Principios de la biotecnología y selección de objetos
La biotecnología industrial se basa en una estrecha integración de los avances científicos de vanguardia y las capacidades de producción reales. Los cimientos son procesos como la fermentación, la bioconversión (la transformación de una sustancia en otra), el cultivo de bioobjetos y la manipulación genética.
A pesar de la colosal biodiversidad natural (más de 100 mil especies de bacterias y 250 mil de hongos), en la producción biotecnológica real solo se emplean unas 100 especies. Esta estricta limitación se debe al escaso conocimiento que se tiene de la gran mayoría de los representantes del micromundo. Para trabajar con éxito con una cepa se requiere equipo especializado, un control riguroso en todas las etapas y un profundo conocimiento de la fisiología del productor.
Bacterias y hongos como fábricas biológicas
En la industria, diferentes géneros de microorganismos resuelven tareas altamente especializadas:
- Género Acetobacter: oxida el etanol para producir ácido acético (con liberación de dióxido de carbono y agua).
- Género Bacillus: sirve como fuente de enzimas (como el ejemplo de B. subtilis) y como base para agentes de protección de plantas (B. thuringiensis).
- Género Clostridium: se utiliza para la fermentación de azúcares con la formación de disolventes: butanol, acetona y etanol.
- Bacterias ácido lácticas (Lactobacillus): indispensables en la industria alimentaria.
- Pseudomonas (P. denitrificans): se utilizan para la síntesis de vitamina B12.
- Corinebacterias (C. glutamicum): producen aminoácidos.
Entre los hongos, los mohos (Penicillium chrysogenum, Cephalosporium acremonium) y los actinomicetos (Streptomyces spp.) desempeñan un papel fundamental, siendo los principales productores de antibióticos. Las levaduras se utilizan activamente en la panadería, la cervecería y la vinicultura, para la síntesis de proteína forrajera, y también actúan como un componente importante de los medios de cultivo de laboratorio.
Aplicación médica y de ingeniería genética
Un avance en farmacología está asociado al uso de cepas recombinantes, en las cuales se ha introducido material genético extraño mediante métodos de ingeniería genética.
- Escherichia coli (E. coli) se ha convertido en un productor universal: produce interferones, insulina, hormonas de crecimiento y varios antígenos.
- Bacillus subtilis (B. subtilis) también produce eficazmente interferón.
- Los cultivos de levaduras se utilizan para la síntesis industrial de interleucinas y antígenos del virus de la hepatitis B.
- Los virus recombinantes (por ejemplo, el virus vaccinia) actúan como plataforma para la obtención de antígenos virales.
Además de las modificadas, también se utilizan cepas nativas patógenas, oportunistas o de vacunas. Son necesarias para la producción de diagnosticadores, inmunoglobulinas, probióticos y preparados de fagos.
Cultivos de células vegetales y animales
Cuando los microorganismos no pueden sintetizar moléculas complejas, se utilizan cultivos de células aisladas.
Las células vegetales se han convertido en una alternativa escalable a la recolección de materias primas silvestres (por ejemplo, se ha perfeccionado la tecnología de cultivo de células de ginseng). Sintetizan opiáceos, alcaloides, vitaminas y enzimas, así como preparados de diversos grupos (diuréticos, cardíacos, antineoplásicos). Las sustancias obtenidas son completamente bioequivalentes a los componentes de las plantas enteras.
Las células animales se utilizan para obtener productos celulares y como sustrato para la replicación viral en la creación de vacunas. Se emplean líneas primarias y continuas obtenidas de tejidos tumorales o tejidos normales (médula ósea, riñones, pulmones, piel, tejido conjuntivo). Para preservar las propiedades de la cepa y prevenir mutaciones genéticas, la cantidad de pases (subcultivos) se reduce al mínimo y los cultivos se almacenan en nitrógeno líquido.
Etapas típicas de producción
La cadena tecnológica de síntesis biotecnológica está estrictamente unificada e incluye cinco etapas básicas:
- Selección del productor: elección de la cepa más productiva y genéticamente estable.
- Preparación del medio: búsqueda de una base nutritiva óptima y económicamente viable.
- Cultivo: propagación a gran escala de biomasa en equipos industriales.
- Aislamiento: purificación del producto diana a partir de la biomasa o el líquido de cultivo.
- Estandarización: conferir al producto obtenido su forma farmacéutica final.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué medios de cultivo se utilizan para el cultivo industrial de células animales aisladas?
Para el cultivo de células aisladas se emplean medios nutritivos de composición compleja, en particular el medio 199 y el medio de Eagle.
La composición de dichos medios incluye los siguientes componentes:
- Sales minerales
- Aminoácidos
- Vitaminas
- Glucosa
- Suero sanguíneo
- Soluciones tampón, que se utilizan para estabilizar el pH.
Asimismo, para la protección antibacteriana y la supresión de la microflora adventicia, es obligatorio añadir antibióticos al medio de cultivo.
Para una fácil memorización de las bacterias productoras: E. coli (Escherichia coli) es una «fábrica» de hormonas (insulina, hormona de crecimiento), y Penicillium (Moho) es una «fábrica» clásica de antibióticos.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué se utilizan solo unas 100 especies de microorganismos en biotecnología?
A pesar de que en la naturaleza existen cientos de miles de especies de bacterias y hongos, la mayoría de ellas sigue estando muy poco estudiada, lo que las hace inadecuadas para una producción industrial estrictamente controlada.
¿Para qué se necesitan células animales en biotecnología?
Sirven como un sustrato indispensable para la reproducción de virus. A partir de estos cultivos se producen muchas vacunas virales modernas y preparados de diagnóstico.
¿Difieren las sustancias obtenidas de cultivos de células vegetales de las naturales?
No, los productos de síntesis celular poseen una bioequivalencia absoluta y ejercen el mismo efecto que las sustancias extraídas de plantas nativas.
Qué más repasar sobre el tema
- Métodos de ingeniería genética en la creación de cepas recombinantes
- Especificidad de la bioconversión y de los procesos de fermentación en biorreactores
- El proceso de criopreservación y pase de cultivos de células animales
- Mecanismos de aislamiento y purificación del producto diana del líquido de cultivo
- Características del cultivo industrial de células vegetales (utilizando el ginseng como ejemplo)
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