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BIOTECNOLOGÍA
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Estructura del ARN de transferencia.
La biotecnología es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura,
farmacia, ciencia de los alimentos, medio ambiente y medicina. Se desarrolla en un enfoque
multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias como biología, bioquímica,
genética, virología, agronomía, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras.
Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los
alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos.
Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Károly Ereki, en
1919, quien la introdujo en su libro Biotecnología en la producción cárnica y láctea de una
gran explotación agropecuaria.1 2
El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio sobre la
Diversidad Biológica5 define la biotecnología moderna como la aplicación de:


Técnicas in vitro de ácido nucleico, incluidos el ácido desoxirribonucleico (ADN)
recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos, o
La fusión de células más allá de la familia taxonómica que superan las barreras
fisiológicas naturales de la reproducción o de la recombinación y que no son técnicas
utilizadas en la reproducción y selección tradicional.
Aplicaciones
La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales como lo son la atención
de la salud, con el desarrollo de nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades; la
agricultura con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; usos no alimentarios de los
cultivos, como por ejemplo plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles; y
cuidado medioambiental a través de la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de
residuos y la limpieza de sitios contaminados por actividades industriales. A este uso
específico de plantas en la biotecnología se llama biotecnología vegetal. Además se aplica
en la genética para modificar ciertos organismos.6
Las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y suelen clasificarse en:

Biotecnología roja: se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos.
Algunos ejemplos son la obtención de organismos para producir antibióticos, el
desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos, los diagnósticos moleculares,
las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar
enfermedades a través de la manipulación génica.

Biotecnología blanca: también conocida como biotecnología industrial, es aquella
aplicada a procesos industriales. Un ejemplo de ello es la obtención de
microorganismos para producir un producto químico o el uso de enzimas como
catalizadores industriales, ya sea para producir productos químicos valiosos o destruir
contaminantes químicos peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas7 ).
También se aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil, en la creación
de nuevos materiales, como plásticos biodegradables y en la producción de
biocombustibles. Su principal objetivo es la creación de productos fácilmente
degradables, que consuman menos energía y generen menos desechos durante su
producción.8 La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursos que los
procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales.9

Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo
de ello es la obtención de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones
ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermedades. Se espera
que la biotecnología verde produzca soluciones más amigables con el medio ambiente
que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la
ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la
necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt.10

Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término utilizado
para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y acuáticos.
Aún en una fase temprana de desarrollo sus aplicaciones son prometedoras para la
acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y productos alimentarios.11
Biorremediación y biodegradación.
La biorremediación es el proceso por el cual son utilizados microorganismos para limpiar un
sitio contaminado. Los procesos biológicos desempeñan un papel importante en la
eliminación de contaminantes y la biotecnología aprovecha la versatilidad catabólica de los
microorganismos para degradar y convertir dichos compuestos. En el ámbito de la
microbiología ambiental, los estudios basados en el genoma abren nuevos campos de
investigación in silico ampliando el panorama de las redes metabólicas y su regulación, así
como pistas sobre las vías moleculares de los procesos de degradación y las estrategias de
adaptación a las cambiantes condiciones ambientales. Los enfoques de genómica funcional
y metagenómica aumentan la comprensión de las distintas vías de regulación y de las redes
de flujo del carbono en ambientes no habituales y para compuestos particulares, que sin duda
aceleraran el desarrollo de tecnologías de biorremediación y los procesos de
biotransformación.12
Los entornos marítimos son especialmente vulnerables ya que los derrames de petróleo en
regiones costeras y en mar abierto son difíciles de contener y sus daños difíciles de mitigar.
Además de la contaminación a través de las actividades humanas, millones de toneladas de
petróleo entran en el medio ambiente marino a través de filtraciones naturales. A pesar de su
toxicidad, una considerable fracción del petróleo que entra en los sistemas marinos se elimina
por la actividad de degradación de hidrocarburos llevada a cabo por comunidades
microbianas, en particular, por las llamadas bacterias hidrocarbonoclásticas (HCB).13
Además varios microorganismos como Pseudomonas, Flavobacterium, Arthrobacter y
Azotobacter pueden ser utilizados para degradar petróleo.14 El derrame del barco petrolero
Exxon Valdez en Alaska en 1989 fue el primer caso en el que se utilizó biorremediación a
gran escala de manera exitosa, estimulando la población bacteriana suplementándole
nitrógeno y fósforo que eran los limitantes del medio.15
Bioingeniería
La ingeniería biológica o bioingeniería es una rama de ingeniería que se centra en la
biotecnología y en las ciencias biológicas. Incluye diferentes disciplinas, como la ingeniería
bioquímica, la ingeniería biomédica, la ingeniería de procesos biológicos, la ingeniería de
biosistemas, la ingeniería bioinformática, etc. Se trata de un enfoque integrado de los
fundamentos de las ciencias biológicas y los principios tradicionales de la ingenierías clásicas
como la química o la informática.
Los bioingenieros con frecuencia trabajan escalando procesos biológicos de laboratorio a
escalas de producción industrial. Por otra parte, a menudo atienden problemas de gestión,
económicos y jurídicos. Debido a que las patentes y los sistemas de regulación (por ejemplo,
la FDA en EE.UU.) son cuestiones de vital importancia para las empresas de biotecnología,
los bioingenieros a menudo deben tener los conocimientos relacionados con estos temas.
Existe un creciente número de empresas de biotecnología y muchas universidades de todo el
mundo proporcionan programas en bioingeniería y biotecnología de forma independiente.
Entre ellas destacan las de la especialidad de Ingeniería Bioinformática.
Este es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas biológicos usando técnicas
computacionales propias de la Ingeniería Informática. Esa interdisciplinareidad hace que sea
posible la rápida organización y análisis de los datos biológicos. Este campo también puede
ser denominado biología computacional, y puede definirse como, "la conceptualización de la
biología en término de moléculas y, a continuación, la aplicación de técnicas informáticas
para comprender y organizar la información asociada a estas moléculas, a gran escala."16 La
bioinformática desempeña un papel clave en diversas áreas, tales como la genómica
funcional, la genómica estructural y la proteómica, y forma un componente clave en el sector
de la biotecnología y la farmacéutica. sin embargo hay muchas ciencias importantes
Ventajas, riesgos y desventajas
Ventajas
Entre las principales ventajas de la biotecnología se tienen:

Rendimiento superior. Mediante los OGM el rendimiento de los cultivos aumenta,
dando más alimento por menos recursos, disminuyendo las cosechas perdidas por
enfermedad o plagas así como por factores ambientales.17

Reducción de pesticidas. Cada vez que un OGM es modificado para resistir una
determinada plaga se está contribuyendo a reducir el uso de los plaguicidas asociados
a la misma que suelen ser causantes de grandes daños ambientales y a la salud.18

Mejora en la nutrición. Se puede llegar a introducir vitaminas19 y proteínas
adicionales en alimentos así como reducir los alergenos y toxinas naturales. También
se puede intentar cultivar en condiciones extremas lo que auxiliaría a los países que
tienen menos disposición de alimentos.

Mejora en el desarrollo de nuevos materiales.20
La aplicación de la biotecnología presenta riesgos que pueden clasificarse en dos categorías
diferentes: los efectos en la salud de los humanos y de los animales y las consecuencias
ambientales.4 Además, existen riesgos de un uso éticamente cuestionable de la biotecnología
moderna.21 (ver: Consecuencias imprevistas).
Riesgos para el medio ambiente
Entre los riesgos para el medio ambiente cabe señalar la posibilidad de polinización cruzada,
por medio de la cual el polen de los cultivos genéticamente modificados (GM) se difunde a
cultivos no GM en campos cercanos, por lo que pueden dispersarse ciertas características
como resistencia a los herbicidas de plantas GM a aquellas que no son GM.22 Esto que podría
dar lugar, por ejemplo, al desarrollo de maleza más agresiva o de parientes silvestres con
mayor resistencia a las enfermedades o a los estreses abióticos, trastornando el equilibrio del
ecosistema.4
Otros riesgos ecológicos surgen del gran uso de cultivos modificados genéticamente con
genes que producen toxinas insecticidas, como el gen del Bacillus thuringiensis. Esto puede
hacer que se desarrolle una resistencia al gen en poblaciones de insectos expuestas a cultivos
GM. También puede haber riesgo para especies que no son el objetivo, como aves y
mariposas, por plantas con genes insecticidas.22
También se puede perder biodiversidad, por ejemplo, como consecuencia del desplazamiento
de cultivos tradicionales por un pequeño número de cultivos modificados genéticamente".4
En general los procesos de avance de la frontera agrícola en áreas tropicales y subtropicales
suelen generar impactos ambientales negativos, entre otros: procesos de erosión de los suelos
mayor que en áreas templadas y pérdida de la biodiversidad.
Riesgos para la salud
Existen riesgos de transferir toxinas de una forma de vida a otra, de crear nuevas toxinas o
de transferir compuestos alergénicos de una especie a otra, lo que podría dar lugar a
reacciones alérgicas imprevistas.4
Existe el riesgo de que bacterias y virus modificados escapen de los laboratorios de alta
seguridad e infecten a la población humana o animal.23
Los agentes biológicos se clasifican, en función del riesgo de infección, en cuatro grupos:24




Agente biológico del grupo 1: aquel que resulta poco probable que cause una
enfermedad en el hombre.
Agente biológico del grupo 2: aquel que puede causar una enfermedad en el hombre
y puede suponer un peligro para los trabajadores, siendo poco probable que se
propague a la colectividad y existiendo generalmente profilaxis o tratamiento eficaz.
Agente biológico del grupo 3: aquel que puede causar una enfermedad grave en el
hombre y presenta un serio peligro para los trabajadores, con riesgo de que se
propague a la colectividad y existiendo generalmente una profilaxis o tratamiento
eficaz.
Agente biológico del grupo 4: aquel que causando una enfermedad grave en el
hombre supone un serio peligro para los trabajadores, con muchas probabilidades de
que se propague a la colectividad y sin que exista generalmente una profilaxis o un
tratamiento eficaz.
Desventajas
Los procesos de modernización agrícola, además del aumento de la producción y los
rendimientos, tienen otras consecuencias.


Una de ellas es la disminución de la mano de obra empleada por efectos de la
mecanización; esto genera desempleo y éxodo rural en muchas áreas.
Por otro lado, para aprovechar las nuevas tecnologías se requieren dinero y acceso a
la tierra y al agua. Los agricultores pobres que no pueden acceder a esos recursos
quedan fuera de la modernización y en peores condiciones para competir con las
producciones modernas.
Aplicaciones de la Biotecnología
De acuerdo al campo de aplicación la biotecnología puede ser distribuida o clasificada en
seis amplias áreas que interactúan: Biotecnología en salud humana, Biotecnología animal,
Biotecnología Industrial, Biotecnología Vegetal, Biotecnología ambiental y Biotecnología
alimentaria.
En la biotecnología alimentaria destaca el proceso de fermentación, con dos tipos
principales:
1. Fermentación alcohólica o etanólica.
El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas,
tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc. Aunque en la actualidad se
empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a
gran escala para ser empleado como biocombustible. El CO2 que se libera en este
proceso es también el causante del esponjamiento de la masa de pan durante su
fermentación.
2. Fermentación láctica. En la fabricación de productos lácteos, como yogur, queso y
otros lácteos fermentados (kéfir, kumis, etc.), así como en la elaboración de
alimentos prebióticos y probióticos.
En el campo de la biotecnología industrial farmacéutica destacan varias aplicaciones:
1. Producción de antibióticos (naturales, semisintéticos o sintéticos).
2. Obtención de proteínas recombinantes, como el ejemplo de la insulina humana.
3. Vacunas de nueva generación, como por ejemplo las vacunas recombinantes y
comestibles.
Producción industrial de sueros.
En la biotecnología ambiental también existen múltiples campos de aplicación:
1. La biorremediación para la limpieza de lugares contaminados.
2. Depuración de aguas residuales.
3. Tratamiento de residuos y compostaje.
La biodegradación de materiales (por ejemplo, los plásticos biodegradables)
La biotecnología agropecuaria (vegetal y animal) es el conjunto de las posibles
aplicaciones de la biotecnología a las actividades productivas del ámbito agropecuario
(agricola y ganadero), utilizándose en varias vías de investigación:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Plantas resistentes a insectos.
Cultivos resistentes a los virus.
Tolerancia a herbicidas.
Mejora nutricional de los cultivos o bioenriquecimiento.
Cultivos tolerantes a ciertos metales del suelo, como el aluminio.
Organismos Modificados Genéticamente (OMG) o transgénicos. Sobre su aplicación
alimentaria podéis ver los siguientes vídeos:
 Alimentos del futuro.
 Los transgénicos abundan.
 La toxicidad del trigo.
Salmón transgénico.
En el caso sin duda más polémico, que es la biotecnología aplicada a la salud humana, se
aportan varios documentos de apoyo sobre temas tan controvertidos como el uso de vegetales
y animales transgénicos, los transplantes, la terapia génica, la donación de órganos, etc.
ADN recombinante
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No debe confundirse con recombinación genética.
Diagrama de ADN ligado. Esta secuencia pertenece a un gen de la hemoglobina humana.
El ADN recombinante, o ADN recombinado, es una molécula de ADN artificial formada
de manera deliberada in vitro por la unión de secuencias de ADN provenientes de dos
organismos de especies diferentes que normalmente no se encuentran juntos. Al introducirse
este ADN recombinante en un organismo, se produce una modificación genética que permite
la adición de un nuevo ADN al organismo, conllevando a la modificación de rasgos existentes
o la expresión de nuevos rasgos. La producción de una proteína no presente en un organismo
determinado y producidas a partir de ADN recombinante, se llaman proteínas recombinantes.
El ADN recombinante es resultado del uso de diversas técnicas que los biólogos moleculares
utilizan para manipular las moléculas de ADN y difiere de la recombinación genética que
ocurre sin intervención dentro de la célula. El proceso consiste en tomar una molécula de
ADN de un organismo, sea virus, planta o una bacteria y en el laboratorio manipularla y
ponerla de nuevo dentro de otro organismo. Esto se puede hacer para estudiar la expresión
de un gen, para producir proteínas en el tratamiento de una enfermedad genética, vacunas o
con fines económicos y científicos.1
Procedimiento
El proceso de producción de un ADN recombinante comienza con la identificación desde un
organismo de una secuencia de ADN de interés con el fin de propagarlo en otro organismo
que carece de la secuencia y, por ende, del producto protéico de esa secuencia de ADN.2 Así
se pueden producir cantidades ilimitadas de la proteína codificada por el susodicho gen. En
términos simples, el procedimiento consiste en:3




Localización de genes y sus funciones.
Clonación del ADN, y su posterior almacenamiento en genotecas.
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
Utilización de vectores de expresión.
Aplicaciones
El vector que se utiliza contiene secuencias de ADN que al ser replicadas confieren
resistencia a antibióticos específicos. Esta técnica ha sido ampliamente utilizada en el campo
de la medicina y ha permitido el desarrollo de importantes avances terapéuticos como por
ejemplo la producción de insulina recombinante.2
Permite además la posibilidad de utilizar plantas y alimentos transgénicos, así como
microorganismos modificados genéticamente para producir fármacos u otros productos de
utilidad para el hombre, entre los que se pueden citar: la insulina humana, la hormona del
crecimiento, interferones, la obtención de nuevas vacunas o la clonación de animales. El uso
de ADN recombinantes puede también tener un impacto perjudicial que un uso inadecuado
podría provocar en el ser humano y en el propio planeta.
Con el uso de ADN recombinante se ha logrado obtener plantas transgénicas resistentes a
insectos, hongos, bacterias y herbicidas, con mejores características de calidad durante
poscosecha y con alto contenido nutricional.4 También ha permitido la clonación, expresión
y producción mediante esta técnica de diversos antígenos, por ejemplo, la vacuna contra la
hepatitis B5 y la vacuna contra el virus del papiloma humano.6
Producción y terapia con proteínas recombinantes
Las proteínas recombinantes son aquellas que se producen mediante la técnica del ADN
recombinante, es decir, expresando un gen de un organismo en otro organismo distinto. Para
que estas proteínas sean útiles desde el punto de vista terapéutico tienen que conservar su
actividad. Además, se debe evitar que sean inmunogénicas para el ser humano. Para ello es
importante decidir para cada proteína recombinante cual es el organismo de expresión más
adecuado.
Producción en bacterias
Estas proteínas recombinantes han intentado expresarse en bacterias como E. coli, ya que son
fáciles de mantener, crecen rápido y se conoce bien su genoma. Sin embargo, el mayor
problema que presenta la producción en bacterias es que en ellas no existe glicosilación
proteica, por lo que algunas proteínas producidas en bacterias pierden totalmente su función.
Aun así se han logrado producir con éxito algunas proteínas recombinantes en bacterias. La
primera proteína recombinante que se produjo en E. coli fue la somatostatina, una hormona
anti-crecimiento de 14 aminoácidos. Sin embargo, aunque desde el punto de vista científico
fue un éxito, desde el punto de vista económico fue un fracaso, ya que su utilidad estaba
reducida a personas con problemas de gigantismo y similares, que son poco comunes.
Posteriormente se logró un gran éxito en este campo mediante la producción de insulina en
bacterias. La insulina presenta la ventaja de no necesitar modificaciones postraduccionales,
por lo que se evita este problema de su producción en bacterias. Además, la diabetes es una
enfermedad muy frecuente en la sociedad, con unos 170 millones de diabéticos. En EEUU el
6% de la población (20 millones de habitantes) son diabéticos y esta enfermedad es la 6ª
causa de muerte. Antes de esta producción en bacterias, se usaba insulina porcina.
Producción en levaduras
Al ser células eucariotas y por lo tanto más similares a las humanas que las bacterias y ser
muy fáciles de emplear industrialmente, las levaduras constituyen otro grupo de organismos
susceptibles de producir proteínas recombinantes para uso humano. Sin embargo, aunque sí
presentan glicosilación proteica, al contrario que las bacterias, esta es totalmente distinta a la
humana, por lo que estas proteínas presentan problemas, en muchos casos incluso
inmunogénicos.
Producción en células de insecto
Más cercanas aún a las células humanas que las levaduras son las de insecto, como las de
Spodoptera frugiperda (una polilla parásito del maíz y del algodón), que se cultivan
fácilmente in Vitro, aunque el medio de cultivo es caro. Dicho medio, además, no contiene
suero, lo que hace más fácil el procesado de la proteína. Otra de las propuestas ha sido el uso
no de células de insecto, sino de los insectos completos para la producción de estas proteínas.
Para ello se infectan a los insectos con baculovirus modificados (que además no infectan a
los seres humanos) para que expresen la proteína recombinante.
Producción en células de mamífero
Al ser células más parecidas a las humanas, el procesamiento que sufren las proteínas
recombinantes producidas en células de mamífero también es más similar, por lo que se
conserva su función (aunque puede haber ligeros cambios en el patrón de glicosilación Para
la producción en mamíferos se usan las células CHO, de ovario de ratón chino, que presentan
la ventaja de que crecen bien y existen gran cantidad de mutantes de glicosilación. Además,
se está intentando que los animales secreten estas proteínas en la orina, en la leche, etc.