. BIOINGENIERÍA y necesidades humanas

3.1. Bioingeniería:

Generalidades La bioingeniería es una ciencia que tiene un campo de estudio bastante amplio. Ha llegado a crear múltiples metodologías analíticas y sintéticas, mediante la utilización de principios físicos y matemáticos, para aplicar a muchas ciencias relacionadas al mejoramiento de la vida en algunos seres vivos.

El principal enfoque de la bioingeniería es el de la salud y la medicina del ser humano; un elemento de apoyo para esta ciencia ha sido la biotecnología, ya que permite crear y modificar muchos procesos biológicos con fines determinados, como la generación de medicinas, vacunas, prótesis, etcétera. El desarrollo de la biotecnología involucra a ciencias como la física y la química.

Estas son la base para el entendimiento de muchos procesos biológicos en los cuales se van a basar sus estudios. El principal enfoque de la biotecnología es la medicina, teniendo una gran relación con la ciencia de la biología que nos ayuda a entender los procesos y ciclos biológicos de muchos organismos. Igualmente, nos ayuda a entender las relaciones entre los procesos biotecnológicos y su interacción con las metodologías de manejo y de operación en los sistemas biológicos.

3.2. Ramas de la bioingeniería

Ingeniería de bioprocesos

En la ingeniería de bioprocesos se involucra a todos los organismos vivos y sus respectivos componentes celulares para que provean bienes o servicios a los seres humanos. Cuando hablamos de bienes nos referimos principalmente a la salud y la alimentación. Salud se refiere a la generación de antibióticos, vacunas, hormonas, ácidos orgánicos, etcétera. Sin embargo, existen otros bienes, de gran aporte y que no están relacionados con la salud, como los biocombustibles. En los servicios que proveen bienes a los seres humanos, incluimos a los procesos de biorremediación, tratamiento de efluentes, entre otros. Que en una forma abreviada los podemos denominar bioprocesos.

La aplicación de esta rama a los alimentos es denominada biotecnología en alimentos. La biotecnología en alimentos incluye al ámbito social para su funcionamiento. El uso de esta biotecnología beneficia tanto al agricultor como al consumidor: Se producen cultivos con un mejor resultado y rendimiento, y los consumidores tienen más ofertas a lo largo del año.

Beneficios de la biotecnología en la actualidad: •Resistencia a las enfermedades.

•Reducción del uso de pesticidas.

•Alimentos más nutritivos.

•Tolerancia a los herbicidas.

•Cultivos de crecimiento más rápido.

•Mejor sabor y la calidad.

Se ha estudiado ampliamente la intervención de la biotecnología en varios alimentos como :

•Maíz, soja y algodón que con, las mejoras de la biotecnología, no necesitan tantos herbicidas/pesticidas.

•Soja con menor contenido de grasas saturadas y mayor contenido de ácido oleico, lo que ofrece una mejor estabilidad cuando se fríe.

Ingeniería genética

Este campo de estudio se inició en la década de los 70 y se comenzó a perfeccionar mediante las técnicas de manipulación de ADN, a partir de los análisis iniciales de esta molécula de la vida se llamó así a estos procesos. Su principal enfoque es el estudio de la molécula de la herencia o ADN, lo que se hace mediante la introducción de ADN modificado a células vivas e incorporando como parte del material genético de estas. Numerosas investigaciones surgieron a partir de esta molécula; por ejemplo, la fracción del ADN humano que regula la síntesis de insulina. Estas técnicas también son incorporadas en temas de gran ayuda para la sociedad, ya que permiten solucionar problemas relacionados, principalmente con la salud. El campo de la ingeniería genética es muy extenso y abarca a todos los seres vivos del planeta; sin embargo, hay unos grupos más examinados que otros.

Ingeniería genética en bacterias

Las bacterias son los organismos más analizados dentro del campo de la ingeniería genética. La bacteria más usada es la Escherichia coli. Sin embargo, en el campo de la microbiología existen muchas bacterias estudiadas con gran importancia para la salud humana.

Ingeniería genética en levaduras y hongos

Las levaduras y hongos, junto a las bacterias, son los sistemas mayormente estudiados. La levadura de Saccaromyces cerevisiae fue el primer genoma eucariota en ser secuenciado en su totalidad. Existen otras levaduras de importancia como la P. Pastoris, que es utilizada para conseguir proinsulina en cultivo discontinuo y quitinasa en cultivo continuo. En el campo de los hongos, el que más se ha utilizado, y se destaca por su labor médica, pertenece al género Penicillium  

Ingeniería genética en animales

La manipulación genética en animales tiene diversos enfoques; entre estos están: generar animales con enfermedades de interés médico humano para investigaciones, aumentar el rendimiento en la producción del ganado, de la elaboración de fármacos, entre otros. Los animales que se han llegado a producir mediante técnicas de ingeniería genética animal incluyen a:

Peces transgénicos: Son de fácil manipulación y han sido objeto de muchos estudios. Poseen fecundación externa lo que permite que la modificación de sus huevos sea más accesible y que, de ese modo, se pueda estudiar mejor las etapas de su desarrollo.

Mamíferos: Los mamíferos más estudiados son los ratones modificados por ingeniería genética en laboratorios (ratones knockout o KO); a pesar de que estos ya poseen demasiadas mutaciones en su genoma, su uso es puramente científico.

Ingeniería genética en plantas

Actualmente, existen más de cuarenta especies de plantas modificadas genéticamente o transgénicas las que han conseguido tener carácterísticas que no poseían como ser resistentes a enfermedades producidas por virus, a bacterias e incluso a insectos. También han desarrollado distintas mejoras como el aumento de la calidad y de la producción de un producto de interés comercial y agrícola, lo que refuerza su resistencia a diferentes factores ambientales. En los productos de interés humano, como las plantas que dan frutos, la ingeniería genética ha ayudado a que tengan una maduración lenta y que lleguen al consumidor conservando su sabor, color, olor y textura intactos. La biotecnología ha permitido el desarrollo de plantas transgénicas que tienen un alto potencial a nivel farmacológico, generando anticuerpos, hormonas y hasta proteínas

Ingeniería biomédica

Dentro de la ingeniería biomédica es muy común referirse a conceptos de medicina y biología. En esta rama se combina el diseño y la capacidad de resolver problemas para el mejoramiento de la salud humana, de ese modo generar un diagnóstico y dar un tratamiento adecuado a los pacientes. Esta rama debido a lo extensa y compleja, ha surgido como una disciplina en la cual se enfoca la gran parte de la comunidad científica mundial. Esta evolución interdisciplinaria dentro del campo de la biomédica consiste, principalmente, en la investigación y el desarrollo, por lo tanto abarca un gran rango de subcampos.

En cuanto a las aplicaciones de esta disciplina se incluyen: el desarrollo de prótesis biocompatibles; la generación de dispositivos que ayuden a determinar un mejor diagnóstico y terapia del paciente los que van desde dispositivos clínicos para microimplantes, hasta equipos que ayuden a una mejor visualización de anomalías dentro del cuerpo, como las resonancias magnéticas y los encefalogramas; la realización de estudios de enfoque sobre el crecimiento de tejido regenerativo, fármacos y productos biológicos de alto interés terapéutico. 

Biomimética

La biomimética o biomimetismo es una ciencia, dentro del campo de la biomedicina, que estudia a la naturaleza como fuente interminable de ideas e inspiración para la generación de dispositivos y artefactos tecnológicos que ayuden a resolver los problemas de los humanos, los cuales la naturaleza, en su evolución, ya los ha solucionado. Dentro de esta rama se estudian otras ciencias, y modelos de sistemas como la mecánica, procesos químicos y elementos que se basan en la naturaleza.

La biomimética, además, es utilizada en la literatura científica y en las ingenierías, ya que hace referencia a los procesos de comprensión y aplicación de soluciones que da la naturaleza, estos procesos se muestran como principios biológicos, biomateriales o de cualquier otra índole para colaborar a la solución de los problemas humanos. La naturaleza y el universo, en general, superan al ser humano con millones de años de evolución y de desarrollo. Por este motivo, la humanidad ha optado por reproducir sus modelos de creación, de adaptación y de organización.

Actualmente nuevos campos se están generando a partir de esta ciencia, el más conocido es la nanotecnología que se enfoca principalmente a la utilización de metodologías de síntesis novedosas que intentan imitar la síntesis de autoensamblaje y con altos rendimientos de la naturaleza. Janine Benyus realizó una afirmación que va muy de acuerdo con la biomimética, ella dijo: «El primer nivel es imitar la forma natural. Pero se puede acceder a un segundo nivel, que es cuando se imita el proceso natural. Y un tercero, copiando el funcionamiento de los ecosistemas».