BIOTECNOLOGIABIOTECNOLOGIA

OBJETIVOS

El alumno analizará y diferenciará los conceptos de Biotecnología, Bioingeniería Y Fermentación El alumno conocerá cuál ha sido el desarrollo de la Biotecnología, así como su perspectiva de crecimiento.El alumno conocerá la importancia de los microorganismos en los procesos biotecnológicos industriales El alumno analizará las características de un microorganismo para ser candidato a emplearse en procesos industriales

En términos generales, la Biotecnología se puede definir como un conjunto de técnicas en que se utilizan organismos vivos, partes de ellos o moléculas derivadas de organismos vivos para fabricar o modificar productos. además, comprende aquellas técnicas de modificación genética de variedades de plantas, animales o microorganismos para su utilización con un propósito específico.

Definición de la Biotecnología

La Biotecnología es una actividad multidisciplinaria que comprende la aplicación de los principios científicos y de la Ingeniería al procesamiento de materiales por agentes biológicos para proveer bienes y servicios.

Agentes biológicos: células microbianas, animales, vegetales y enzimas.

Bienes: cualquier producto industrial relacionado con alimentos, bebidas, productos medicinales, etc.

Servicios: purificación de aguas y tratamiento de efluentes.

BIOTECNOLOGIA

MICROBIOLOGIA

BIOLOGIA MOLECULAR

GENETICA BIOLOGIA CELULAR INGENIERIA

QUIMICA

BIOQUIMICA

INDUSTRIAFARMACEUTICA

MEDIO AMBIENTE

INDUSTRIAQUIMICA

DIAGNOSTICOMEDICO

AGRICULTURA

FERMENTACIONES

INDUSTRIA ALIMENTICIA

La Microbiología Industrial puede definirse diciendo que es la parte de la Microbiología que se ocupa de las aplicaciones industriales de los microorganismos

MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL

Dentro de la Biotecnología, la BIOINGENIERIA se relaciona con la utilización de reactores y procesos, donde mediante el uso de organismos se generan productos de interés para el hombre (antibióticos, alimentos, bebidas, enzimas, productos industriales obtenidos por fermentación, cultivos celulares).

BIOINGENIERIA

BIOINGENIERIA

En el sentido más amplio de la palabra BIOINGENIERIA, se entiende EL DISEÑO Y DISPOSITIVOS QUE IMITAN O SE INSPIRAN EN “INVENTOS DE LA VIDA”

BIOTECNOLOGIA

MICROBIOLOGIA

BIOLOGIA MOLECULAR

GENETICA BIOLOGIA CELULAR

BIOQUIMICA

INDUSTRIAFARMACEUTICA

MEDIO AMBIENTE

INDUSTRIAQUIMICA

AGRICULTURA

FERMENTACIONES

INDUSTRIA ALIMENTICIA

BIOINGENIERIA

FERMENTACIONTradicionalmente se ha utilizado la palabrafermentación en Biotecnología para describir los procesos de cultivo de microorganismos con propósitos industriales. Sin embargo, no hay que confundir esta utilización del térmico con el proceso bioquímico de fermentación consistente en la regeneración del poder reductor (NADH) por un procedimiento no oxidativo

¿Dónde interviene la BIOINGENIERIAen un Proceso de Fermentación?

UP STREAM

BIOREACTOR

DOWN STREAM

Agitación, calentamiento, esterilización

Aireación, agitación, calentamiento,esterilización, régimen de operación.ETAPA DE FERMENTACION

Separación, purificación, tratamientode efluentes

CRONOLOGIA - PRODUCTOS

ERA PRE-PASTEUR (Antes de 1865)Vino, cervezaQueso, yogurtOtros productos fermentados

ERA PASTEUR (1865-1940)Etanol, butanol, acetona, glicerolAcido cítricoTratamiento aerobio de aguas residuales

ERA ANTIBIOTICOS (1940-1960)Penicilina (Fermentación sumergida)Gran variedad de antibióticosVacunas para virus Transformación microbiana de esteroides

CRONOLOGIA - PRODUCTOS

ERA POS-ANTIBIOTICOS (1960-1975)AminoácidosProteína unicelularEnzimas (detergentes)Tecnología de inmovilización, enzimas y células(glucosa isomerasa)Tratamiento anaerobio de aguas residuales (biogas)Polisacáridos bacterianos (xantana)Gasol

ERA DE LA NUEVA BIOTECNOLOGIA (1975- )Tecnología del hibridoma (Anticuerpos monoclonales)Pruebas de diagnóstico con monoclonales (1980)Ingeniría genética (1974)Insulina humana (1982)

EJEMPLOS DE PRODUCTOS BIOOTECNOLOGICOS

Impacto en la Agricultura

Jitomate con mayor vida de anaquel(FlavrSavr Tomato)

Soya resistente a herbicidas(Roundup Ready Soybean)

Plantas resistentes a insectos

Arroz con un mayor contenido de vitamina A(Golden Rice)

Quimosina transgénica

Source: Chr. Hansen

Enzima usada en productos lácteosGen de levaduraCultivada de bacteria modificada genéticamente

Reemplaza a la enzima de los terneros

Source: Rent Mother Nature

Incrementa producción de lecheGen de vacaCultivada de bacteria modificada genéticamenteReemplaza proteína recuperada de glándulaspituitarias de la matanza de vacas

bST (Somatropina bovina)

Productos transgénicos de bacterias y animales

Aplicaciones ambientales

Biorremediación

Indicador de bacteria

Limpieza de sitios contaminadosUso de microbios diseñados para degradarla contaminación

Detección de contamination en el medio ambienteMicrobios sensibles a ciertos contaminantes

Biotecnología y Salud

Producto Uso

Insulina Diabetes

Interferon Cancer

Interleucina Cancer

Hormona humana del crecimiento

Dwarfismo

Proteínas neuroactivas Dolor

¿Qué es la Biofarmacia?Definición

Crecimiento de cultivos transgénicos de plantas que expresan Productos farmacéuticos

Ejemplos:DrogasAnticuerposProteínas

Reducción de costos• Sistema animal: 1000 - 5000 USD/g proteína• Sistema vegetal: 1 – 10 USD/g proteína

Source: The Roanoke Times, 2000

Vacunas – Un sueño de la BiofarmaciaVegetales serviendo a las necesidades de salud humana

• Un gen de proteína patógena se clona• SE inserta el gen en el AND de una planta (papa, plátano, jitomate)• El humano se come la planta• El cuerpo produce anticuerpos contra la proteína patógena• El humano está “inmunizado” contra el patógeno• Ejemplos:

DiarreaHepatitis BSarampión

Caída de dientes

Salud en el futuro-relacionada con la Biotecnología

VacunasHerpeshepatitis CSIDAmalaria

Streptococcus mutans, bacteria bucallibera ácido láctico que destruye el esmalte

Streptococcus mutans modificado que nolibera ácido láctico

¿ Qué etapas se necesitan para generar un producto farmacéutico utilizando Biotecnología?

IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS

PROCESOS INDUSTRIALES

¿Por qué es importante un microorganismo en un proceso

industrial?

¿Qué ventaja representa?

IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES

Elaboran productos que no se obtienen por otros métodos o se obtienen con mas dificultadRepresentan sistemas catalíticos sofisticados capaces de operar a condiciones normales de presión de temperatura (1 atmósfera y temperatura ambiente).Se pueden manipular en fermentadoresSe pueden mejorar genéticamente

Elaboran productos que no se obtienen por otros métodos o se obtienen con mas dificultadRepresentan sistemas catalíticos sofisticados capaces de operar a condiciones normales de presión de temperatura (1 atmósfera y temperatura ambiente).Manipulación en fermentadores a nivel industrialMejoramiento genético o adquisición de ciertas capacidades metabólicas (Biología Molecular)

IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES

Procesos limpios y soluciones a problemas de impacto ambientalProducen compuestos que inhiben el crecimiento de microorganismos patógenosEnriquecen el valor nutritivo de los alimentos y ayudan a su conservación.

IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES

REQUISITOS DE UN MICROORGANISMO A SER

EMPLEADO EN UN PROCESO INDUSTRIAL

REQUISITOS DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES

El éxito o fracaso de un proceso fermentativo comienza con el microorganismo utilizado, en la elección del mismo se deberían tener en cuenta:

1. La cepa a utilizar debe ser genéticamente estable.

2. Su velocidad de crecimiento debería ser alta.

3. La cepa debe estar libre de contaminantes, incluidos fagos.

4. Sus requerimientos nutricionales deberían ser satisfechos a partir de medios de cultivo de bajo costo.

REQUISITOS DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES

El éxito o fracaso de un proceso fermentativo comienza con el microorganismo utilizado, en la elección del mismo se deberían tener en cuenta:

5. Debe ser de fácil conservación por largos períodos de tiempo, sin pérdida de sus características particulares.

6. Debería llevar a cabo el proceso fermentativo completo en un tiempo corto.

7. Si el objetivo del proceso es un producto, éste debería ser de alto rendimiento y de fácil extracción del medio de cultivo.

¿Cuál microorganismo seleccionaría? ¿Porqué? ¿Cómo lo aislaría?

Efecto de la concentración del sustrato sobre la velocidad específica de crecimiento de dos organismos A y B