Lugar en la ciencia y estatus interdisciplinario
La biotecnología está reconocida como una disciplina líder que marca el vector de desarrollo de la medicina para las próximas décadas. Históricamente, se formó en el seno de la microbiología y es la continuación evolutiva directa de la «microbiología técnica». Es por ello que los fundamentos de la biotecnología se estudian tradicionalmente en los departamentos de microbiología e inmunología.
El precursor de este campo es, por derecho propio, Louis Pasteur, cuyo descubrimiento de la naturaleza enzimática de la fermentación sentó las bases para controlar la actividad vital de los microorganismos.
La biotecnología moderna es un campo de conocimiento estrictamente integral. Ha surgido y se desarrolla con éxito en la intersección de varias disciplinas importantes:
- Microbiología;
- Biología molecular e ingeniería genética;
- Inmunología;
- Tecnología química.
Esencia, premisas y objetivos
Según la definición del académico A.A. Vorobiov, la base fundamental de la biotecnología es el estudio de los procesos vitales de los organismos. La principal premisa para el rápido desarrollo de esta ciencia ha sido la aguda necesidad de la sociedad de tecnologías fundamentalmente nuevas, así como la necesidad de abaratar la producción para la economía nacional, la medicina y la veterinaria.
Objetivos globales de la biotecnología:
- Obtención industrial de productos de interés a partir de objetos biológicos o mediante su aplicación directa.
- Reproducción de efectos biológicos específicos, incluidos aquellos que no se encuentran en el medio ambiente natural.
Objetivos biológicos de producción
Para lograr los objetivos establecidos, los biotecnólogos utilizan diversas formas de vida. Con mayor frecuencia, el objeto principal son los microorganismos unicelulares. También se utilizan activamente células aisladas de animales y plantas. Con mucha menos frecuencia, se involucran órganos animales enteros o plantas intactas en el proceso de producción.
La elección de las estructuras celulares como base de producción no es casual. Las funciones celulares actúan como «biofábricas» en miniatura. Son capaces de sintetizar una gama colosal de sustancias valiosas cuya obtención por otras vías (no biotecnológicas) es imposible por el momento. Estas sustancias incluyen:
- Proteínas, grasas y carbohidratos;
- Aminoácidos y vitaminas;
- Antibióticos;
- Hormonas y enzimas;
- Anticurpos.
Ventajas y eficiencia económica
Además de sus capacidades sintéticas únicas, la elección de microorganismos y células se debe a su alta tasa de reproducción. Esto permite incrementar la biomasa de manera increíblemente rápida a escala industrial masiva.
| Tipo de célula | Tasa de división (duplicación) |
|---|---|
| Célula bacteriana | 20–60 minutos |
| Célula de levadura | 1,5–2 horas |
| Célula animal | 24 horas |
El tercer factor clave es la eficiencia económica. La síntesis biológica de estructuras complejas (como antígenos, antibióticos, proteínas) es significativamente más barata y tecnológicamente más accesible que su síntesis química artificial.
Una gran ventaja es la base de materias primas utilizada. En biotecnología se emplean materias primas baratas, fácilmente accesibles y no escasas. A menudo se trata de residuos de la industria alimentaria, pesquera y agrícola: melaza, madera, levadura y harina de pescado. Esto hace que la producción biotecnológica no solo sea económicamente rentable, sino también ecológicamente sostenible.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué tipos de microorganismos son los principales productores industriales de antibióticos?
Los principales productores industriales de antibióticos son los actinomicetos, los hongos filamentosos y las bacterias típicas.
- Los actinomicetos (género Streptomyces) son bacterias ramificadas que sirven como fuente de aproximadamente el 80% de los antibióticos naturales.
- Los hongos filamentosos (géneros Cephalosporium, Penicillium) sintetizan betalactámicos naturales y ácido fusídico.
- Las bacterias típicas (eubacterias, bacilos, pseudomonas) producen antibióticos polipeptídicos, como la bacitracina y las polimixinas.
¿Qué hormonas humanas recombinantes se obtienen mediante métodos de ingeniería genética?
Mediante métodos de ingeniería genética se obtienen hormonas recombinantes: insulina y hormona de crecimiento (somatotropina).
- Insulina humana: la primera proteína obtenida mediante tecnología de ADN recombinante para el tratamiento de la diabetes mellitus; produce muchos menos efectos secundarios en comparación con los extractos de páncreas animal.
- Hormona de crecimiento: se sintetiza mediante un método similar.
El principal productor industrial para la obtención de estas hormonas es la bacteria E. coli.
¿Qué métodos se utilizan para crear cepas productoras de alta productividad?
Para crear cepas productoras recombinantes se utiliza la tecnología del ADN recombinante: aislamiento del vector y del ADN de interés, su digestión con enzimas de restricción, unión de fragmentos con ligasa e introducción del ADN recombinante en la célula huésped (transformación). En las fuentes también se describen mutaciones inducidas que surgen bajo la acción de mutágenos físicos y químicos, por ejemplo, la radiación UV.
¿Qué etapas incluye la tecnología de hibridomas para la producción de anticuerpos monoclonales?
La tecnología de hibridomas para la producción de anticuerpos monoclonales incluye las etapas de fusión celular y su posterior cultivo.
- Fusión celular: unión de linfocitos B inmunes (donantes de la síntesis de anticuerpos específicos) y células tumorales de mieloma (donantes de la propiedad de división infinita) en presencia de polietilenglicol.
- Formación del hibridoma: obtención de una célula híbrida que hereda la especificidad del linfocito y la capacidad de división infinita del mieloma.
- Cultivo: propagación de hibridomas in vitro (en cultivo celular) o in vivo (en la cavidad peritoneal de un ratón con acumulación en el líquido ascítico).
¿Qué preparados enzimáticos médicos se producen por vía biotecnológica?
Por vía biotecnológica se producen preparados enzimáticos fibrinolíticos basados en la uroquinasa.
- Urocinasa (Urokinase) es una enzima obtenida a partir de cultivos de células renales embrionarias humanas; se utiliza para la activación directa del plasminógeno en el infarto agudo de miocardio y la trombosis.
- Saruplasa (Saruplase) es un preparado recombinante de uroquinasa monocatenaria (prouroquinasa) que se distingue por una mayor especificidad hacia la fibrina del trombo.
Las fuentes no describen métodos biotecnológicos para la producción de otras enzimas médicas (tripsina, nucleasas, hialuronidasa y asparaginasa).
Para recordar la tasa de crecimiento de la biomasa, utilice la regla «de los minutos a los días»: las bacterias se dividen en minutos (20-60), las levaduras en horas (1,5-2) y las células animales requieren días enteros (24 h).
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué se considera a Louis Pasteur el fundador de la biotecnología?
Pasteur descubrió la naturaleza enzimática de la fermentación, lo que demostró por primera vez la posibilidad de utilizar de forma práctica los procesos vitales de los microorganismos para obtener productos de interés.
¿Qué organismos son el principal objeto de la biotecnología?
El principal objeto de estudio son los microorganismos unicelulares, ya que poseen la tasa de reproducción más alta y son capaces de sintetizar multitud de sustancias complejas.
¿En qué consiste la ventaja económica de la biosíntesis?
La biosíntesis es tecnológicamente más sencilla que la síntesis química y permite utilizar materias primas sumamente baratas, como residuos industriales y agrícolas, entre ellos melazas, harina de pescado y madera.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos de síntesis celular de antibióticos y enzimas
- Aplicación de la ingeniería genética para la modificación de cepas
- Aparatos y tecnologías para el cultivo industrial de biomasa
- Especificidad del uso de células animales y vegetales en la bioproducción
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