de plantas e outros produtos (por exemplo: plástico biodegradable, aceite vexetal, biocombustible etc. ), e aplicalos no campo. Por exemplo, unha aplicación da biotecnoloxía é a utilización directa de organismos para a manufactura de produtos orgánicos, como a cervexa ou o leite. Outro exemplo é a utilización de bacterias na minaría como no caso da biolixiviación. A biotecnoloxía tamén ten aplicacións na reciclaxe, o tratamento dos residuos, a limpeza da contaminación orixinada polas actividades industriais (bioremediación), e tamén pode producir armas biolóxicas. Campos da biotecnoloxía
Hai un bo número de termos de argot para os subcampos da biotecnoloxía. Ademais, hai varios termos puntuais atribuídos ao seu estudo (biotecnoloxía animal, biotecnoloxía vexetal, biotecnoloxía microbiolóxica. .. ). Biotecnoloxía vermella: Biotecnoloxía aplicada aos procesos médicos. Algúns exemplos son os deseños de microorganismos dedicados a producir antibióticos e o deseño de curas xenéticas para enfermidades a través da terapia xénica ou celular.
Biotecnoloxía branca: Tamén coñecida como biotecnoloxía gris ou biotecnoloxía industrial é a biotecnoloxía aplicada aos procesos industriais. Un exemplo é o deseño dun organismo para producir un composto químico. Outro exemplo é a utilización de enzimas como catalizador industrial tanto para producir produtos químicos prezados ou para destruír produtos perigosos ou contaminantes. A biotecnoloxía branca tende a consumir menos en recursos que os procesos tradicionais cando é empregada para producir bens industriais.
Biotecnoloxía verde: É a biotecnoloxía aplicada aos procesos agrícolas. Un exemplo sería a selección e domesticación de plantas a través da micropropagación. Outro exemplo é o deseño dun organismo transxénico para crecer baixo condicións ambientais específicas ou en presenza (ou ausencia) de certas substancias químicas. É tarefa desta biotecnoloxía facer máis compatible a explotación agrícola e protexer e conservar o ambiente. Actualmente, hai moito debate ao redor de plantas transxénicas concretas relacionadas con este campo.
Bioinformática: É un campo interdisciplinario que intenta resolver problemas biolóxicos mediante técnicas computacionais facendo posible unha rápida organización e análise dos datos biolóxicos. Este campo tamén pode recibir o nome de bioloxía computacional, e que pode ser definida como a conceptualización da bioloxía en termos de moléculas e a aplicación de técnicas informáticas para entender e organizar a grande escala a información asociada con estas moléculas. A bioinformática ten un papel chave en varias áreas da análise de xenomas como a xenómica funcional, a xenómica estrutural ou a proteómica.
Bioenxeñaría: A enxeñaría biolóxica ou bioenxeñaría é unha rama da enxeñaría que se centra na biotecnoloxía e nas ciencias biolóxicas. Inclúe diferentes disciplinas, como a enxeñaría bioquímica, a enxeñaría biomédica, a enxeñaría de procesos biolóxicos, a enxeñaría de biosistemas etc. Trátase dun enfoque integrado dos fundamentos das ciencias biolóxicas e os principios tradicionais da enxeñaría. Os bioenxeñeiros a miúdo traballan escalando procesos biolóxicos de laboratorio a tamaños de produción industrial. Doutra banda, a miúdo atenden problemas de xestión, económicos e xurídicos. Hai un crecente número de empresas de biotecnoloxía e moitas universidades de todo o mundo proporcionan programas en bioenxeñaría e biotecnoloxía de forma independente.
Bioremediación e biodegradación: A bioremediación é o proceso polo cal son utilizados microorganismos para limpar un lugar contaminado. Os procesos biolóxicos teñen un papel importante na eliminación de contaminantes e a biotecnoloxía aproveita a versatilidade de catabolismo dos microorganismos para degradar e converter estes compostos. No ámbito da microbioloxía ambiental, os estudos baseados no xenoma abren novos campos de procura in silico ampliando o panorama das redes metabólicas e a súa regulación, así como pistas sobre as vías moleculares dos procesos de degradación e as estratexias de adaptación ás cambiantes condicións ambientais. Os enfoques da xenómica funcional e metaxenómicas aumentan a comprensión das diferentes vías de regulación e das redes de fluxo do carbono en ambientes non habituais e por compostos particulares, que sen dúbida aceleran o desenvolvemento de tecnoloxías de bioremediación e os procesos de biotransformación. As contornas mariñas son especialmente vulnerables, posto que os derramamentos de petróleo en rexións costeiras e en mar aberto son difíciles de conter e os seus danos difíciles de mitigar. Ademais da contaminación a través das actividades humanas, millóns de toneladas de petróleo entran nos ecosistemas mariños a través de filtracións naturais. Todo e a súa toxicidade, unha considerable fracción do petróleo que entra nos sistemas mariños elimínase pola actividade de degradación de hidrocarburos levada a cabo por comunidades microbianas, en particular, polas chamadas bacterias hidrocarbonoclásticas (HCB). Ademais varios microorganismos como Pseudomonas, Flavobacterium, Arthrobacter e Azotobacter poden ser utilizados para degradar petróleo. O derramamento do barco petroleiro Exxon Valdez en Alasca en 1989 foi o primeiro caso en que se utilizou bioremediación a grande escala de maneira exitosa, estimulando a poboación bacteriana proporcionando nitróxeno e fósforo que eran os limitantes do medio.
O termo biotecnoloxía azul foi tamén empregado para describir as aplicacións mariñas e acuáticas da biotecnoloxía, pero o seu uso é relativamente estraño.
Ao investimento e o gasto económico en todos estes tipos de aplicacións da biotecnoloxía foille aplicado o termo de bioeconomía. Vantaxes e riscos
Vantaxes
Entre as principais vantaxes da biotecnoloxía están: Rendemento superior. Mediante os OGM o rendemento dos cultivos aumenta, producindo máis alimento con menos recursos, diminuíndo as colleitas perdidas por enfermidade ou pragas así como por factores ambientais.
Redución de pesticidas. Cada vez que un OGM é modificado para resistir unha determinada praga está a contribuír a reducir o uso dos praguicidas asociados á mesma que adoitan ser causantes de grandes danos ambientais e á saúde.
Mellora na nutrición. Pódese chegar a introducir vitaminas e proteínas adicionais en alimentos así como reducir os alérxenos e toxinas naturais. Tamén se pode tentar cultivar en condicións extremas o que auxiliaría nos países que teñen menos disposición de alimentos.
Mellora no desenvolvemento de novos materiais.
Impacto nos ecosistemas
Entre os posibles impactos nos ecosistemas hai que sinalar a posibilidade da polinización cruzada, por medio da cal o pole dos cultivos xeneticamente modificados (GM) difúndese a cultivos non GM en campos próximos, polo que poden dispersar certas características como resistencia aos herbicidas de plantas GM a aquelas que non son GM. Isto podería dar lugar, por exemplo, ao desenvolvemento de maleza máis agresiva ou de parentes silvestres con maior resistencia ás enfermidades ou ao estrés abióticos, trastornando o equilibrio do ecosistema.
Outros impacto sobre dos ecosistemas é o uso de cultivos modificados xeneticamente con xenes que produzan toxinas insecticidas, como o xene do Bacillus thuringiensis. Isto pode facer que se desenvolvan unha resistencia ao xene en poboacións de insectos expostas a cultivos GM. [Cómpre referencia] Tamén pode haber risco para especies que non son o obxectivo, como aves, bolboretas e outros insectos, por plantas con xenes insecticidas.
Tamén se pode perder Modelo: Biodiversidade, por exemplo, como consecuencia do desprazamento de cultivos tradicionais por un pequeno número de cultivos modificados xeneticamente.
Riscos para a saúde
Hai riscos de transferir toxinas dunha forma de vida a outra, de crear novas toxinas ou de transferir compostos alerxénicos dunha especie a outra, o que podería dar lugar a reaccións alérxicas imprevistas.
Hai o risco de que bacterias e virus modificados escapen dos laboratorios de alta seguridade e infecten á poboación humana ou animal.
Os axentes biolóxicos clasifícanse, en función do risco de infección, en catro grupos: Axente biolóxico do grupo 1: Aquel que resulta pouco probable que cause unha enfermidade no home.
Axente biolóxico do grupo 2: Aquel que pode causar unha enfermidade no home e pode supor un perigo para os traballadores, sendo pouco probable que se propague á colectividade e existindo xeralmente profilaxe ou tratamento eficaz.
Axente biolóxico do grupo 3: Aquel que pode causar unha enfermidade grave no home e presenta un serio perigo para os traballadores, con risco de que se propague á colectividade e existindo xeralmente unha profilaxe ou tratamento eficaz.
Axente biolóxico do grupo 4: Aquel que causando unha enfermidade grave no home supón un serio perigo para os traballadores, con moitas probabilidades de que se propague á colectividade e sen que exista xeralmente unha profilaxe ou un tratamento eficaz.
Preocupacións éticas e sociais
Os adiantos en xenética e o desenvolvemento do Proxecto Xenoma Humano, en conxunción coas tecnoloxías reprodutivas, suscitaron preocupacións de carácter ético sobre as cales aínda non hai consenso. Reprodución asistida do ser humano. Estatuto ético do embrión e do feto. Dereito individual a procrear.
Sondaxes xenéticas e as súas posibles aplicacións discriminatorias: dereitos á intimidade xenética e a non saber predisposicións a enfermidades incurables.
Modificación do xenoma humano para "mellorar" a natureza humana.
Clonación e o concepto de singularidade individual ante o dereito a non ser produto do deseño doutros.
Cuestións derivadas do mercantilismo da vida (p. ex. , Patentes biotecnolóxicas) e a posibilidade de que corporacións patenten a vida de seres humanos, é dicir, que as empresas desenvolvedoras, sexan "propietarias" de persoas a quen reproduciron mediante o uso da biotecnoloxía.
Recoñecendo que os problemas éticos suscitados polos rápidos adiantos da ciencia e das súas aplicacións tecnolóxicas teñen que se examinar tendo en conta non só o respecto debido á dignidade humana, senón tamén a observancia dos dereitos humanos, a Conferencia Xeral da UNESCO aprobou en outubro de 2005 a Declaración Universal sobre Bioética e Dereitos Humanos. Historia
A biotecnoloxía non se limita ás aplicacións médicas e de saúde (a diferenza da Enxeñaría Biomédica, que inclúe a maior parte da biotecnoloxía). Aínda que normalmente non se identifica coa biotecnoloxía, a agricultura claramente encaixa na definición de "utilizar sistemas biotecnolóxicos para fabricar produtos" de tal maneira que o cultivo de plantas pode ser visto como a primeira empresa biotecnolóxica. Teorizouse que a agricultura se converteu na forma dominante de produción de alimentos desde a Revolución Neolítica. Os procesos e métodos da agricultura foron refinados por outras ciencias mecánicas e biolóxicas desde a súa creación. A través da biotecnoloxía temperá, os agricultores foron capaces de seleccionar as mellores colleitas, cos rendementos máis altos, para producir alimentos suficientes para manter unha poboación en crecemento. Outros usos da biotecnoloxía requiríronse porque cultivos e campos volvéronse cada vez máis grandes e difíciles de manter. Organismos específicos e específicos por produto, utilizáronse para fertilizar, fixar nitróxeno, e o control das pragas. A través do uso da agricultura, os agricultores alteraron inadvertidamente a xenética dos seus cultivos mediante a introdución en novas contornas e alimentando con outras plantas, unha das primeiras formas da biotecnoloxía. Algunhas culturas como as de Mesopotamia, Exipto e a India desenvolveron o proceso de elaboración da cervexa. Realízase co mesmo método básico da utilización de grans malteados (que contén encimas) para converter o amidón dos grans en azucre e despois engadindo lévedos específicos para producir cervexa. Neste proceso os carbohidratos nos grans descompóñense en alcois, por exemplo etanol. Máis tarde, outras culturas produciron o proceso da fermentación láctea, que permite a fermentación e a conservación doutras formas de alimentación. A fermentación utilízase tamén nesta época para producir pan con fermento. Aínda que o proceso de fermentación non foi entendido de todo ata o traballo de Pasteur en 1857, segue sendo o primeiro uso da biotecnoloxía para converter unha fonte de alimento noutra forma.
Durante miles de anos, os seres humanos utilizaron métodos de selección para mellorar a produción de cultivos e gando para usalos como alimento. Na cría selectiva, os organismos con características desexables sepáranse para producir descendencia coas mesmas características. Por exemplo, esta técnica utilizouse co millo para producir cultivos máis grandes e un alimento máis doce.
A comezos do século XX os científicos conseguiron unha maior comprensión da microbioloxía e exploraron formas de fabricar produtos específicos. En 1917, Chaim Weizmann utilizou por primeira vez un cultivo microbiolóxico pura nun proceso industrial, o da fabricación de amidón de millo con Clostridium acetobutylicum, para producir acetona, que o Reino Unido necesitaba desesperadamente para a fabricación de explosivos na primeira guerra mundial.
A biotecnoloxía tamén conduciu ao desenvolvemento dos antibióticos. En 1928, Alexander Fleming descubriu a cepa do Penicillium. O seu traballo conduciu á purificación do antibiótico por Howard Florey, Ernst Boris Chain e Norman Heatley obtendo a penicilina. En 1940, a penicilina chegou a estar dispoñible para uso medicinal para tratar infeccións bacterianas en humanos.
O campo da biotecnoloxía moderna pénsase que en gran medida empezou o 16 de xuño de 1980, cando o Tribunal Supremo dos Estados Unidos ditaminou que un microorganismo xeneticamente modificado podía ser patentado no caso de Diamond contra Chakrabarty. Ananda Chakrabarty, de orixe india, e que traballaba para General Electric, desenvolvera unha bacteria (derivada do xénero Pseudomonas) capaz de degradar petróleo cru, que se propuxo utilizar no tratamento dos derramamentos de petróleo.
O que hoxe se coñece como enxeñaría xenética ou ADN recombinante, foi parte do achado de 1970 feito por Hamilton Smith e Daniel Nathans do enzima (restrictasa) capaz de recoñecer e cortar o ADN en secuencias específicas, achado que lles valeu o Premio Nobel de Fisioloxía ou Medicina, compartido con Werner Arber, en 1978. Este descubrimento (consecuencia dun achado accidental) deu orixe ao desenvolvemento do que hoxe se coñece como Enxeñaría xenética ou Biotecnoloxía, que permite clonar calquera xene dun virus, microorganismo, célula de planta ou de animal.
Hoxe en día, a moderna biotecnoloxía é frecuentemente asociada co uso de microorganismos alterados xeneticamente como o Escherichia coli ou os lévedos para producir substancias como a insulina ou algúns antibióticos.
O lanzamento comercial de insulina recombinada para humanos en 1982 marcou un fito na evolución da biotecnoloxía moderna.
A biotecnoloxía atopa as súas raíces na bioloxía molecular, un campo de estudos que evoluciona rapidamente nos anos 1970, dando orixe á primeira compañía de biotecnoloxía, Genentech Inc. , en 1976.
Desde a década de 1970 ata a actualidade, a lista de compañías biotecnolóxicas aumentou e tivo importantes éxitos ao desenvolver novos medicamentos. Na actualidade existen máis de 4. 000 compañías que se concentran en Europa, Norteamérica e Asia-Pacífico. A biotecnoloxía naceu en Norteamérica a finais dos 70, Europa incorporouse ao seu desenvolvemento nos anos 1990.
Tradicionalmente as empresas biotecnolóxicas tiveron que asociarse con farmacéuticas para obter fondos de financiamento, credibilidade e posición estratéxica. Con todo, nos últimos anos intensificouse a procura do seu propio rumbo. Unha proba disto é o aumento de asociacións entre empresas biotecnolóxicas excedendo o número de asociacións entre empresas biotecnolóxicas con empresas farmacéuticas.
Principais fitos
Idade de bronce - babilonios e exipcios melloran as razas de cereais por selección artificial. Tamén se empeza a crear cervexa, viño e pan.
4000 aC - os chineses empezan a producir produtos parecidos ao queixo e o iogur
1683 - Anton van Leeuwenhoek descobre os microorganismos
1796 - Edward Jenner crea a primeira vacina
1856 - Gregor Mendel descobre as leis da herdanza
1885 - Louis Pasteur cultiva bacterias co fin de usalas para vacinas. Tamén refuta a teoría da xeración espontánea e demostra a importancia dos inóculos nos procesos biotecnolóxicos de fermentación.
1919 - Karl Ereky, un enxeñeiro húngaro usa o termo biotecnoloxía
1953 - James D. Watson e Francis Crick describen a estrutura do ADN
1975 - Kohler e Milstein desenvolven o método de produción de anticorpos monoclonais
1980 - uso dunha cepa recombinante de E. coli para a produción de insulina
1992 - A Food Drug Administration (FDA), unha institución pública norteamericana, aproba os alimentos transxénicos producidos por Calgene. É a primeira vez que se autorizan alimentos transxénicos nos Estados Unidos
2000 - Primeiro borrador do xenoma humano
2004 - A ONU e o Goberno Chileno organizan o Primeiro Foro Global de Biotecnoloxía, na cidade de Concepción, Chile. (2 ao 5 de marzo).