1.-La biotecnología en la salud humana

Presentación 

El siguiente blog tiene como propósito enseñar a los alumnos la Biotecnología 

Objetivo.
El alumno reconoce, analiza biotecnología 


Indice:

1.-Biotecnología en salud humana

2.-Biotecnología animal

3.-Biotecnología industrial 

4.-Biotecnología vegetal 

Marco teórico 

 Actividades

Competencias 

1.-La biotecnología en la salud humana

-En el campo de la salud del ser humano, la biotecnología tiene diversas aplicaciones: la alimentación, la prevención de enfermedades hereditarias, la terapia génica y la producción de sustancias terapéuticas y de vacunas.

2.-La Biotecnología Animal consiste en el conjunto de tecnologías que exploran el potencial de las células animales mediante la alteración selectiva y programada con el objetivo de obtener una mejor respuesta en todos los niveles de rendimiento. Las aplicaciones de la Biotecnología Animal tienen especial incidencia en áreas como la Biomedicina y la Veterinaria. Hasta el momento la investigación principal de la Biotecnología Animal se concentra mayormente en mamíferos por ser modelos de investigación biomédica y por su directo determinismo en explotación ganadera.

 3.-En el campo de la biotecnología industrial farmacéutica destacan varias aplicaciones:

1.- Producción de antibióticos (naturales, semisinteticos o sinteticos).

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.

4.- Producción Industrial de sueros

4-La Biotecnología es el conjunto de técnicas que utilizan organismos vivos o partes de ellos para obtener productos o modificarlos, para mejorar plantas o animales, o para desarrollar microorganismos con fines bien determinados, es decir, para la obtención de bienes y servicios. La biotecnología vegetal es la específica de las plantas.

Según el Convenio sobre la Diversidad Biológica (CDB) de 1992: es toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos y sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos, para usos específicos.

La biotecnología comprende conocimientos de muchas áreas de la ciencia como agricultura, bioquímica, biología celular y molecular, inmunología, virología, industria de alimentos, fisiología vegetal, salud…

BIOTECNOLOGÍA: MARCO TEÓRICO

MARCO TEORICO

La historia de la biotecnología puede dividirse en cuatro períodos.

El primero corresponde a la era anterior a Pasteur y sus comienzos se confunden con los de la humanidad. En esta época, la biotecnología se refiere a las prácticas empíricas de selección de plantas y animales y sus cruzas, y a la fermentación como un proceso para preservar y enriquecer el contenido proteínico de los alimentos. Este período se extiende hasta la segunda mitad del siglo XIX y se caracteriza como la aplicación artesanal de una experiencia resultante de la práctica diaria. Era tecnología sin ciencia subyacente en su acepción moderna.

La segunda era biotecnológica comienza con la identificación, por Pasteur, de los microorganismos como causa de la fermentación y el siguiente descubrimiento por parte de Buchner de la capacidad de las enzimas, extraídas de las levaduras, de convertir azúcares en alcohol. Estos desarrollos dieron un gran impulso a la aplicación de las técnicas de fermentación en la industria alimenticia y al desarrollo industrial de productos como las levaduras, los ácidos cítricos y lácticos y, finalmente, al desarrollo de una industria química para la producción de acetona, "butanol" y glicerol, mediante el uso de bacterias.

La tercera época en la historia de la biotecnología se caracteriza por desarrollos en cierto sentido opuestos, ya que por un lado la expansión vertiginosa de la industria petroquímica tiende a desplazar los procesos biotecnológicos de la fermentación, pero por otro, el descubrimiento de la penicilina por Fleming en 1928, sentaría las bases para la producción en gran escala de antibióticos, a partir de la década de los años cuarenta. Un segundo desarrollo importante de esa época es el comienzo, en la década de los años treinta, de la aplicación de variedades híbridas en la zona maicera de los Estados Unidos ("corn belt"), con espectaculares incrementos en la producción por hectárea, iniciándose así el camino hacia la "revolución verde" que alcanzaría su apogeo 30 años más tarde.

La cuarta era de la biotecnología es la actual. Se inicia con el descubrimiento de la doble estructura axial del ácido "deoxi-ribonucleico" (ADN) por Crick y Watson en 1953, seguido por los procesos que permiten la inmovilización de las enzimas, los primeros experimentos de ingeniería genética realizados por Cohen y Boyer en 1973 y aplicación en 1975 de la técnica del "hibridoma" para la producción de anticuerpos "monoclonales", gracias a los trabajos de Milstein y Kohler.

Estos han sido los acontecimientos fundamentales que han dado origen al auge de la biotecnología a partir de los años ochenta. Su aplicación rápida en áreas tan diversas como la agricultura, la industria alimenticia, la farmacéutica, los procesos de diagnóstico y tratamiento médico, la industria química, la minería y la informática, justifica las expectativas generadas en torno de estas tecnologías. Un aspecto fundamental de la nueva biotecnología es que es intensiva en el uso del conocimiento científico. En el período anterior a Pasteur, la biotecnología se limitaba a la aplicación de una experiencia práctica que se transmitía de generación en generación. Con Pasteur, el conocimiento científico de las características de los microorganismos comienza a orientar su utilización práctica, pero las aplicaciones industriales se mantienen fundamentalmente como artesanales, con la excepción de unas pocas áreas en la industria química y farmacéutica (como la de los antibióticos), en las cuales se inicia la actividad de I y D en el seno de la corporación transnacional.

Las nuevas biotecnologías pueden agruparse en cuatro categorías básicas:

· Técnicas para el cultivo de células y tejidos.

· Procesos biotecnológicos, fundamentalmente de fermentación, y que incluyen la técnica de inmovilización de enzimas.

· Técnicas que aplican la microbiología a la selección y cultivo de células y microorganismos.

· Técnicas para la manipulación, modificación y transferencia de materiales genéticos (ingeniería genética).

Aunque los cuatro grupos se complementan entre sí, existe una diferencia fundamental entre los tres primeros y el cuarto. Los primeros se basan en el conocimiento de las características y comportamiento y los microorganismos y en el uso deliberado de estas características (de cada organismo en particular), para el logro de objetivos específicos en el logro de nuevos productos o procesos. La enorme potencialidad del último grupo se deriva de la capacidad de manipular las características estructurales y funcionales de los organismos y de aplicación práctica de esta capacidad para superar ciertos límites naturales en el desarrollo de nuevos productos o procesos.

Desde un punto algo diferente, es posible agrupar las tecnologías que forman parte de la biotecnología en los seis grupos siguientes:

· Cultivos de tejidos y células para: la rápida micropropagación "in vitro" de plantas, la obtención de cultivos sanos, el mejoramiento genético por cruza amplia, la preservación e intercambio de "germoplasma", la "biosíntesis" de "metabolitos" secundarios de interés económico y la investigación básica.

· El uso de enzimas o fermentación microbiana, para la conservación de materia primas definidas como sustratos en determinados productos, la recuperación de estos productos, su separación de los caldos de fermentación y su purificación final.

· Tecnología del "hibridoma", que se refiere a la producción, a partir de "clones", de anticuerpos de acción muy específica que reciben el nombre de anticuerpos "monoclonales".

· Ingeniería de proteínas, que implica la modificación de la estructura de las proteínas para mejorar su funcionamiento o para la producción de proteínas totalmente nuevas. · Ingeniería genética o tecnología del "ADN", que consiste en la introducción de un "ADN" híbrido, que contiene los genes de interés para determinados propósitos, para capacitar a ciertos organismos en la elaboración de productos específicos, ya sean estos enzimas, hormonas o cualquier otro tipo de proteína u organismo.

· Bioinformática, que se refiere a la técnica basada en la utilización de proteínas en aparatos electrónicos, particularmente sensores biológicos y "bioships"; es decir, "microchips" biológicos, capaces de lógica y memoria.

A diferencia de la primera clasificación, que señala las técnicas propiamente tales, la segunda se refiere también a las actividades económicas en las que se hace uso de dichas tecnologías. La nueva biotecnología crea nuevos procesos y nuevos productos en diversas áreas de la economía.

Como estos procesos se basan en los mismos principios, ya sea que se apliquen en un sector económico o en otro, ello introduce cierto grado de flexibilidad, ya que permite la movilidad entre diferentes sectores. Por ejemplo, los procesos de fermentación pueden aplicarse para la producción, en gran escala, de alcohol o de antibióticos como la penicilina, o en escalas menores para la producción de aminoácidos o en la industria farmacéutica. Esto facilita la movilidad de factores productivos y tiene impacto sobre la calificación de la mano de obra, la cual, aun cuando deberá adaptarse a este nuevo perfil tecnológico (tanto en términos cuantitativos como cualitativos) posiblemente logre al mismo tiempo una mayor facilidad de empleo. A nivel mundial el interés por la biotecnología es indudable, como se ve a través del frecuente abordaje de tales temas en los periódicos, libros y medios de comunicación.

Algunos descubrimientos útiles serán una consecuencia directa del uso de las técnicas de ingeniería genética que logren transferir determinados genes (a veces incluso genes humanos) a un determinado microorganismo apropiado, para hacer el producto que es precisamente requerido en el mercado. Determinadas proteínas humanas y algunos enzimas requeridos en Medicina se conseguirán de esta forma, en el futuro. Otros muchos beneficios, serán el resultado de la fabricación mediante técnicas de fermentación, de anticuerpos específicos para fines analíticos y terapéuticos. Estos anticuerpos monoclonales se producirán mediante el crecimiento de células en grandes tanques de cultivo, utilizando el conocimiento biotecnológico adquirido por el cultivo de microorganismos en grandes fermentadores, como por ejemplo la producción de antibióticos como la penicilina.

Se están desarrollando en la actualidad importantes descubrimiento y aplicaciones comerciales en cada uno de los campos de la Biotecnología, incluyendo las que tienen lugar en las industrias de fermentación, la biotecnología de los enzimas y células inmovilizadas, el tratamiento de residuos y la utilización de subproductos. Aquellos procesos que resulten productivos serán útiles a la sociedad, atractivos para la industria por motivos comerciales y en algunos casos recibirán el apoyo de los respectivos gobiernos.

Una gran potencialidad de la biotecnología se da en el campo de la investigación y el desarrollo científico, ya que proporciona herramientas que permiten una mejor comprensión de los procesos fisiológicos, por ejemplo, del sistema inmuno-defensivo, o que reducen, en forma considerable, los plazos de la I y D, facilitando así los procesos de innovación tecnológica. A su vez, con el advenimiento de nuevas técnicas en el campo biológico, la actividad de la I y D en este campo tiende a hacerse cada vez más científica y menos empírica, acentuándose así las características de intensidad científica propias de la biotecnología. Resulta claro que siendo la biotecnología un sistema de diversas innovaciones científico-tecnológicas interrelacionadas, no todas ellas evolucionan al mismo ritmo.

Las condiciones de mercado, las expectativas de beneficios, aspectos organizativos y de gestión, entre otros, favorecen la rápida puesta en marcha y difusión de algunas de estas tecnologías, relegando a otras. La literatura sobre la innovación tecnológica acostumbra distinguir entre aquellas innovaciones que surgen como respuesta a una situación de mercado, y a expectativas de beneficios económicos, de aquéllas que se originan en el área de I y D como resultado de un proceso continuo y acumulativo de desarrollo científico-tecnológico. En el primer caso se habla de "demand or market-pull" y en el segundo, de "technological-push".

Ha sido frecuente, en los últimos tiempos, señalar el láser y la biotecnología como ejemplos del segundo tipo de innovación. Es decir, descubrimientos científicos a los que se arriba sin una aplicación específica predeterminada en mente, pero que luego encuentran una gama considerable de aplicaciones prácticas. Sin embargo, pareciera más correcto considerar ambos factores, el inherente proceso científico-tecnológico y aquél que corresponde a incentivos económicos, como complementarios. Así, en el caso de la biotecnología, aun cuando ésta nace en el ámbito de la I y D, de las muchas aplicaciones posibles, las que se desarrollan primero son aquellas que ofrecen expectativas de importantes beneficios económicos en un plazo más o menos breve.

En la agricultura, la biotecnología se orienta a la superación de los factores limitantes de la producción agrícola a través de la obtención de variedades de plantas tolerantes a condiciones ambientales negativas (sequías, suelos ácidos), resistentes a enfermedades y pestes, que permitan aumentar el proceso fotosintético, la fijación de nitrógeno o la captación de elementos nutritivos. También se apunta al logro de plantas más productivas y/o más nutritivas, mediante la mejora de su contenido proteínico o aminoácido.

Actividades

OBJETIVOS: • Rever los conceptos introducidos en la sección teórica. • Conocer cómo se aplican los conocimientos de biotecnología a la salud. • Reflexionar acerca de las ventajas de la aplicación de proteínas recombinantes y otros productos biotecnológicos en la industria farmacológica. DESTINATARIOS Y CONCEPTOS RELACIONADOS : El tema abordado en este cuaderno y las Actividades relacionadas se pueden aplicar a alumnos de EGB y de Polimodal. Es posible incluirlo al estudiar conceptos vinculados con: salud, higiene, transmisión de enfermedades, enfermedades infecciosas y enfermedades genéticas, sistema inmunológico, respuesta inmune, diagnóstico, prevención y tratamiento de enfermedades, vacunación, antibióticos, biotecnología e ingeniería genética. En el nivel Polimodal es posible ampliar el tema de los microorganismos genéticamente modificados y vincularlo con otros temas tales como la estructura y función del ADN, síntesis de proteínas, técnicas de ingeniería genética (marcadores moleculares, PCR). Actividad 1. Repaso de conceptos Responder a las siguientes preguntas 1.¿Cómo fue variando a lo largo del tiempo la relación entre el hombre y su salud? Rta. La “medicina” pasó de las creencias y prácticas religiosas y mágicas (que aún hoy se mantienen) hasta un mayor conocimiento del organismo y una intervención más detallada, basada en los componentes moleculares, la experimentación, la vacunación, el desarrollo de antibióticos, y las prácticas basadas en la ingeniería genética. 2.¿Qué relación hay entre el desarrollo de la biología molecular, el estudio del genoma humano y las investigaciones en el área de la salud? Rta: Con el advenimiento de la biotecnología moderna y el estudio del genoma humano se acelerará la identificación de los genes causantes de enfermedades. Esto facilitará el desarrollo de herramientas diagnósticas para detectar estas enfermedades, así como la producción de fármacos para tratarlas. 3.¿Qué significa “ADN fingerprints” y cómo se relaciona con las huellas dactilares que habitualmente se emplean para reconocer a un individuo? Rta. Este concepto se refiere a la identidad molecular, más precisamente a la particularidad del ADN de un individuo que lo hace único y permite diferenciarlo del resto. En la actualidad se utilizan con este fin las huellas digitales que también difieren entre seres humanos, pero el análisis de ADN es más preciso y útil en determinados casos. 4.¿Qué es la PCR y cómo se utiliza en el diagnóstico de enfermedades? Rta: La PCR (“Reacción en Cadena de la Polimerasa”) es una técnica que permite tener una gran cantidad de copias de un segmento de ADN determinado. Se utiliza, entre otras cosas, para detectar infecciones virales, bacterianas o fúngicas al copiar secuencias específicas de ADN de estos microorganismos infecciosos. 5.¿Cuáles son los sistemas en los que se producen actualmente las proteínas recombinantes? Dar algunos ejemplos de proteínas recombinantes producidas en estos sistemas. Rta: Bacterias (E. coli), levaduras y cultivo de células de mamífero). Los ejemplos se encuentran detallados en la sección teórica y en el cuaderno Nº 49. 6.¿A qué se llama “Granja farmacológica”? Rta: Se denominó “Granja farmacológica” a los animales de granja transgénicos (ovejas, vacas, cerdos, cabras, gallinas, conejos, etc.) utilizados como fábricas de productos farmacológicos recombinantes (por ejemplo, la producción de la hormona de crecimiento humana en la leche de terneras) 7.¿Qué es un antibiótico y que aporta la biotecnología a su desarrollo? Rta: Los antibióticos son sustancias antimicrobianas (inhiben el crecimiento de otros microorganismos) y, originalmente, eran el producto del metabolismo secundario (se produce cuando el microorganismo deja de crecer) de hongos y bacterias. Como suelen generarse en concentraciones muy bajas, una vez elegidas las bacterias productoras, y utilizando técnicas biotecnológicas, se pueden mejorarlas en el laboratorio para que produzcan antibiótico en mayor cantidad. 8.¿Qué es una vacuna? ¿Cuál es la diferencia entre las vacunas tradicionales y las recombinantes? Rta: Las vacunas son sustancias que, al ser administradas, otorgan inmunidad permanente contra algún agente patógeno específico. Las vacunas tradicionales son preparadas a base del agente que causa la enfermedad, pero en un estado no patogénico, en cambio, las vacunas recombinantes son producidas por ingeniería genética, basadas en la molécula de ADN y en las secuencias de aminoácidos que contienen la información genética con la cual el organismo patógeno produce la enfermedad. 9.¿Qué es una vacuna comestible? Rta: Es un alimento transgénico (yogur, frutas, hortalizas, etc) que contiene una proteína que, al se ingerida, desencadena inmunidad contra alguna enfermedad específica. Actividad 2. Completar el texto Se propone completar el texto con los siguientes términos: Hepatitis B, ADN, microorganismos, química, ingeniería genética, antibióticos, hormona de crecimiento humano, mutación, enfermedades infecciosas, biotecnología, hereditarios, fermentación, insulina humana, antibióticos. Desde que se descubrió la penicilina, la ………………. ha desempeñado un papel de vital importancia en el tratamiento de las enfermedades humanas. La penicilina, como muchos otros ………………….., son producidos naturalmente por ……………………….. Para producirla en cantidades comerciales, se hace crecer a los microorganismos en recipientes especiales para que se produzca el proceso de …………………………….. Sin embargo, muchos de los antibióticos que el hombre requiere no se producen exactamente de la manera en que los necesitamos. En el pasado, los científicos debían esperar que ocurriera una……………………. (cambio en la secuencia de ADN) accidentalmente para obtener la versión ideal o debían utilizar técnicas de síntesis………………….. para poder modificar el producto natural. En la actualidad, gracias a la ………………. ……………………, los científicos en ocasiones pueden alterar el …………… de microorganismos existentes para producir una gran cantidad de ………………………… con la estructura química deseada. Actualmente también se produce una serie de otros productos farmacéuticos a partir de microorganismos modificados por la ingeniería genética, que incluyen por ejemplo, la……........ ............ y ………………… …… ………………………… …………………………… (que se utilizan para el tratamiento de la diabetes y algunas formas de enanismo, respectivamente). La biotecnología también puede ser de ayuda para el diagnóstico de……………………… ………………………… y de trastornos……………………… y el desarrollo de vacunas, por ejemplo contra la……………………………. Respuesta: Desde que se descubrió la penicilina, la biotecnología ha desempeñado un papel de vital importancia en el tratamiento de las enfermedades humanas. La penicilina, como muchos otros antibióticos, son producidos naturalmente por microorganismos. Para producirla en cantidades comerciales, se hace crecer a los microorganismos en recipientes especiales para que se produzca el proceso de fermentación. Sin embargo, muchos de los antibióticos que el hombre requiere no se producen exactamente de la manera en que los necesitamos. En el pasado, los científicos debían esperar que ocurriera una mutación(cambio en la secuencia de ADN) accidentalmente para obtener la versión ideal o debían utilizar técnicas de síntesis química para poder modificar el producto natural. En la actualidad, gracias a la ingeniería genética, los científicos en ocasiones pueden alterar el ADN de microorganismos existentes para producir una gran cantidad de antibióticos con la estructura química deseada. Actualmente también se produce una serie de otros productos farmacéuticos a partir de microorganismos modificados por la ingeniería genética, que incluyen por ejemplo, la insulina humana yhormona de crecimiento humano (que se utilizan para el tratamiento de la diabetes y algunas formas de enanismo, respectivamente). La biotecnología también puede ser de ayuda para el diagnóstico deenfermedades infecciosas y de trastornos hereditarios y el desarrollo de vacunas, por ejemplo contra la hepatitis B. Actividad 3. Completar esquema Insulina recombinante A los pacientes con diabetes se les debe inyectar insulina varias veces al día. En 1982 se autorizó la comercialización de insulina obtenida mediante ingeniería genética. Gracias a las nuevas técnicas, la insulina se fabrica ahora en grandes cantidades y está disponible para todas las personas. 1.Analizar la siguiente ilustración que muestra cómo se elabora la insulina recombinante y completar los cuadros en blanco con los siguientes términos Escherichia coli, plásmido bacteriano, insulina, gen de la insulina humana, insulina humana purificada, bacteria E. coli recombinante Competencias Las competencias son el conjunto, identificable y evaluable de conocimientos, actitudes, valores, habilidades y destrezas, relacionados entre sí, que permitirán al estudiante el ejercicio de la actividad profesional conforme a las exigencias y estándares utilizados en el área ocupacional correspondiente. Todos los máster de la Universidad de Almería contemplan, de forma explícita, dos tipos de competencias: Las competencias genéricas incluidas en el Real Decreto 1393/2007, de 29 de octubre, por el que se establece la ordenación de las enseñanzas universitarias oficiales. Las competencias específicas del título. Estas competencias se detallan en la memoria del título, y están relacionadas con las disciplinas propias de éste. Parte de estas competencias pueden haber sido consensuadas a nivel andaluz, o, en determinados títulos, venir reglamentadas a nivel estatal. Competencias generales Poseer y comprender conocimientos: Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos que amplían y mejoran los asociados al primer ciclo, lo que les aporta una base o posibilidad para ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación. Aplicación de conocimientos: Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudios. Capacidad de emitir juicios: Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios. Capacidad de comunicar y aptitud social: Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones –y los conocimientos y razones últimas que las sustentan – a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades. Habilidad para el aprendizaje: Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.