ÁREAS BIOTECNOLÓGICAS SON 8. Se pueden hacer dos clasificaciones de la biotecnología, una horizontal que distingue entre las técnicas utilizadas (áreas de la biotecnología) y otra clasificación vertical que se centra en los sectores de aplicación industrial. Las áreas de la biotecnología, son: • ADN recombinante (ingeniería genética), • Cultivo de tejidos vegetales, • Cultivo de células de mamífero, • Biocatalizadores, • Tratamiento y reutilización de productos residuales por métodos biotecnológicos (biorremediación), • Fermentaciones, • Obtención biotecnológica de combustibles y materia prima orgánica como alternativa al petróleo, • Ingeniería de procesos biotecnológicos.

1. ADN RECOMBINANTE E INGENIERÍA GENÉTICA La biología molecular ha hecho posible el hallazgo más importante de la biotecnología: hoy se puede separar el gen responsable de codificar la producción de ciertas sustancias y transferirlo a otro organismo hospedador y conseguir así producir más eficientemente ciertas proteínas útiles. Gracias este avance, en la actualidad se producen biotecnológicamente y a gran escala hormonas, vacunas, factores de coagulación de la sangre y enzimas. Por otra parte, • No resulta práctico cultivar células de organismos • El coste de un cultivo de células es mucho más alto que el de los cultivos microbianos. • La fuente de células de organismos superiores es mucho más limitada que la fuente de organismos unicelulares2. PLANTAS Y CULTIVO DE TEJIDOS VEGETALES Aparte de su papel clave en la producción de alimentos, las plantas son una fuente importante de materias primas y de medicamentos. En este sentido, cabe recordar que el 25% de los fármacos actuales son de origen vegetal. Finalmente, la reproducción de plantas modificadas, mediante las técnicas del replicado, ya ha sido experimentada con éxito. En la actualidad, esta tecnología ha permitido remediar carencias, mejorar especies y proporcionar resistencia a plagas y enfermedades a un buen número de especies vegetales. 3. CULTIVO DE CÉLULAS DE MAMÍFERO El primer estudio sobre la fusión espontánea de dos células somáticas diferentes para formar un heterocariota —dos o más núcleos con un solo citoplasma— fue publicado en 1960 por Barsky y sus colaboradores en Francia. Sin embargo, anteriormente ya se había observado la aparición de células polinucleadas en cultivos de tejidos de mamíferos infectados con ciertos virus .En 1975, Kohler y Milstein aplicaron esta propiedad en su famosa síntesis de anticuerpos monoclonales, obtenidos por fusión de linfocitos productores de anticuerpos con células malignas de mieloma, las cuales tienen la propiedad de reproducirse rápidamente. Los anticuerpos monoclonales y el interferón son dos ejemplos de este tipo de proteínas, las cuales son de gran importancia para la preparación de productos terapéuticos y de aplicación analítica. 4. BIOCATALIZADORES Las enzimas son los catalizadores de la naturaleza y exhiben, como todos los procesos naturales, una gran especificidad y eficiencia termodinámica. La utilización de enzimas —aisladas o en células muertas o mortecinas— tiene una gran importancia no sólo en la industria alimentaria, sino también en la producción de sustancias químicas, en sistemas analíticos y de diagnóstico, en el tratamiento de enfermedades y, por último, en la emergente industria de las tecnologías más limpias. Aplicaciones de la biotecnología en la industria 20 de 132 La utilización de las enzimas en todos estos campos ha sido posible gracias al mejor conocimiento de la función de las enzimas en los sistemas metabólicos de los seres vivos.5. BIORREMEDIACIÓN Recordemos que la biorremediación es la aplicación de la biotecnología en el tratamiento y la reutilización de productos residuales. Veamos algunas aplicaciones en este campo. . Los fangos de estas depuradoras se utilizan como biomasa para alimentación animal. También hay procesos biotecnológicos para tratar residuos sólidos urbanos (RSU) con fermentaciones aeróbicas o anaeróbicas para obtener biogás. Otro ejemplo de esta técnica son las pruebas para tratar problemas puntuales con biotecnología, por ejemplo, la digestión, con microorganismos, de las manchas de petróleo en el mar, después de un accidente de vertidos de petroleros. También en este ámbito, se realizan estudios de degradación microbiana de los residuos de celulosa para obtener biomasa (proteínas unicelulares).6. FERMENTACIÓN Los procesos fermentativos comparten con la biocatálisis el ser las formas más antiguas de la biotecnología. La fermentación es la aplicación del metabolismo microbiano para transformar una materia en productos de valor añadido. Este proceso puede producir una increíble variedad de sustancias útiles, por ejemplo: ácido cítrico, antibióticos, biopolímeros, proteínas unicelulares, etc. 7. COMBUSTIBLES Y PRODUCTOS ORGÁNICOS El petróleo es una materia prima no renovable, lo cual significa que su uso incontrolado o creciente es limitado. En cambio, la biotecnología utiliza materias renovables, motivo por el que su uso controlado puede ser infinito. Por tanto, ante el posible agotamiento del petróleo, la biotecnología pueBiotecnología 21 de 132 de aportar dos soluciones: por una parte, nuevos combustibles y, por la otra, una fuente alternativa de productos orgánicos. Por ejemplo, un proceso energéticamente económico es la utilización de los residuos de la fabricación del azúcar de caña para obtener alcohol. Otro combustible potencial obtenido biotecnológicamente es el metano, que proviene de la fermentación de residuos agrícolas (biogás).

8. INGENIERÍA DE PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS De la aplicación de las técnicas de la ingeniería química a los procesos biotecnológicos ha surgido la ciencia de los bioreactores, un área técnica vinculada tanto a la ingeniería química como a la biología, la microbiología y a la bioquímica que engloba el estudio y diseño de reactores de lecho fijo, sondas de control de pH y temperatura, bombas dosificadoras de reactivos y de aireación; el diseño de agitadores; el estudio de los diferentes métodos de inmovilización de enzimas y microorganismos, y el diseño de diferentes filtros. El conjunto de todas estas técnicas ha venido a denominarse ingeniería de procesos. los organismos vivos con los que trabaja la biotecnología. Algunos ejemplos de estos procesos son: la recolección, el pretratamiento y filtrado de las materias primas; el diseño del reactor; la recuperación y reutilización de los biocatalizadores; la extracción y el aná- lisis de los productos; el tratamiento de los efluentes, y el reciclado de las aguas.

FERMENTACIÓN INDUSTRIALCONSERVACIÓN INOCULOS

El problema de trabajar con microorganismos es su bajo tiempo de vida, ya que para poder trabajar con ellos son necesarias sucesivas generaciones del organismo que se mantengan idénticas entre sí. Esto puede presentar una serie de problemas

1. SUBCULTIVOS: Es el método más fácil. Los microorganismos se mantienen como cultivo por picadura en agar o en cultivo líquido en nevera, pero presenta dos incovenientes: - Tiene elevados costes. - Peligroso:

Existe un elevado riesgo de contaminación y de mutación, 2. ESPORULACIÓN: Solo se puede usar en microorganismos esporulantes. En estos

organismos habrá suficiente con inducir la esporulación Las esporas se almacenan entonces en un medio mineral, estéril y seco, para que no germinen.

3. ALMACENAMIENTO POR CONGELACIÓN: Un descenso de la temperatura de 10º C supone un descenso de la velocidad metabólica del 50%. A temperaturas de ultracongelación el metabolismo estará totalmente frenado, incluso la actividad química.

4.LIOFILIZACIÓN: . Es el mejor método de conservación existente. Conserva tan bien como la congelación, pero presenta la ventaja de que no es necesaria la conservación a bajas temperaturas, con lo que resulta más barato y seguro. En la liofilización o desecación por congelación trabajamos sobre el punto triple del agua, para pasar del estado sólido al gaseoso sin pasar por el líquido, en un proceso de sublimación. MEDIOS DE CULTIVOLos medios de cultivo usados para hacer crecer los microorganismos han de tener todos los elementos necesarios en la forma y las proporciones adecuadas para la síntesis de material celular y la producción de metabolitos. En un laboratorio se pueden usar productos químicos, de composición conocida, para la obtención de medios de cultivo, que son medios sintéticos, pero en las fermentaciones industriales los medios han de ser lo más baratos posibles.I. Un medio de cultivo óptimo y más o menos equilibrado es obligatorio para

conseguir la máxima producción. Es necesario por lo tanto optimizar los medios industriales.

II. Control de calidad. Los medios se diseñan para conseguir la máxima producción. En todos los casos, los nuevos sustratos han de ser evaluados precisamente antes de iniciar la producción industrial, mediante fermentaciones prueba.

III. Represión por el catabolito. Consiste en la represión de la síntesis de determinadas proteínas como consecuencia de la presencia de una determinada fuente de carbono y energía, como puede ser la glucosa.

Sustratos usados como fuente de Carbono y de Nitrógenoson las fuentes de energía por excelencia en la industria de la fermentación. Por razones económicas, la glucosa o la sacarosa son usadas muy raramente como única fuente de C, Los sustratos usados más abundantemente en las fermentaciones son:

Melazas. -Extracto de malta. -Almidón y dextrinas. - Líquidos sulfíticos de las papeleras. - Celulosa.

Fuentes de Carbono y energía diferentes de los carbohidratos- Aceites vegetales, - Etanol. - Alcanos.

En lo que respecta a los sustratos usados como fuentes de nitrógeno, en muchos procesos industriales se usan los siguientes. - NH4+, sales, urea o NH4+ gaseoso. - Líquido de maceración del maíz. - Extracto de levaduras. - Peptonas. PROSPECCIÓN Y MEJORA: En el momento de fabricar un producto o proporcionar un servicio, se ha de encontrar un microorganismo que permita realizar este procesoEl protocolo clásico que se ha de seguir para realizar la mejora deseada consta de 3 PASOS: PROSPECCIÓN, SELECCIÓN Y MEJORA.Características generales: 1. Tiene que estar disponible en cultivo puro, libre de otros organismos. 2. Tiene que ser capaz de producir fácilmente células vegetativas y/oesporas u otras unidades de propagación, para aumentar su valor. 3. Tiene que crecer vigorosamente una vez introducida en el fermentador, ya que no todos los organismos crecen adecuadamente en volúmenes grandes, y usar sustratos baratos. 4. Tiene que formar un producto conveniente, preferiblemente uno solo, fácilmente recuperable y, si es posible, en ausencia de productos colaterales tóxicos. 5. Tiene que producir la sustancia deseada en un tiempo corto, a ser posible menor a 3 días. 6. Es mejor si tiene protección contra posibles contaminaciones, ya sea por crecer a pH ácido, o a elevadas temperaturas,... 7. Tiene que ser modificable, mejorable mediante agentes mutagénicos, pero ha de ser genéticamente estable en ausencia de éstos. 8. Tiene que ser fácilmente conservable en períodos largos de tiempoPROSPECCIÓNLos microorganismos pueden aislarse a partir de: - Colecciones tipo o similares. - De la naturaleza. La búsqueda de fuentes de microorganismos es tan solo un primer paso del proceso de prospección. Al buscar se encuentran cepas salvajes, de las cuales alguna puede tener interés, mientras que otras no lo tendrán. Existen una serie de recomendaciones que se han de seguir-Usar medios selectivos para el tipo de organismo deseado - Usar desde el principio, o lo antes posible, el medio que se usará para la fermentación, de manera que podemos ver si se adapta. - Cultivar en unas determinadas condiciones ambientales - Detección de productos o actividades específicas.SELECCIÓNUna vez realizada la prospección tendremos cientos de cepas, de las cuales solo mantendremos unas decenas después de la selección primaria. La selección primaria está diseñada para aislar organismos potencialmente interesantes. La selección primara ideal debe cumplir una serie de requisitos. Predictiva –Barata- Sensible

Optimización del producto y del biocatalizadorUna vez tenemos el organismo que forma el producto de interés en elevada cantidad, es necesario conseguir que sea capaz de producirlo a nivel industrial. Se ha de incrementar la productividad de la cepa seleccionada, lo que puede conseguirse de dos maneras: - Modificando el medio y las condiciones de cultivo - Modificando el genoma del microorganismo.. Podemos realizar 3 tipos básicos de manipulaciones genéticas en el organismo. - Mutagénesis al azar - Fusión de protoplastos - Técnica del DNA recombinante