INTRODUCCIÓN A LA BIOTECNOLOGÍA

HISTORIA DE LA BIOTECNOLOGÍA

La biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos.

La biotecnología moderna está compuesta por una variedad de técnicas derivadas de la investigación en biología celular y molecular, las cuales pueden ser utilizadas en cualquier industria que utilice microorganismos o células vegetales o animales.

Podemos decir que la biotecnología abarca desde la biotecnología tradicional, muy conocida y establecida, y por tanto utilizada, como por ejemplo la fermentación de alimentos, hasta la biotecnología moderna, basada en la utilización de las nuevas técnicas del DNA recombinante (ingeniería genética), los anticuerpos monoclonales y los nuevos métodos de cultivo de células y tejidos.

TIPOS DE BIOTECNOLOGÍA

BIOTECNOLOGÍA ROJA

Comprende las aplicaciones terapéuticas, diagnósticas, de salud animal y de investigación biomédica. En referencia a lo anterior, cabe mencionar las siguientes áreas de aplicación:

Diagnóstico molecular y biosensores: Se basa en la detección de marcadores moleculares, sensibles y específicos, presentes en los seres vivos que sean indicadores de alguna característica del estado fisiológico del cuerpo (patologías y enfermedades, estados de estrés celular…). Esto permite un diagnóstico precoz, comprobar el estado de la enfermedad e incluso la elección del mejor tratamiento. Entre los marcadores presentes se encuentran marcadores genéticos (variedades genéticas que predisponen a ciertas enfermedades, como el cáncer), proteínicos (enzimas que silencian genes o están defectuosos…) o moleculares (productos secundarios del metabolismo…). Para esto se utilizan microarrays (arrays o biochips), tanto de genes como de proteínas, técnicas hinmunohistoquímicas… De esta forma se implanta la llamada “medicina personalizada”, donde se administra la droga adecuada, con la concentración y lugar precisos, gracias al estudio genético, proteínico e histológico del paciente.

Ingeniería celular y de tejidos: Se basa en la producción de células y tejidos que sustituyan a aquellos que están degradados, se han extirpado o han perdido su función, por lo que se considera también medicina regenerativa. Para ello utilizan el conocimiento de la ingeniería, cultivos celulares, células madre…

Proteínas recombinantes y anticuerpos monoclonales: Se basa en la utilización de las células como herramientas para producir fármacos de forma barata y eficiente. En base a estas tecnologías se han podido descubrir y producir multitud de sustancias con capacidad terapéutica

Terapia génica: Se basa en la modificación del material genéticos de las células (sólo en la línea somática y no la germinal, totalmente prohibida en la legislación), para aumentar, sustituir, disminuir o silenciar la expresión de ciertos genes y sus respectivas proteínas resultantes, en pos de curar alguna enfermedad o característica fisiológica no deseada.

Nuevas dianas terapéuticas, nuevos fármacos y nuevas vacunas: De la mano de otras áreas de la biotecnología se han podido descubrir nuevos fármacos (a partir de librerías naturales del mundo marino, de plantas o animales) que tienen capacidad terapéutica en dianas de enfermedades ya conocidos o nuevos (receptores de membrana, enzimas o los propios genes). De la misma forma, se están descubriendo nuevas vacunas más eficaces para todo tipo de enfermedades, como las llamadas vacunas recombinantes, que utilizan sólo las partes que confieren inmunidad al cuerpo sin tener que utilizar el patógeno en su totalidad.

Nuevos sistemas de administración de fármacos y vacunas: Gracias a la implantación de la nanotecnología y al avance de la química, disponemos de nuevas y prometedoras formas de administrar fármacos y vacunas. Por ejemplo, la administración controlada de fármacos, que sólo se liberan ante unas circunstancias muy determinadas, a la concentración adecuada y sólo en la zona afectada.

Genética de poblaciones y farmacogenética: Consiste en el estudio de la distribución y evolución de la variabilidad genética entre los individuos de una o varias poblaciones, lo que hace que respondan, junto con las variables ambientales, de forma diferente a las enfermedades y a las distintas terapias. De esta forma se puede obtener valiosa información sobre las distintas variables genéticas y su relación con las enfermedades y con la respuesta a sus distintas terapias (para así conseguir una “medicina personalizada”).

BIOTECNOLOGÍA AZUL

e puede definir como el uso de organismos marinos completos, sus células o moléculas para proveer soluciones de utilidad para la sociedad.

Algunas de las aplicaciones más claras son: el diseño de vacunas más efectivas que disminuyan la mortalidad de los peces por enfermedades infecciosas, y eviten la administración de medicamentos costosos y poco efectivos; la caracterización de marcadores genéticos asociados a características de interés comercial, que permita la selección de reproductores que tuvieran en su ADN las características deseadas.

BIOTECNOLOGÍA BLANCA

La biotecnología blanca es aquella aplicada a la industria y procesos industriales, es decir, la aplicación de las herramientas de la naturaleza a la industria. Esta categoría es muy amplia y engloba muchos sectores industriales, incluyendo el sector químico, alimentos, medioambiente, energía, etc. Incluye también a la biotecnología ambiental: aplicación de la biotecnología en la conservación del medio ambiente.

Este tipo de actividad está buscando reemplazar a las tecnologías contaminantes por otras más limpias o amigables con el ambiente. Básicamente, emplea organismos vivos y enzimas para obtener productos más fáciles de degradar, y que requieran menos energía y generen menos desechos durante su producción.

El uso de enzimas o biocatalizadores es uno de los avances más significativos en el área de la biotecnología blanca. Las ventajas de su uso residen en la alta selectividad y eficiencia de las enzimas en comparación con los procesos químicos. Mientras los procesos químicos convencionales requieren alta presión y alta temperatura, los microorganismos y sus enzimas trabajan a presión y temperaturas normales. Además, las enzimas son biodegradables y muchas de ellas pueden funcionar en solventes orgánicos, alta concentración de sales y otras condiciones extremas. Las enzimas hoy se aplican a prácticamente todas las industrias, incluyendo la farmacéutica, alimenticia, química, textil, de detergentes, del papel, etc.

En este sentido, la biotecnología blanca puede ayudar en diferentes áreas:

Nuevas fuentes de energía y nuevas tecnologías: Producción de tecnologías limpias o verdes como pueden ser procesos de biotransformación o biomateriales que generen residuos biodegradables reduciendo los efectos tóxicos sobre el medioambiente (bioplásticos, nuevos tejidos, materiales para la construcción como tela de araña, etc). Nuevas fuentes de energía como son los biocombustibles obtenidos a partir de recursos renovables y menos contaminantes que los combustibles fósiles empleados en la actualidad (bioetanol y el biodiésel, o la biomasa). La sustitución de éstos por biocarburantes supone una disminución de las emisiones gaseosas contaminantes. Además, por ser biodegradables, disminuye el nivel del impacto ambiental de vertidos accidentales. Uno de los beneficios más importantes de los biocombustibles es su contribución prácticamente nula al aumento de gases con efecto invernadero en la atmósfera.

Química y Nanobiotecnología: Los avances en los conocimientos biotecnológicos está permitiendo realizar transformaciones químicas de una forma más eficiente y efectiva, utilizando enzimas o células enteras diseñadas para optimizar transformaciones conocidas y otras aún por conocer, que da lugar a productos de química básica (como el hidrógeno), biomateriales (como el propanodiol) y de química fina o bioquímicos (como las vitaminas). Así mismo, y gracias al desarrollo de la nanotecnología, se está empezando a controlar y utilizar las moléculas provenientes de los seres vivos como base para producir nuevos productos y servicios (como nuevos secuenciadores de ácidos nucleicos y proteínas, células artificiales, biosensores…).

Factorías celulares y bioprocesos: Utilizando las células como factorías y el estudio de los diferentes bioprocesos, se están produciendo todo tipo de productos de una forma más eficiente o novedosa. Como nuevas enzimas para detergentes, degradación o conservación de materiales, vitaminas, proteínas recombinantes aplicados a la salud o a la alimentación

Limpieza de contaminantes: Utilizando plantas y microorganismos se consiguen descontaminar aguas (lodos activos y digestiones anaerobias), suelos (fitorremediación) y la atmósfera (biofiltros).

Mejora de los procesos industriales: Gracias a la eficiencia de los procesos biológicos, la biotecnología ambiental logra optimizar procesos industriales tradicionales, o el desarrollo y en la generación de otros nuevos (por ejemplo el uso de la bacteria Thiobacillus ferooxidans en los procesos de extracción del cobre y oro).

Conservación de la biodiversidad: Proporcionando herramientas muy valiosas en cuanto a identificación, clasificación y preservación de la biodiversidad. Descubrimiento y caracterización de nuevas especies, especialmente de microorganismos y hongos; desarrollar y optimizar métodos para el marcaje y el monitoreo de ejemplares; conservación de la biodiversidad, especialmente en lo que se refiere a diagnósticos veterinarios y forenses aplicados a fauna silvestre; análisis de las ventajas y los riesgos para el medio ambiente de los organismos genéticamente modificados (OGM); utilización respetuosa y sustentable de la biodiversidad.

BIOTECNOLOGÍA VERDE

La biotecnología verde es aquella dedicada a dar productos y servicios en el área agroalimentaria

Organismos Modificados Genéticamente y plantas transgénicas: Gracias a los avances en ingeniería genética, es posible crear plantas transgénicas, a partir de la variedad de especies de plantas agrícolas, con multitud de nuevas capacidades: resistencia a plagas y pesticidas, resistencias a factores ambientales (sequías, salinidad, falta de luz…), aumento de la productividad o aceleración del crecimiento, contenido nutricional mejorado (con mayor cantidad de ciertas sustancias o presencia de las mismas cuando antes esa planta no las poseía), plantas como biofarmacias (con presencia de sustancias terapéuticas), etc. Las posibilidades comerciales y de desarrollo son amplísimas, con una importante direccionalidad a paliar los problemas de los países en vías de desarrollo (como el llamado “arroz dorado”).

Bacterias y levaduras transgénicas: Consiste en la misma idea, aplicada a los encargados de modificar alimentos (producción de vino, cerveza, queso…), de forma que se produzcan alimentos con características especiales (mejores características organolépticas, nuevas sustancias, mayor rango de tolerancia ambiental…) o mejorar la producción (crecimiento más rápido, mejor eficacia enzimática…)

Alimentos funcionales: Son aquellos que, sin tener capacidad terapéutica, mejoran el estado de salud o previene frente a ciertas enfermedades (vitaminas, fibra, antioxidantes, probióticos…). Cada vez están mas presentes en multitud de alimentos cotidianos.Por ejemplo; semillas de soja con niveles superiores de ácidos grasos monoinsaturados, lo que logra un aceite más sano, que resiste más las altas temperaturas, y por lo tanto permite más uso para los fritos. Productos vegetales enriquecidos en macronutrientes y en micronutrientes (vitaminas, minerales), que podrían mejorar deficiencias nutritivas especialmente en países pobres cuyas poblaciones tienen poca variedad de dietas. Incluso, si se avanza en la tecnología de transferir múltiples genes de una vez, sería posible, p. ej., enriquecer en las semillas el contenido de aminoácidos esenciales (que nuestros cuerpos no pueden fabricar por sí mismos).

Y no olvidemos que incluso muchos países africanos se están beneficiando de una biotecnología no genética, limpia, barata y efectiva: los  cultivos in vitro de tejidos y la micropropagación (práctica que consiste en multiplicar rápidamente y/o regenerar materia vegetal para producir una gran cantidad de nuevas plantas genéticamente idénticas, con métodos de laboratorio modernos) están permitiendo distribuir material de siembra libre de virus y dotado de resistencias a factores adversos.

ELABORACIÓN DE ENCURTIDOS

MATERIAS PRIMAS UTILIZADAS EN LA ELABORACIÓN DE ENCURTIDOS

 Los encurtidos son aquellos productos vegetales hortícolas que, tras ser sometidos a diversas transformaciones, tienen en común su aderezo con vinagre. Entre las especies hortícolas cultivadas para encurtir destacan: pepinillo,   cebollita,  guindilla,  rabanitos,  zanahoria,  repollo, berenjenas,  remolacha de mesa, judía verde, pimiento, tomate verde, alcaparra, coliflor y apio.

Este proceso permite preservar por más tiempo los alimentos.

La materia prima puede someterse a fermentación ácido-láctica o bien no fermentarse. También pueden elaborarse numerosos tipos de encurtidos mediante adiciones de azúcares, especias, esencias y aromas, pero siempre con presencia de vinagre, pues es la característica fundamental del encurtido.

Los encurtidos, independientemente de que se fermenten o no, pueden pasteurizarse para mejorar su conservación.

La materia prima está constituida por los frutos inmaduros de las especies anteriormente citadas. La textura de los frutos destinados a encurtir debe ser firme y éstos deberán estar exentos de sabores extraños y amargos, así como de malos olores.

El tipo de recolección es un factor muy importante para determinar la distribución de tamaños de los frutos recogidos. Mientras que la recolección manual produce mayor porcentaje de frutos pequeños, muy apreciados comercialmente y de mayor precio, la recolección mecanizada tiende a frutos de mayor tamaño, poco apreciados.

Los productos hortícolas son tejidos vivientes, con elevado contenido de agua y de morfología, composición y fisiología diversas. Las principales causas de su deterioro son los cambios metabólicos, los daños mecánicos y el ataque por pestes y enfermedades.

Los factores ambientales pueden afectar la rapidez con la que disminuye la calidad del producto. Estos incluyen temperatura, humedad relativa, composición atmosférica y exposición a la luz.

El control de la temperatura y el tiempo transcurrido desde la recolección hasta el procesamiento, son variables muy importantes que pueden afectar la calidad de la materia prima.

Se recomienda realizar el procesamiento apenas recibida la materia prima. En caso que por alguna razón no se pueda procesar (falta de madurez, saturación de línea, paro por reparaciones, etc.) es necesario almacenar la materia prima en condiciones que la protejan de cualquier contaminación y reduzcan al mínimo el deterioro.

Los contenedores y dispositivos en que se transportan las materias primas deberían ser inspeccionados durante la recepción para verificar que su estado no haya contribuido a la contaminación o deterioro de los productos.

Controle especialmente bolsas, cajas y otros tipos de contenedores de materia prima para relevar condiciones anormales, presencia de elementos sucios o descompuestos.

También deben inspeccionarse los contenedores de insumos e ingredientes líquidos, especialmente si algunos presentan pérdidas, están hinchados, rotos, rajados, roídos o dañados en general, para verificar si los materiales están en condiciones de ser usados.

Los contenedores del producto destinado a reprocesado (por ejemplo: pulpas para mermeladas) deben estar diseñados y construidos de modo que protejan el alimento de la recontaminación o adulteración. Tienen que mantenerse en adecuado estado de higiene, aplicando un procedimiento de limpieza y sanitación.

Las frutas, hortalizas e insumos que requieran su conservación previa bajo congelamiento o refrigeración deben mantenerse en este estado hasta que se tenga la certeza de su procesamiento. En estos casos la manipulación deberá hacerse con mayor cuidado debido a la sensibilidad de estos materiales, al dejar la cámara.

Investigue los motivos, origen,  etc. de la materia prima que es rechazada. Para estos casos conviene realizar un seguimiento documentado del proveedor, cambiar las condiciones de muestreo y mantener un fluido contacto informativo con el productor.

Contaminación de la materia prima

Es necesario inspeccionar las materias primas, para determinar si están limpias y aptas para el procesamiento  y elaboración de alimentos. Permanezca alerta ante la posibilidad de contaminaciones provocadas por el transporte o almacenamiento. Una materia prima contaminada puede afectar los posteriores lotes de producción si no se ajustan algunas variables de proceso o si no se extreman las medidas sanitarias.

Micotoxinas

Las materias primas y demás ingredientes que sean susceptibles a la contaminación fúngica presentan la posibilidad de estar contaminados con micotoxinas. Estas sustancias derivan del metabolismo natural de los hongos y pueden ser altamente peligrosas para la salud humana.

La posibilidad de contaminación con estas sustancias se evita a partir del rechazo de toda materia prima que presente contaminación con hongos, o por lo menos asegurándose de que la partida cumple con los reglamentos, pautas y niveles máximos admitidos para este tipo de sustancias peligrosas.

En estos casos se recomienda comprar la materia prima y demás ingredientes con la documentación del proveedor, que certifica que la partida se encuentra en condiciones, o bien incrementar los controles que el establecimiento aplica en forma habitual a estos fines.

Riesgo Microbiano

La contaminación microbiana de frutas y hortalizas destinadas a la elaboración de conservas puede dar lugar a la alteración de los productos, aún cuando se hayan respetado totalmente las indicaciones de elaboración.

Este inconveniente surge cuando los tratamientos térmicos que se practican para producir la esterilidad comercial de la conserva, no son suficientemente efectivos para controlar niveles anormalmente altos de carga microbiana.

Es preferible prevenir la contaminación microbiana de frutas y hortalizas, antes que confiarse de las acciones destinadas a combatir dicha contaminación una vez que se ha producido.

Existen para ello una serie de principios esenciales que deben ser tenidos en cuenta para reducir al mínimo el riesgo microbiano en los alimentos. A través de estos cuidados se intenta asegurar la inocuidad alimentaria en el contexto de la producción, recolección, embalaje, procesamiento y transporte de la materia prima.