Aplicaciones de la Biotecnología Moderna: Historia y Evolución

La Biotecnología tiene aplicación en muchas áreas: en la elaboración de alimentos y bebidas, en la fabricación de fármacos y sustancias de acción terapéutica, en la mejora de animales domésticos y de plantas cultivadas, en la prevención y curación de enfermedades por vía genética, en el control de la contaminación ambiental e, incluso, en la producción de formas de energía no contaminantes.

Actualmente, se lograron avances importantes en todas estas áreas, en especial en el diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades.

Pero, ¿qué es la Biotecnología? Para entender su campo de estudio y aplicación, piensen en la frase siguiente: "¿Quién se molestará en fabricar un compuesto químico cuando puede hacerlo un microbio?"

En 1929, el genetista inglés John Burdon Haldane (1892-1964), quien había desarrollado las primeras técnicas para medir el encadenamiento de los genes, sintetizó con esa frase el concepto de lo que hoy se denomina Biotecnología.

La Biotecnología puede definirse como la disciplina que trata de la utilización de organismos vivos -y de las sustancias que estos organismos producen- en los procesos industriales.

Se pueden distinguir dos modos de aplicación de las técnicas biotecnológicas, las cuales se relacionan con dos etapas históricas de su desarrollo:

a) la Biotecnología tradicional o clásica, que busca la manera de mejorar el rendimiento a partir de la selección de organismos y de los medios de producción; por ejemplo, en el cultivo de champiñones, en la producción de cerveza, de vino y de alimentos lácteos, etcétera;

b) la Biotecnología moderna, que trabaja en estrecha relación con las técnicas de la Ingeniería genética (disciplina que se basa en la manipulación del maternal genético), que permite la transferencia de genes de un organismo a otro, con el fin de obtener productos o de mejorar su rendimiento, y que se aplica especialmente en la fabricación de fármacos y en las terapias génicas.

BIOTECNOLOGIA MODERNA
PRINCIPALES BIOFÁRMACOS EN EL MERCADO ACTUAL

Producto Empresa (Laboratorio) Indicación Año Salida a Venta

HEMODERIVADOS Kogenate (rFactorVIII) Genentech-Miles Hemofilia A 1992

TROMBOLÍTICOS Activase (rTPA) Genentech Infarto agudo 1987

HORMONAS EH Lilly Diabetes mellitus 1982
Humulin (rh Insulina)

ERITROPOYETINA (EPO)
Epogen (rh EPO) Amgen-J&J Anemia 1989

INTERFERONES
Roferón A (rh IFN alfa2a) Roche Oncología 1986
(tricoleucemla)
Intrón A (rh IFN alfa2b) Schering Plough Oncología 1986
(tricoleucemia)

VACUNAS
Recombivax HB Merck &Co. Hepatitis B 1986
Gardasil y Cervarix Glaxo SK y Merck Cáncer cervical 2007
por Papilloma virus

FACTORES
Neupogén (rh G-CSF) Amgen Inmunodeficiencia 1991

AcMc OKT3 Ortho Biotech Trasplantes (evita rechazo) 1986
Herceptín Genentech Cáncer de mama 1999
metastásico

CD30 Seattle Genetics inc. Linfoma de Hodgkin 2011

Inmunoglobulina Rare Disease Therap. Picadura de escorpión 2011
Antiveneno

HISTORIA BIOTECNOLOGIA: La técnica de la fermentación, en la cual microorganismos, como por ejemplo la levadura, convierten materias primas en productos útiles, se conoce desde los tiempos más remotos. A mediados del siglo XIX ya se producía alcohol industrial por fermentación, casi de la misma forma que la cerveza o el vino.

Y en la década de los 70, cuando el precio del petróleo crudo subió, el alcohol producido de esta forma pudo competir en algunas circunstancias con el "oro negro". En Estados Unidos y Brasil se han construido grandes fábricas de fermentación para convertir en combustible materias vegetales, como el maíz.

La biotecnología moderna tiene sus orígenes desde hace al menos de cuarenta años, aunque tal vez haya comenzado a gestarse en el momento en que Watson y Crick describieron la estructura del ADN y, más audaces aún, arriesgaron hipótesis sobre cómo se duplicarían nuestras células o las de todo organismo vivo. Muchos años después, en 2005, Watson declaró: "En 1953, con F. Crick, creíamos que estábamos contribuyendo a una mejor comprensión de la realidad. No sabíamos que estábamos contribuyendo a su transformación".

Esta joven tecnología se basa en "manejar" la información genética (IG), es decir, se puede tomar un fragmento de ADN (gen) de los cromosomas de un organismo, eligiendo el que tiene los datos para fabricar una determinada proteína (por ejemplo, insulina humana), y colocarlo en otra especie (bacterias, levaduras, células vegetales, etc.) para reproducirlo y obtener dicha proteína y, fundamentalmente, producirla de manera industrial. "Manejar" la IG, además, significa controlar que un gen no funcione o que funcione, se "exprese" o no se "exprese".

Explicación breve: La información genética que poseen los seres vivos está contenida en las moléculas del ácido desoxirribonucleico (ADN) (material de los cromosomas que están en el núcleo de cada célula).

Las moléculas de ADN están formadas por una doble cadena de subunidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido consta de un grupo fosfato, un azúcar (deso-xirribosa) y ademas uno de los cuatro grupos químicos denominados bases nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Timina (T) y Citosina (C), la secuencia de los cuales siendo la que determina la información.

Esta información está organizada en unidades discretas denominadas genes, consistentes en un segmento de ADN que contiene una información concreta, transcrita en una molécula de ácido ribonucleico (ARN) -en la mayoría de los casos de ARN mensajero-, que, posteriormente, se traducirá en una proteína. Cada especie contiene en todas sus células un conjunto de genes, característicos de especie, que se encuentran distribuidos en una, pocas o en algunos casos muchas moléculas de ADN denominadas cromosomas. Desde el año 1953 en que J. Watson y F. Crick describieron la estructura molecular del ADN, los biólogos moleculares han ido, paulatinamente, poniendo a punto técnicas que posibilitan la manipulación de los genes.

El objeto de estas manipulaciones era, por un lado, obtener genes purificados por aislamiento bien a partir de los cromosomas, bien por síntesis "in vitro", y, por otro, introducir estos genes en células receptoras, con lo que se consigue que se expresen, o sea, que funcionen de modo que se transcriban dando lugar al ARN correspondiente, y se sintetice así la proteína codificada por el gen introducido.

En definitiva, lo que se pretende es que las células receptoras adquieran propiedades genéticas que antes no poseían.

El conjunto de los trabajos destinados a lograr dichos objetivos constituye el campo de la ingeniería genética.

PRIMERAS APLICACIONES: Desde la época de Pasteur y, más cercanamente, a partir de la producción industrial de antibióticos y vacunas, se habla de "producciones biológicas" o "microbiología industrial" (fermentaciones para producir alimentos y bebidas, por ejemplo).

Sus productos y sus tecnologías no son para nada despreciables: pensemos en las vacunas contra el sarampión, la poliomielitis o la meningitis; en todos los antibióticos que usamos; las gamma globulinas en general y las específicas (antiRh, antihepatitis, etc.); los diagnósticos para detectar portadores del virus del sida o de la enfermedad de Chagas u otras enfermedades infecciosas, o los test de embarazo.

No sólo son de gran utilidad médica, sino que permitieron crear una muy fuerte industria biológico-farmacéutica.

Mediante la fermentación se puede producir también cierto número de ácidos. El vinagre (ácido acético diluido) es uno de los ejemplos más importantes.

El ácido cítrico, muy usado en comidas y bebidas, se producía originariamente a partir de frutas cítricas, hasta que dominó el mercado un proceso de fermentación desarrollado por la compañía estadounidense Pfizer en la década de los 20. Pfizer todavía produce la mitad de las 250.000 toneladas de ácido cítrico que se utilizan anualmente.

Otros productos químicos que se pueden fabricar mediante la fermentación son la glicerina, la acetona y el glicol de propileno.

La fermentación ha demostrado también su utilidad en la industria farmacológica. Tras el descubrimiento del antibiótico de la penicilina en 1928 ), durante la década de los 40 se desarrollaron métodos de fermentación a gran escala para producir el fármaco comercialmente.

En la actualidad, se fabrica de esta forma un gran número de medicamentos, así como otros productos bioquímicos; por ejemplo, enzimas (catalizadores bioquímicos), alcaloides, péptidos y proteínas.

La técnica de la ingeniería genética ha aumentado de forma considerable la gama de productos posibles.

Alterando la estructura genética de un microorganismo se le puede obligar a producir una proteína muy distinta de la que produciría naturalmente.

Por ejemplo, si la parte corta del ADN responsable de la producción de la hormona del crecimiento en los humanos, se inserta en células de cierta bacteria, la bacteria producirá la hormona humana mientras crece.

Y entonces estará en condiciones de ser extraída y utilizada para tratar a niños que de otro modo no crecerían correctamente. Los mismos métodos se pueden emplear con objeto de producir insulina para diabéticos. También las ovejas han sido tratadas genéticamente para que produzcan en su leche un agente coagulante para la sangre humana.

El Lic. Alberto Diaz dice en su libro "Biotecnología por todos lados"

"La genética es el estudio de la herencia y sus mecanismos; fue utilizada de manera empírica a lo largo de la historia para obtener mejores "razas" de animales y variedades vegetales para la alimentación humana. Pero desde la década de 1950 las investigaciones en ciencias de la vida fueron muy intensas y llegaron a desentrañar los mecanismos moleculares de replicación o duplicación de macromoléculas, y a determinar estructuras de proteíñas, sus biosíntesis y el código genético, lo que llevó a entender y poder dominar la información genética.

Con estos antecedentes, el nacimiento de la ingeniería genética, a principios de la década de 1970, permitió transferir "genes" (información genética contenida en una secuencia de moléculas químicas perfectamente conocidas) de una especie a otra, sobre lodo a bacterias, pero también a células animales y plantas, para ser usados en la fabricación de nuevos productos para la salud 0 la alimentación, o en nuevos materiales, lo que sentó las bases de una nueva industria."

La importancia de esta tecnología es que permite modificar : nanismos, células o tejidos insertando o sacando los genes que se desea usar. Como los genes tienen la información para las diversas proteínas que se encuentran en las células, es posible hacer que un organismo seleccionado produzca una determinaba proteína o metabolito (molécula) y que adquiera una característica deseada.

Si se compara la manipulación genética que los criadores de animales y de plantas vienen realizando desde hace miles de años, la diferencia más importante que esa modificación tiene con la ingeniería genética es que esta última permite el pasaje de genes específicos (los que se han seleccionado) en menor tiempo y, también, posibilita la transmisión de información de una especie a otra (inserción de genes de microorganismos en plantas, de humanos en animales, de humanos en bacterias, etc.). Básicamente, esta última característica es la que hace que sea tan apreciada por algunos y muy rechazada por otros."

El primer biofármaco (es decir un fármaco biológico fabricado por la biotecnología) que llegó a venderse en los mercados internacionales fue la insulina humana.. Las novedades que trajo la tecnología del ADNr para su uso en la industria farmacéutica se pueden ver en el cuadro de abajo que con adaptaciones, se aplica al resto de los sectores productivos.

Logros e importancia industrial y científica de la biotecnología

• • Fabricar proteínas humanas para usar como medicamentos.

• • Fabricar proteínas humanas a escala industrial; para ello, sólo se requiere contar con las estructuras industriales indispensables y con la bacteria (o célula u organismo) que contenga el gen necesario.

• • Fabricar proteínas humanas con medianos o bajos costos de producción.

• • Seguridad y/o bioseguridad en la elaboración, es decir, que esté libre de contaminantes (virus, priones).

• • Recursos humanos: gente educada (no sólo que no Insulte) y formada en estas nuevas tecnología.

• Facilita la Investigación blomédica con las nuevas moléculas (interleuqulnas, células madre, eritropoyetina, AcMc, receptores celulares, etc.).

"La insulina es utilizada para el tratamiento de la diabetes desde hace unos ochenta años, pero hasta 1982 se la fabricaba a partir del páncreas de los cerdos y de los bovinos (cosa que se sigue haciendo y no está nada mal).

Sería maravilloso poder producir insulina humana en cantidades que no dependieran de la existencia de cabezas de ganado con que cuente un país, con la ventaja de que, al ser humana (la misma especie), la resistencia a los tratamientos será muy baja o inexistente, a lo que se agrega que se trata de un producto más seguro, ya que no se introduce el riesgo de un posible virus o partícula infecciosa animal.

Hoy en día cualquier biólogo puede poner un gen heterólogo (de otra especie) en una bacteria o en células animales o vegetales y fabricar un "transgénico" que podrá producir insulina u otra proteína para tratamientos terapéuticos o para estudios e investigaciones.

También, obtener proteínas que sirvan para vacunar o para generar enzimas destinadas a fabricar mejores jabones para la limpieza de la ropa o de la vajilla. Pero, en verdad, ¿cualquier biólogo puede hacerlo?

Una cosa es hacer un experimento en el laboratorio de enseñanza o de investigación y otra es hacer un medicamento a escala industrial y venderlo en todo el país.

Para que esto fuera exitoso se necesitó una colaboración muy estrecha entre universidades y nuevas empresas de biotecnoloría, las cuales luego tuvieron que negociar con las grandes productoras y comercializadoras de medicamentos, la gran industria irmacéutica internacional. Hoy ese modelo sigue funcionando riendo exitoso también en la Argentina."

ETICA DE LA MANIPULACIÓN GENÉTICA
Problemas Actuales

En la actualidad, el sector comercial (dedicado a la producciónde aliemntos) se ha convertido en el motor del desarrollo de las ciencias aplicadas. Muchas empresas han aportado grandes sumas de capital para financiar proyectos de investigación cuyos resultados pueden proporcionarles beneficios nada desdeñables.

Nos guste o no, éste es el sistema actual y la agricultura no es ajena a la situación. Algunas compañías especializadas en la comercialización de semillas, abonos y demás productos agrícolas han debido enfrentarse a agresivas campañas contra la introducción de variedades modificadas genéticamente.

Una de las más importantes, Monsanto, ha sufrido los ataques de numerosos grupos de activistas que han llegado a destruir campos de cultivo experimentales.

El problema, pese a lo que pueda parecer a simple vista, no es nuevo: hace casi dos siglos, en 1815, un grupo de trabajadores textiles ingleses, capitaneados por un tal Ned Ludd, entraron por la fuerza en una fábrica para destruir los telares mecánicos que acababan de instalarse.

El triste suceso dio lugar a una corriente de pensamiento contraria al desarrollo tecnológico que, en homenaje a su primer héroe, se llamó ludismo, por lo que aquellos que se oponen a la aplicaión de la biotecnología, le llama: bioludista. Como puede verse, las nuevas tecnologías no siempre son aceptadas de buen grado.

Manipulación genética:

En rigor, ¿qué debe tenerse en cuenta a la hora de hablar de alimentos modificados genéticamente?.

Para empezar, se debe partir del hecho que, desde el origen de la agricultura, el ser humano a intentado obtener mejores variedades mediante procedimientos de selección y cruce que, sin saberlo, entrañaban importantes cambios en la estructura genética de las especies.

En la actualidad, las técnicas empleadas, por muy artificiales que puedan parecer, son tan naturales como las antiguas -aunque un poco más sofisticadas-, si bien permiten obtener resultados con mayor rapidez y seguridad.

Las nuevas técnicas de manipulación genética pueden acelerar el proceso y eliminar en buena parte el azar, lo cual redunda en una selección mucho más cuidadosa de los rasgos que se desean potenciar. Aun así, el producto final -sea fruta, verdura, legumbre o grano- no guardará demasiadas diferencias en comparación con otras variedades obtenidas por procedimientos tradicionales.

A lo largo de varios siglos, granjeros y agricultores han recurrido a la selección y el cruce para mejorar las características de las plan-las. La naturaleza evoluciona con una enorme lentitud: los cambios se desarrollan a lo largo de millones de años y el ser humano no po-día permitirse aguardar tanto tiempo.

La configuración de un fenotipo determinado altera el genoma de una planta, a la que se obliga a evolucionar en una dirección concreta. Una tarea de estas características depende en buena parte de la capacidad del granjero o el agricultor, quien debe escoger los mejores ejemplares y mantenerlos en un entorno favorable para que se reproduzcan de manera satisfactoria.

Por desgracia, no siempre se obtienen li is resultados deseados y a menudo, la introducción de nuevas carac-lerísticas en una variedad se convierte en una tarea casi imposible.

I,a ingeniería genética permite llegar a extremos insospechados. Gracias a las modernas técnicas de manipulación, por ejemplo, es posible insertar genes nuevos en un genoma antiguo o completamente ajeno.

En la actualidad, el método principal para introducir genes nuevos en el genoma de plantas se basa en el empleo de bacterias como transmisores.

El Agrobacterium tumefaciens es una bacteria patógena que causa tumefacciones cancerosas en algunas especies vegetales al transferir parte de su ADN al de su anfitrión. Una vez dentro de la célula huésped, el nuevo segmento de ADN se desplaza al núcleo, donde se integra en el genoma.

La expresión de los genes nuevos (en condiciones naturales, los oncogenes que producen cáncer) da lugar a un crecimiento celular descontrolado y el consiguiente tumor.

La ingeniería genética se ha valido de este mecanismo natural sustituyendo los genes cancerosos por otros que se consideran más interesantes. De ese modo, la bacteria, al transferir parte de su ADN, los inoculará en el núcleo de la célula.

Una vez insertados, los transgenes pueden dotar a las plantas de nuevas características, como la resistencia a herbicidas o patógenos, o bien la capacidad de producir determinadas sustancias que actúen como fármacos o incrementen las características nutritivas de la planta. Hasta hace relativamente poco, se pensaba que sólo los Agrobacterium eran capaces de desarrollar el proceso que se conoce como transferencia horizontal de genes. En la actualidad, se ha descubierto que existen otras bacterias capaces de hacerlo.

Y eso, más o menos, viene a ser todo: una bacteria que causa tumoraciones en las plantas inyecta sus propios oncogenes en el genoma de la planta receptora.

En lugar de ello, los seres humanos hemos encontrado la manera de sustituir esos genes cancerígenos por otros que no sólo mantienen viva a la planta, sino que pueden resultar beneficiosos en un futuro inmediato. ¿Hasta qué punto puede considerarse este método como antinatural? ¿Cabe pues considerar los alimentos modificados genéticamente como un producto artificial?

La ciencia nos ha permitido alejarnos de nuestros antepasados homínidos así como del resto de los primates. Con todo, no cabe duda de que, si alguien quiere comportarse como un mono, nadie se lo prohibe.

Algunos de los sectores más radicales del ecologismo predican precisamente la vuelta a la naturaleza. Sin embargo, no estaría de más explicar a algunos de sus representantes que un déficit grave de betacaroteno puede causar una ceguera irreversible a un niño de diez años pero que, gracias a la biotecnología, se ha desarrollado una variedad de arroz que evita el problema.

Aplicacion de la Biotecnología En El Medio Ambiente:

 La Biotecnología moderna permite resolver de diferentes y novedosas maneras el problema de la contaminación ambiental. Por ejemplo, pueden utilizarse diversos microorganismos para llevar a cabo el tratamiento y el control de la contaminación química de distintos ecosistemas. La Ingeniería genética permite combinar varias características de esos organismos para aumentar su eficacia, o bien generar microbios recombinantes con nuevas características.

La mayoría de las aplicaciones biotecnológicas ambientales se realizan, principalmente, con bacterias y cianobacterias (algas azules).

Analicen la siguiente lista de aplicaciones de la Biotecnología para la mejora global de ambiente y emitan su opinión en cuanto a la importancia que tienen para el ser humano de este siglo:

Elminación de las mareas negras.

Obtención de energía no contaminante.

Eliminación de metales pesados.

Tratamiento de los residuos urbanos e industriales.

Tratamientos de diferentes tipos de contaminación asociados a la industria del petróleo.

Tratamientos de la contaminación producida por herbicidas, pesticidas e insecticidas.

Ensayos sobre la toxicidad de diferentes compuestos.

Detección de metales.

Recuperación de metales preciosos.

Degradación de aceites y grasas.

Separación selectiva de mezclas de hidrocarburos.

En particular, vamos a analizar las dos primeras aplicaciones.

Eliminación de las mareas negras. Las mareas negras se forman por el vertido de petróleo o sus derivados -por ejemplo, los desechos industriales-, o por accidentes durante su transporte en grandes barcos. Actualmente, es posible utilizar bacterias (incluidas las arquibacterias) que digieren los hidrocarburos y los transforman en moléculas de sustancias químicas no contaminantes.

Aunque generalmente cada tipo de bacteria utiliza una clase de hidrocarburo, se intenta mezclar las características de varias de ellas para conseguir una que sea recombinante, capaz de transformar diferentes hidrocarburos.

Obtención de energía no contaminante. Hoy en día, es imperiosa en todo el mundo la necesidad de buscar fuentes energéticas no contaminantes. Una de esas fuentes es el biogás, básicamente el metano. Este gas se puede producir utilizando como materia prima aguas residuales, cianobacterias (algas azules), algas verdes, arquibacterias metanógenas (productoras de metano) y bacterias.

Las aguas residuales se acumulan en charcos profundos, donde suelen crecer las algas ante la amplia disponibilidad de nutrientes. Las algas se cosechan en un contenedor, llamado digestor. Dentro de él, las bacterias se alimentan de las algas y producen metano.

HITOS DE LA BIOTECNOLOGIA:

6000 a.C. Comenzaron a emplearse las levaduras para la fabricación del vino y la cerveza.

1927. Se creó en los Estados Unidos la Administración de Alimentos y Drogas (FDA, "Food and Drug Administraron"), para regular la pureza y la seguridad de estos productos que se comercializan.

1928. El bacteriólogo escocés Alexander Fleming descubrió la penicilina, un antibiótico que revolucionó el tratamiento médico durante y después de la Segunda Guerra Mundial. Por este hallazgo, el investigador recibió en 1945 el Premio Nobel de Medicina y Fisiología.

1953. El genetista norteamericano James Watson y el científico inglés Francis Crick descubrieron gue la estructura del ADN consiste en una doble hélice. Por este trabajo, se les otorgó en 1962 el Premio Nobel de Medicina y Fisiología.

1960-1965. El médico español Severo Ochoa hizo copias de material genético en laboratorio y descubrió el código genético, es decir, descifró la clave con la que están escritos los mensajes hereditarios. Compartió con A. Kornberg, en 1959, el Premio Nobel de Medicina y Fisiología.

1975. El investigador argentino César Milstein obtuvo los primeros hibridomas fusionando linfocitos con células de melanoma, lo que dio lugar a la producción de los primeros anticuerpos monoclonales. Miistein fue galardonado en 1984 con el Premio Nobel de Medicina y Fisiología.

1978. Se descubrieron las enzimas de restricción.

1982. En los Estados Unidos e Inglaterra se autorizó la utilización de la insulina obtenida por Ingeniería genética para el tratamiento de la diabetes. Se obtuvo también el primer animal transgénico (un ratón).

1983. Se inventó la técnica PCR, que permite amplificar genes específicos con gran rapidez. Se desarrolló también la primera planta transgénica: la planta del tabaco.

1986. En los Estados Unidos, se aprobó para la venta la primera vacuna recombinante que protege contra la hepatitis B.

1987. Se puso en marcha el Proyecto Genoma Humano, que tiene como objetivo secuenciar todos los genes de nuestra especie.

1989. Se hizo el primer tratamiento exitoso de terapia génica en chicos con trastornos inmunológicos (niños de la burbuja).

1996. Se ensayaron los primeros trasplantes de células vegetales en organismos animales para probar su acción terapéutica (con lo que se evitaría el uso de fármacos). Además, ya existían para esta fecha 256 medicamentos elaborados por técnicas de ADN re-combinante.

1997. Un grupo de científicos escoceses anunció que clonó el primer mamífero obtenido a partir de una célula somática de un animal adulto, la Oveja Dolly

2005. Se espera para esta fecha tener lista la secuencia completa del genoma humano (Proyecto Genoma Humano).

Fuente Consultada:
Guinness Publish Limited Fascículo N°21 – La Nación
Biotecnología Por Todos Lados Alberto Díaz - Editorial Siglo XXI
Las Mentiras de la Ciencia Dan Agin
Biologia y Ciencias de la Tierra Editorial Santillana Polimodal Cuniglio, Barderi, Bilenca, Granieri y Otros

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