biotecnologia 2012

BIOTECNOLOGÍA.
BIOTECNOLOGÍA: Es la aplicación de los principios de la ciencia y de la ingeniería
a los procesos de transformación de ciertas materias mediante agentes biológicos para
obtener bienes y servicios.
Características básicas:
 Campo interdisciplinar
 Trabaja con seres vivos, sus componentes moleculares o sus funciones.
 Objetivo: obtener un producto (medicamento, vacuna,…) o un servicio
(depuración de agua, terapia…)
DESARROLLO HISTÓRICO:
 Desde la antigüedad: vino, pan, cerveza…
 Aztecas: cultivos de algas lacustres y espirulinas con fines alimentarios.
 Extracción de cobre con ayuda de microorganismos (Riotinto)
 Como ciencia surge en el s. XIX con Pasteur y sus estudios sobre
fermentaciones.
 A mitad del s. XX: conocimiento de la base molecular de la herencia y
desarrollo de la genómica.
TIPOS DE PROCESOS TECNOLÓGICOS
 TRADICIONALES
o Cultivo a gran escala de microorganismos.
o Se controlan variables: pH, O2, nutrientes.
o Técnicas:
 Técnicas genéticas clásicas: selección, recombinación,…
 Mejora de las condiciones para mejorar el rendimiento.
 Perfeccionamiento de técnicas de aislamiento y purificación de
productos de interés.
 MODERNOS
o Nuevos métodos de CULTIVOS CELULARES.
o Trabajos con ANTICUERPOS MONOCLONALES.
o INGENIERÍA GENÉTICA
CULTIVOS CELULARES
 Técnicas para mantener células in vitro con sus propiedades intactas.
 Posibilidad de reproducción de células.
 Aplicaciones:
o Investigación del cáncer
o Vacunas antivirales
o Clones de plantas
o Tejidos para trasplantes
o Producción proteínas.
o Diagnóstico prenatal.
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ANTICUERPOS MONOCLONALES
 En 1975 se desarrolló la TÉCNICA DE LOS HIBRIDOMAS para obtener los
AcMo.
 Se obtienen células llamadas HIBRIDOMAS por fusión de de LINFOCITOS B
de un organismo sensibilizado con un antígeno, con CÉLULAS TUMORALES
de un mieloma (tumor linfocitario).
 El HIBRIDOMA hereda la capacidad de dividirse indefinidamente y la de
producir un anticuerpo determinado.
 Aplicaciones:
o Detectar moléculas en fluidos biológicos (drogas, hormonas, proteínas de
tumores…)
o Determinar grupos sanguíneos.
o Transportar fármacos hasta el antígeno (que será una célula o tejido
dañado)
INGENIERÍA GENÉTICA
 La INGENIERÍA GENÉTICA O TECNOLOGÍA DEL ADN
RECOMBINANTE reúne las técnicas que permiten modificar genéticamente la
información genética e incluso combinar en un genoma secuencias de genes de
organismos diferentes.
 Un ADN RECOMBINANTE es un fragmento de ADN construido
artificialmente con segmentos no homólogos de organismos distintos.
 Las técnicas nos permiten:
o AMPLIFICACIÓN GÉNICA: obtener grandes cantidades de copias de
ADN
o SECUENCIACIÓN DEL ADN.
o Realizar TRANSGÉNESIS y obtener TRANSGÉNICOS.
o MODIFICAR LA EXPRESIÓN DE ALGÚN GEN.

El desarrollo de la Tecnología del ADN recombinante se inició con el
descubrimiento en 1970 de las ENZIMAS DE RESTRICCIÓN:
o Cortan el ADN por secuencias específicas y palindrómicas (capicúas).
o Al cortar dejan extremos cohesivos y pegajosos de una sola hebra.
o Cualquier extremos obtenido con una enzima de restricción hibrida con
cualquier otro extremo generado con la misma enzima.
TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA
 CONSTRUCCIÓN DE UN ADN RECOMBINANTE
o Las moléculas de ADN recombinante contienen un vector y el gen de
interés.
o Vectores: plásmidos o virus que transfieren genes de un organismo a
otro.
o Los genes de interés se obtienen de genotecas creadas a partir de ARNm
presentes en las células, que se copian en ADN mediante la acción de
una transcriptasa inversa.
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
AMPLIFICACIÓN DEL ADN
o CLONACIÓN BACTERIANA
 Se introducen los genes que se quieren amplificar en una bacteria
 El ADN se une a un vector (plásmido).
 El plásmido se replica y la bacteria se divide.
 En poco tiempo se tienen miles de bacterias con el gen.
o REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA (PCR)
 Obtención de millones de copias de ADN en pocas horas.
 Se realiza con una ADN-polimerasa extraída de bacterias que
viven en aguas termales (Thermus aquaticus)

SECUENCIACIÓN DEL ADN
o Mediante ELECTROFORESIS EN GEL (a finales de los 70)
o Actualmente, proceso automatizado e informatizado en
“SECUENCIADORES”.
o GENÓMICA:
 Estudia el genoma de los seres vivos.
 El conjunto de todos los genes: GENOMA.
 Cataloga todos sus genes, determina su organización, estructura y
función y estudia la interacción entre unos y otros.
 Aplicaciones: medicina, ganadería, agricultura, medio
ambiente…
 Proyecto “GENOMA HUMANO”
o PROTEÓMICA:
 Estudia el conjunto de proteínas expresadas por un genoma, una
célula, un tejido.
 El conjunto de proteínas: PROTEOMA
 Varía con el individuo, su desarrollo, el tejido, las condiciones
ambientales…
 Aplicaciones: medicina (identificación de marcadores parta
diagnosticar enfermedades, identificación de nuevos fármacos)
o PROYECTO GENOMA HUMANO
 Objetivo: conocer el contenido de genes de los 46 cromosomas
humanos.
 Entre 1990 y 2000.
 Conclusiones:
 Entre 32000 y 39000 genes codificadores de proteínas
(5% del ADN)
 El 50% es ADN basura: secuencias repetidas.
 Seres humanos compartimos el 99.9% del ADN.
 Repercusiones:
 Estudio de la base genética de 4000 enfermedades
genéticas conocidas.
 Conocimiento del desarrollo embrionario.
 Avances en la evolución.
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
TRANSFERENCIA NUCLEAR. CLONACIÓN
o CLONACIÓN: Técnica de transferencia de un genoma completo.
o Primera clonación: oveja Dolly.
o Aplicaciones:
 Médicas: producir órganos para trasplantes, producir proteínas
humanas, cultivo de células madre.
 Producción de sustancias industrialmente.
 Recuperación de especies en peligro de extinción.
 Mantener características valiosas en agricultura y ganadería.
APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA
INDUSTRIA ALIMENTARIA
 EDULCORANTES: fructosa, aspartamo
 ADITIVOS ALIMENTARIOS: ácido málico.
 POTENCIADORES DE SABOR: glutamato sódico.
 MICROPROTEÍNAS ALIMENTARIAS DE ORIGEN MICROBIANO:
o Polvo de espirulina (cianobacteria)
o Levadura seca
o Proteínas de algas
o Proteínas de mohos

FERMENTACIONES:
o FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA:
o La llevan a cabo levaduras del género Saccharomyces.
o Producen la fermentación que va a producir el vino, la cerveza, el sake,
alcohol industrial y el pan.
o Estos microorganismos sólo pueden fermentar azúcares de 6 carbonos,
por lo que sus disacáridos y polisacáridos deben previamente ser
descompuestos en hexosas.
o FABRICACIÓN DEL VINO
 Fermentación alcohólica de glucosa y fructosa presentes en el
zumo de uva, para dar etanol y dióxido de carbono.
 La uva se prensa para obtener el mosto. .
 Sobre la piel de la uva se encuentra la levadura Saccharomyces
cerevisiae.
 Entre 7 y 11 días de fermentación. Primero aerobia, y después
anaerobia, controlando la temperatura, ya que si aumenta en
exceso puede destruir las levaduras.
 Se aclara el vino para eliminar la turbidez.
 Estabilización para que precipiten las partículas en suspensión.
 Obtención de vino joven.
 Envejecimiento en barricas para obtener vinos viejos.
 Para obtener vino tinto, se deja la piel u hollejo de la uva negra.
El alcohol extrae los pigmentos de este hollejo.
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


Vinos blancos: mosto de uvas sin piel.
En algunos vinos se produce una segunda fermentación
espontánea por acción de las bacterias del ácido láctico,
disminuyendo su acidez.
Los vinos espumosos se obtienen añadiendo azúcar para que se
produzca una nueva fermentación, esta vez a presión.Las bebidas
destiladas se obtienen por destilación del alcohol obtenido en la
fermentación.
o FABRICACIÓN DE LA CERVEZA
 Los cereales a partir de los que se obtiene contienen almidón, que
previamente hay que hidrolizar a glucosa.
 El cereal más empleado es la cebada, aunque también se puede
hacer con arroz o maíz.
 El grano se maltea: se humedece, para que las semillas empiecen
a germinar.
 Se seca, y se muele; así se libera la diastasa, una amilasa que
hidroliza el almidón a glucosa.
 Se separa el extracto acuoso del triturado sólido, se añade lúpulo
y se cuece. El lúpulo da el sabor amargo e impide que crezcan
bacterias.
 Al hervirlo se desnaturalizan las amilasas.
 A la mezcla se le añaden las levaduras que llevan a cabo la
fermentación en los días siguientes (entre 5 y 10).
 Se deja madurar la cerveza un cierto tiempo.
 Filtración y pasteurización.
o FABRICACIÓN DEL PAN
 Mezcla de harina y agua.
 Levadura: Saccharomyces cerevisiae.
 Los enzimas de la harina transforman el almidón en glucosa, que
fermenta produciendo CO2. Las burbujas de este gas quedan
atrapadas en la masa, que por ello aumenta su volumen.
 El alcohol producido se desprende durante la cocción, a la vez
que se inactivan las levaduras y se elimina el agua.

FERMENTACIÓN LÁCTICA
o FABRICACIÓN DEL QUESO
 Fase I: Formación de cuajada
 Las bacterias lácticas (Streptococcus) producen ácido
láctico, que coagulan la sproteínas al disminuir el pH.
 La coagulación se completa añadiendo cuajo o renina.
 Fase II: Maduración del queso.
 Adición de bacterias lácticas que hidrolizan proteínas. Si
un porcentaje muy alto de proteínas se hidrolizan en
péptidos solubles se obtienen los quesos blandos. Si se
hidroliza un bajo porcentaje: quesos duros.
 Adición de levaduras y hongos: quesos blandos.
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

Adición de esporas de mohos (Penicullium roqueforti):
quesos enmohecidos, como el cabrales español, el
roquefort francés, el stilton inglés, el gorgonzola italiano
o el azul danés.
Adición de bacterias que producen ácido propiónico y que
liberan CO2: gruyère.
o FABRICACIÓN DEL YOGUR
 Leche entera que fermenta por la acción de Streptococcus
termophilus y Lactobacillus vulgaris a 40ºC

FERMENTACIÓN ACÉTICA
o VINAGRE
 A partir de vino o alcohol destilado, mediante bacterias aerobias
(Gluconobacter o Acetobacter).
INDUSTRIA QUÍMICA
 PLÁSTICOS:
o Obtención de óxidos de alquenos para fabricar plásticos y espumas de
poliuretano.
o A partir de la bacteria Methylococcus capsulatus, que no produce
residuos contaminantes.
 DISOLVENTES, RESINAS, BARNICES, FIBRAS.
 DETERGENTES BIOACTIVOS: Llevan enzimas procedentes de bacterias
que eliminan manchas.
INDUSTRIA ENERGÉTICA
 Obtención de BIOCOMBUSTIBLES:
o BIOALCOHOLES: a partir de biomasa y con hongos (Saccharomyces)
o BIOACEITES: cultivo de plantas ricas en aceites vegetales.
o BIOGÁS: Gas natural en yacimientos, generado por bacterias
metanógenas.
MINERÍA
 Obtención de cobre:
o Se riega el material extraído con ácido sulfúrico, favoreciendo el
desarrollo bacteriano.
o Los microorganismos extraen soluciones de cobre.
o Las soluciones se acumulan en balsas.
o El cobre liberado se recoge.
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AGRICULTURA Y GANADERÍA
 Desde hace miles de años el hombre ha realizado SELECCIÓN ARTIFICIAL.
 Las nuevas técnicas permiten obtener ORGANISMOS GENÉTICAMENTE
MODIFICADOS (OMG)
o Mejora genética de plantas: resistencia a plagas, a herbicidas, mejores
frutos, maduración más tardía…
o Mejora genética de animales: más rendimiento de carne, leche, huevos,
lana,….; resistencia a enfermedades; crecimiento más rápido; producción
de vacunas y fármacos…
MEDICINA
 Obtención de FÁRMACOS:
o Organismos en los que se introduce un gen de interés: hormonas,
vacunas, interferón, factores de coagulación, antibióticos…
o Animales transgénicos en los que se introduce el gen de una proteína
terapéutica que se necesita.
 Generación de MODELOS ANIMALES clonados con una elevada tasa
reproductiva y una genética similar a la humana. Sirven para estudiar
enfermedades cardiovasculares, cánceres, envejecimiento celular…
 TERAPIA GÉNICA:
o Tratamiento de una enfermedad con base genética introduciendo genes
correctos en el organismo que intenten corregir el efecto de los genes
defectuosos.
o Puede ser:
 Ex vivo:
 Extracción de células del enfermo.
 Cultivo.
 Inserción en ellas del gen normal y reintroducción en el
enfermo.
 In vivo:
 Genes introducidos en vía sanguínea en vectores.
 Los vectores llegan a células diana.
 In situ:
 Introducción directa de genes en tejidos afectados.
o Problemas:
 Integración del gen en el genoma al azar.
 Los vectores o células portadoras de los genes terminan por
morir, desapareciendo el efecto terapéutico.
 TRASPLANTE DE ÓRGANOS:
o Obtención de órganos para trasplantes a partir de animales manipulados
genéticamente, para que no provoque rechazo inmunológico.
o Extracción de células madre de embriones humanos obtenidas por
clonación de las células del propio enfermo. Problemas éticos, morales,
políticos, religiosos…
o La investigación se encamina al uso de células madre del cordón
umbilical, células madre adultas o a las procedentes de embriones
rechazados de la fecundación in vitro.
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MEDIO AMBIENTE
 Se llama BIORREMEDIACIÓN al conjunto de procesos encaminados a la
eliminación de la contaminación del agua, el suelo o el aire. Para ellos e
aprovecha la actividad descomponedora de algunos microorganismos.
o BIODEGRADACIÓN DE SUSTANCIA TÓXICAS, como
plaguicidas, metales pesados, hidrocarburos de mareas negras…
 Algunas bacterias (Pseudomonas o Amorphoteca) eliminan los
hidrocarburos de los vertidos de crudo.
 Algunas bacterias (Arthrobacter) eliminan insecticidas.
 Otras (Clostridium) eliminan explosivoscomo el TNT.
 Algunos microorganismos pueden acumular grandes cantidades
de metales pesados (uranio, plata…) que luego pueden ser
filtrados y recuperados.
o DEPURACIÓN BIOLÓGICA DE AGUAS RESIDUALES
 Se realizan procesos de lagunaje donde diferentes algas y
bacterias llevan a cabo distintos procesos químicos que eliminan
productos contaminantes.
o COMPOSTAJE
 Fermentación de residuos sólidos orgánicos y de los fangos de las
depuradoras por microorganismos para obtener abonos ricos en
nitrógeno.
o PRODUCCIÓN DE BIOPLÁSTICOS por microorganismos.
o RECUPERACIÓN DE ESPECIES EN PELIGRO DE EXTINCIÓN.
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