Aplicaciones de la Biotecnología

Agricultura (Manipulación Genética)

Es posible obtener plantas de interés agrícola más resistentes a plagas. El maíz transgénico (BT) lleva insertado el gen Bt (bacteria Bacillus thuringiensis) que produce una toxina insecticida mortal para el taladro del maíz (polilla plaga). Este maíz no requiere del uso de insecticidas, pero preocupan los efectos de la toxina sobre otros insectos y que el gen insertado se transfiera a otras plantas a través de la polinización.

Ganadería

Se introducen genes en el ganado con el fin de conseguir un crecimiento más rápido, o mayor calidad en la producción de carne, leche y otros productos de interés. Las especies transgénicas también pueden ser resistentes a enfermedades o aportar órganos para trasplantes.

Industria Alimentaria

Fermentación Alcohólica

El Pan

En su fabricación intervienen cepas de levadura Saccharomyces cerevisiae. Degrada el almidón de la harina por glucólisis, luego realiza la fermentación alcohólica de los azúcares para producir CO2, cuyas burbujas vuelven el pan esponjoso, y etanol, que se evapora en la cocción.

El Vino y la Cerveza

En la elaboración intervienen Saccharomyces cerevisiae, que realizan la fermentación alcohólica. En el vino, se fermentan los azúcares del zumo de la uva y en la cerveza, de la malta. En ambos casos, el alcohol producido se conserva en la bebida.

Fermentación Láctica

Intervienen bacterias Lactobacillus y Streptococcus. Se aplican técnicas muy antiguas que se cree que surgieron para conservar la leche, ya que el ácido láctico que se produce en la fermentación de la lactosa baja el pH hasta valores de entre 4 y 5, lo que evita el desarrollo de microorganismos patógenos.

El Yogur

Es leche fermentada. El ácido láctico le da su sabor y además desnaturaliza las proteínas, que precipitan confiriéndole su aspecto semilíquido.

El Queso

Parte de un requesón, que es leche con sus proteínas precipitadas mediante la renina o caseasa, una enzima proteolítica del cuajo (la secreción del tubo digestivo de las reses lactantes). También se puede cuajar la leche añadiendo bacterias lácticas como Streptococcus, que acidifican la leche y desnaturalizan proteínas. Después, el requesón resultante se deshidrata, se sala y se incuba en ambientes donde crecen bacterias y hongos que actúan sobre las proteínas.

Industria Farmacéutica

La biotecnología permite aumentar la eficacia de los procesos de obtención de fármacos. Estos se obtienen a partir de microorganismos manipulados mediante procedimientos de ingeniería genética para producir sustancias de interés. De este modo se producen vitaminas, enzimas, antibióticos como la penicilina o la estreptomicina, hormonas como la insulina, la hormona del crecimiento o los factores de coagulación, y sueros con anticuerpos específicos frente a enfermedades.

Industria Energética

Bioaceites

Se obtienen de plantaciones principalmente de girasol, soja y palma. Se usan como combustibles de motores diésel para el transporte.

Bioetanol

Se obtiene por la fermentación alcohólica de residuos agrícolas, ganaderos y urbanos.

Biogás

Compuesto por CH4 y CO2, se produce por la fermentación de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas. Se parte de residuos orgánicos como purines o subproductos agrícolas, se llevan a unos digestores en los que actúan las bacterias en ausencia de oxígeno. Se obtienen el biogás y un subproducto que sirve como abono agrícola.

Industria Química

Enzimas

Producidas por hongos y bacterias que se usan en la industria textil o para aumentar la eficacia de los detergentes (lipasas).

Otras Sustancias

Como disolventes, alcoholes, plásticos, fibras, resinas o barnices que se obtienen de seres vivos o por su acción.

Minería

Para la recuperación de minerales se recurre al bioprocesado, llevado a cabo por bacterias y hongos que actúan sobre sustancias presentes en las rocas donde el metal se encuentra impregnado. Un ejemplo es la obtención de cobre, que puede ser capturado de las rocas por la acción de algunas bacterias quimiosintéticas.

Medio Ambiente

Biorremediación

Restauración de ambientes que han sufrido algún tipo de contaminación, mediante el uso de seres vivos modificados genéticamente o no modificados. Los seres más utilizados son las bacterias, que pueden llegar a degradar prácticamente cualquier tipo de materia. Por ejemplo: se pueden utilizar ciertas cepas de Pseudomonas para la degradación de los hidrocarburos vertidos al mar en los accidentes de petroleros; o pueden utilizarse bacterias descomponedoras para el tratamiento de suelos y acuíferos contaminados por restos de explotaciones agropecuarias, bacterias capaces de secuestrar metales pesados de residuos mineros, entre otros casos.

Depuración de Aguas Residuales

Pretende eliminar de estas todos los contaminantes antes de devolverlas al medio ambiente. La depuración de agua se lleva a cabo en las EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales), en las que el agua se trata mediante microorganismos que oxidan la materia orgánica y la eliminan. Los lodos obtenidos en la decantación también son tratados con microorganismos descomponedores para obtener biogás y fertilizantes orgánicos.

Elaboración de Compost

En la elaboración de compost a partir de residuos urbanos se utilizan microorganismos descomponedores presentes en dichos residuos, pero se incrementa su eficacia al proporcionarles condiciones idóneas de humedad, temperatura y oxigenación.

Elaboración de Bioplásticos

Algunos géneros de bacterias, como, por ejemplo, Azotobacter, han sido manipuladas para favorecer su característica natural de fabricar, como productos de su metabolismo, polímeros plásticos biodegradables y menos contaminantes que los producidos a partir del petróleo.

Recuperación de Especies en Peligro de Extinción

Mediante técnicas de clonación reproductiva se puede contribuir a reducir la pérdida de biodiversidad, recuperando especies que estaban en riesgo de desaparecer, como el muflón de Cerdeña. Incluso se plantea la recuperación de especies ya desaparecidas, como el bucardo o Capra pyrenaica pyrenaica, el tigre de Tasmania o el mamut lanudo.

Terapia Génica

Tratamiento de enfermedades genéticas a partir de la modificación del ADN de los tejidos afectados. Para que se pueda aplicar una terapia génica, tienen que darse tres condiciones:

• El daño genético afecte solo a un tejido.
• La alteración afecte a un gen concreto.
• La expresión de ese gen no esté modulada por señales celulares.

Se pueden aplicar tres tipos de técnicas:

1. La inserción génica. Consiste en introducir, en las células afectadas por el daño genético, fragmentos de ADN con funciones específicas.
2. La cirugía génica. Consiste en extraer, reparar o inactivar el gen defectuoso mediante herramientas de edición genética.
3. El silenciado de genes. Consiste en evitar que genes que codifican para proteínas perniciosas se expresen. Para ello, se actúa sobre los ARN mensajeros correspondientes a dichos genes, haciendo que hibriden con una sonda específica que se introduce en las células. Así, los ARN mensajeros no se expresan y las proteínas no se producen.

La forma de realizar la terapia será diferente si se hace en la persona afectada o en el laboratorio. Según esto, se distinguen tres tipos de terapia génica:

1. In situ. Genes introducidos directamente en tejidos de la persona enferma mediante una jeringuilla convencional o un inyector de genes.
2. In vivo. Genes deseados se introducen a través de la sangre y utilizando vectores virales. Estos virus deben tener en su superficie moléculas que sean reconocidas por las células diana, a las que va destinado el gen, y que tienen en su membrana receptores específicos.
3. Ex vivo. Es la más usada. Consiste en extraer y cultivar las células de la persona afectada y realizar en ellas las intervenciones genéticas pertinentes. Después, estas células se pueden reintroducir en esa persona mediante inyecciones o cirugía.

Fundamentos de Inmunología

Respuesta Humoral

Responde produciendo inmunoglobulinas o anticuerpos que se liberan al plasma sanguíneo y se unen a los antígenos de los patógenos destruyéndolos. Intervienen linfocitos B y linfocitos T colaboradores. La activación tiene lugar en tres etapas:

Etapas de la Activación

1. Reconocimiento del Antígeno por los Linfocitos B

• Los linfocitos B reconocen específicamente su antígeno, se unen mediante los anticuerpos de su membrana, y pueden reconocer también antígenos libres.
• Tras la unión antígeno-anticuerpo, los linfocitos B procesan el antígeno y lo asocian al complejo MHC. Así, las células B presentan el antígeno a los linfocitos T colaboradores.

2. Activación de los Linfocitos B y T

Los linfocitos T colaboradores, al reconocer los antígenos, estimulan mediante citoquinas a los linfocitos B. Al estimularse los linfocitos B se producen 2 fenómenos:

• La proliferación clonal: los linfocitos tienen los anticuerpos específicos frente al antígeno del patógeno invasor.
• La diferenciación de linfocitos en:
  • Células plasmáticas productoras de anticuerpos: generan y liberan a la sangre las inmunoglobulinas (anticuerpos), que ayudan a eliminar la infección.
  • Células de memoria latentes: una fracción de linfocitos no se diferencian en células plasmáticas y sobreviven en el cuerpo durante largos períodos de tiempo, constituyendo junto a algunos linfocitos T la memoria inmunitaria.

3. Destrucción del Patógeno Mediada por Anticuerpos

Las inmunoglobulinas producidas por las células plasmáticas, al detectar el antígeno, se unirán a él. Los mecanismos que se producen son:

• La opsonización por anticuerpos. Los anticuerpos producidos por las células plasmáticas actúan como opsoninas, se unen al antígeno en la superficie del patógeno y constituyen una señal para el sistema del complemento y los macrófagos, que destruirán los patógenos.
• La citotoxicidad dependiente de anticuerpo. Los anticuerpos opsonizan el patógeno mediante la unión antígeno-anticuerpo. Algunos leucocitos son capaces de reconocer los anticuerpos sobre la superficie del patógeno, lo que desencadena la liberación de productos citotóxicos que destruyen los microorganismos.

Alergias

Las reacciones pertenecen al grupo de hipersensibilidad tipo I y se denominan comúnmente alergias. Se producen como respuesta a una serie de antígenos denominados alérgenos. El mecanismo de acción es el de una respuesta humoral típica:

• Los linfocitos B, activados por los linfocitos T colaboradores, generan células plasmáticas que segregan anticuerpos específicos.
• Estos anticuerpos se unen a los receptores específicos de la superficie de los granulocitos y los basófilos, que quedan sensibilizados.
• Contactos posteriores con el mismo alérgeno provocan la unión de este a los anticuerpos en las membranas de los granulocitos, lo que activa la secreción de sustancias presentes en los gránulos citoplasmáticos. La desgranulación de estas células libera sustancias inflamatorias, como la histamina y las prostaglandinas, que pueden dañar los tejidos.

Efectos de las Sustancias

Los principales efectos de estas sustancias en los tejidos circundantes son la vasodilatación y la contracción del músculo liso:

• La Histamina

  Induce contracción del músculo liso intestinal y permeabilidad de los vasos sanguíneos.

• Las Prostaglandinas

  Producen vasodilatación y contracción del músculo liso respiratorio, bronquial y traqueal.

Choque Anafiláctico

Es una reacción que afecta a todo el organismo. Algunos fármacos, determinadas toxinas (como el veneno de algunos insectos) y algunos alimentos son los alérgenos más frecuentes que causan esta reacción.

Se caracteriza por una vasodilatación, que determina una bajada de la presión arterial, y una contracción de la musculatura lisa del organismo. El caso más grave es la contracción de la musculatura de las vías respiratorias, que puede provocar la muerte en apenas unos minutos. El fármaco más adecuado para tratar el choque anafiláctico es la adrenalina.

Enfermedad Autoinmune

Son alteraciones patológicas causadas por el sistema inmunitario, que ataca las propias células, tejidos y órganos del organismo. En condiciones normales, el sistema inmunitario distingue las moléculas y células propias de las extrañas, gracias a unos mecanismos de tolerancia inmunológica. Las EAI se producen cuando estos mecanismos fallan.

Tolerancia Inmunológica

Es la ausencia de respuesta inmunitaria contra los antígenos propios.

Deleción Clonal

Uno de los mecanismos por los que los linfocitos B y T adquieren la tolerancia inmunológica se denomina deleción clonal. Los linfocitos B inmaduros son expuestos a antígenos propios en la médula ósea y los linfocitos T inmaduros son expuestos de igual modo en el timo. Los linfocitos que reaccionan se eliminan.

Causas de las Enfermedades Autoinmunes

Algunos de los factores que influyen en su aparición son:

• Factores genéticos.
• Factores endocrinos. Los niveles muy altos de algunas hormonas influyen en el desarrollo de EAI que afectan con mayor frecuencia al sexo femenino. Por ejemplo, la artritis reumatoide.
• Factores ambientales. Algunas sustancias presentan mimetismo molecular. Un ejemplo es el desarrollo de la fiebre reumática aguda, tras la infección por un estreptococo.
• El estrés. Numerosos estudios indican que, tras problemas familiares, económicos o laborales, se produce un incremento de EAI. Por ejemplo, los brotes de psoriasis en la piel.