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Dedicatoria Dedicamos este proyecto de investigación a todos los estudiantes de la Universidad Privada “Antonio Guillermo Urrelo” en especial a la carrera profesional de Farmacia y Bioquímica. Ya que con este trabajo monográfico podamos aprender más de nuestra carrera y así poder ser grandes profesionales; este trabajo también se lo dedicamos a nuestra profesora Jessica Bardales Valdivia que nos apoyó brindándonos todos los conocimientos necesarios para realizar este trabajo monográfico, bueno esperamos que el trabajo realizado sea de su agrado y también que les ayude en algo este humilde trabajo. Aplicaciones Agroalimentarias en la Biotecnología Página 1
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Dedicatoria
Dedicamos este proyecto de investigación a todos los estudiantes de la
Universidad Privada “Antonio Guillermo Urrelo” en especial a la carrera profesional
de Farmacia y Bioquímica.
Ya que con este trabajo monográfico podamos aprender más de nuestra
carrera y así poder ser grandes profesionales; este trabajo también se lo
dedicamos a nuestra profesora Jessica Bardales Valdivia que nos apoyó
brindándonos todos los conocimientos necesarios para realizar este trabajo
monográfico, bueno esperamos que el trabajo realizado sea de su agrado y
también que les ayude en algo este humilde trabajo.
Aplicaciones Agroalimentarias en la Biotecnología Página 1
Agradecimiento
Agradecemos a Dios, por brindarnos la dicha
de la salud y bienestar físico y espiritual; A
nuestros padres, como agradecimiento a su
esfuerzo, amor y apoyo incondicional,
durante nuestra formación tanto personal
como profesional. A nuestra docente, por
brindarnos su guía y sabiduría en el
desarrollo de este trabajo.
Aplicaciones Agroalimentarias en la Biotecnología Página 2
Introducción
La Biotecnología, como toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y
organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o
procesos para usos específicos, se interesa por el uso de organismos vivos, o partes de
ellos, para obtener o modificar productos, mejorar plantas o animales o desarrollar
microrganismos para objetivos específicos.
Su desarrollo se encuentra estrechamente relacionado con los progresos en materia de
ingeniería genética, una tecnología que se desarrolló a partir de los años 70 y que
posibilita la manipulación y la transferencia del ADN de unos organismos a otros.
Mediante esta técnica, cuya aplicación simboliza a la biotecnología moderna, es posible
desarrollar nuevas especies, corregir defectos genéticos, potenciar y eliminar cualidades
de los organismos en el laboratorio, así como la fabricación de numerosos compuestos
para usos específicos.
Avanzaron la biología celular, la biología molecular, la biotecnología y la genética, entre
otras; crecieron los conocimientos pero también los productos -nuevos alimentos,
especies, test, medicinas y las aplicaciones específicas a las esferas de la
agroalimentación, la ganadería, la salud humana y animal, así como el medioambiente.
Tradicionalmente, el hombre ha empleado de forma empírica microrganismos
(fundamentalmente, bacterias lácticas, levaduras y mohos) para la elaboración de una
gran variedad de alimentos fermentados, entre los que se incluyen: derivados de la leche;
pan y derivados de cereales; bebidas; derivados de vegetales; y derivados del pescado.
Desde la demostración a mediados del siglo XIX por Louis Pasteur de que los
microrganismos son los responsables de la fermentación de los alimentos, las
fermentaciones industriales se han convertido en procesos estrictamente controlados en
los que se emplean cultivos iniciadores muy especializados que permiten garantizar y
estandarizar las características organolépticas del producto final. Pero el papel de los
microrganismos (principalmente bacterias lácticas), y/o de sus metabolitos, en la industria
alimentaria no se limita a la producción de alimentos fermentados.
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Objetivos Generales
Conocer y Describir los conceptos básicos de las aplicaciones agroalimentarias
en la biotecnología.
Investigar acerca de los procesos de elaboración de productos alimenticios
mediante la utilización de organismos vivos o procesos biológicos o enzimáticos,
así como la obtención de alimentos genéticamente modificados mediante técnicas
biotecnológicas.
Objetivos Específicos
Dar a conocer a todas las personas la importancia que tendrían estos alimentos en
nuestras vidas, y además, mostrando sus ventajas y desventajas.
Describir el concepto de biotecnología.
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II.- MARCO TEÓRICO
1. ¿QUE ES LA BIOTECNOLOGÍA? La biotecnología es una ciencia que involucra varias disciplinas y
ciencias (biología, bioquímica, genética, virología, agronomía,
ingeniería, química, medicina y veterinaria entre otras).
En términos generales biotecnología es el uso de organismos vivos o
de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos
de valor para el hombre.
Como tal, la biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los
comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y
de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales
domésticos. Históricamente, biotecnología implicaba el uso de organismos
para realizar una tarea o función. Si se acepta esta definición, la
biotecnología ha estado presente por mucho tiempo. Procesos como la
producción de cerveza, vino, queso y yogurt implican el uso de bacterias o
levaduras con el fin de convertir un producto natural como leche o jugo de
uvas, en un producto de fermentación más apetecible como el yogurt o el
vino Tradicionalmente la biotecnología tiene muchas aplicaciones. Un
ejemplo sencillo es el compostaje, el cual aumenta la fertilidad del suelo
permitiendo que microorganismos del suelo descompongan residuos
orgánicos. Otras aplicaciones incluyen la producción y uso de vacunas para
prevenir enfermedades humanas y animales. En la industria alimenticia, la
producción de vino y de cerveza se encuentra entre los muchos usos
prácticos de la biotecnología.
La biotecnología moderna está compuesta por una variedad de
técnicas derivadas de la investigación en biología celular y molecular, las
cuales pueden ser utilizadas en cualquier industria que utilice
microorganismos o células vegetales y animales. Esta tecnología permite la
transformación de la agricultura. También tiene importancia para otras
industrias basadas en el carbono, como energía, productos químicos y
farmacéuticos y manejo de residuos o desechos. Tiene un enorme impacto
potencial, porque la investigación en ciencias biológicas está efectuando
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avances vertiginosos y los resultados no solamente afectan una amplitud
de sectores sino que también facilitan enlace entre ellos. Por ejemplo,
resultados exitosos en fermentaciones de desechos agrícolas, podrían
afectar tanto la economía del sector energético como la de agroindustria y
adicionalmente ejercer un efecto ambiental favorable.
Una definición más exacta y específica de la biotecnología
"moderna" es "la aplicación comercial de organismos vivos o sus productos,
la cual involucra la manipulación deliberada de sus moléculas de DNA. Esta
definición implica una serie de desarrollos en técnicas de laboratorio que,
durante las últimas décadas, han sido responsables del tremendo interés
científico y comercial en biotecnología, la creación de nuevas empresas y la
reorientación de investigaciones y de inversiones en compañías ya
establecidas y en Universidades.
La biotecnología consiste en un gradiente de tecnologías que van
desde las técnicas de la biotecnología "tradicional", largamente
establecidas y ampliamente conocidas y utilizadas (e.g., fermentación de
alimentos, control biológico), hasta la biotecnología moderna, basada en la
utilización de las nuevas técnicas del DNA recombinante (llamadas de
ingeniería genética), los anticuerpos monoclonales y los nuevos métodos
de cultivo de células y tejidos.
2.- APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LA ACTUALIDAD.
La biotecnología se aplica actualmente en sectores tan diversos
como la Salud Animal y humana, Agroalimentación, Suministros
industriales, Producción de energía y Protección del medio ambiente.
El desarrollo a la biotecnología aplicada a la sanidad humana ha sido el
más rápido, tanto en l campo de la terapéutica, como en el diagnóstico de
enfermedades. Desde que en 1978 se demostró que mediante la
modificación genética de E. coli se puede obtener grandes cantidades de
insulina humana, se han probado más de cincuenta fármacos o vacunas de
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origen recombinante y hay en fase avanzada de estudio o pendiente de su
aprobación, más de un centenar de productos.
Dentro de los suministros industriales, el desarrollo de las técnicas de
fermentación, la utilización y diseño de nuevos biorreactores,
conjuntamente con las técnicas de ingeniería genética, han permitido la
obtención de productos de gran interés económico para la industria
alimentaria, química y farmacéutica, cuya preparación por síntesis química
es más costoso y menos limpia desde el punto de vista medioambiental.
Los principales productos en el mercado son antibióticos y péptidos de
interés terapeútico, aditivos alimentarios (aromas, saborizantes, colorantes,
aminoácidos esenciales, etc.). Ver la figura N°1
Fig. N° 1
3. LA BIOTECNOLOGÍA VEGETAL.
La biotecnología vegetal es una extensión de la tradición de
modificar las plantas, con una diferencia muy importante: la biotecnología
vegetal permite la transferencia de una mayor variedad de información
genética de una manera más precisa y controlada.
Aplicaciones Agroalimentarias en la Biotecnología Página 7
Al contrario de la manera tradicional de modificar las plantas que incluía el
cruce incontrolado de cientos o miles de genes, la biotecnología vegetal
permite la transferencia selectiva de un gen o unos pocos genes deseables.
Con su mayor precisión, esta técnica permite que los mejoradores puedan
desarrollar variedades con caracteres específicos deseables y sin
incorporar aquellos que no lo son.
Muchos de estos caracteres desarrollados en las nuevas variedades
defienden a las plantas de insectos, enfermedades y malas hierbas que
pueden devastar el cultivo. Otros incorporan mejoras de calidad, tales como
frutas y legumbres más sabrosas; ventajas para su procesado (por ejemplo
tomates con un contenido mayor de sólidos); y aumento del valor nutritivo
(semillas oleaginosas que producen aceites con un contenido menor de
grasas saturadas).
Estas mejoras en los cultivos pueden contribuir a producir una abundante y
saludable oferta de alimentos y proteger nuestro medio ambiente para las
futuras generaciones.
En la base de las nuevas biotecnologías desarrolladas están las
técnicas de aislamiento de células, tejidos y órganos de plantas y el
crecimiento de estos bajo condiciones controladas (in vitro). Existe un
rango considerable de técnicas disponibles que varían ampliamente en
sofisticación y en el tiempo necesario para producir resultados útiles.
El desarrollo más crucial para la biotecnología fue el descubrimiento de que
una secuencia de DNA (gen) insertado en una bacteria induce la
producción de la proteína adecuada. Esto amplió las posibilidades de la
recombinación y la transferencia de genes, con implicaciones a largo plazo
para la agricultura a través de la manipulación genética de
microorganismos, plantas y animales.
Aplicaciones Agroalimentarias en la Biotecnología Página 8
4. APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA AGRARIA
En el campo de la agricultura las aplicaciones de la biotecnología son
innumerables. Algunas de las más importantes son:
4.1. Resistencia a herbicidas.
La resistencia a herbicidas se basa en la transferencia de
genes de resistencia a partir de bacterias y algunas especies
vegetales, como la petunia. Así se ha conseguido que plantas como
la soja sean resistentes al glifosato, a glufosinato en la colza y
bromoxinil en algodón.
Así con las variedades de soja, maíz, algodón o canola que las
incorporan, el control de malas hierbas se simplifica para el
agricultor y mejoran la compatibilidad medioambiental de su
actividad, sustituyendo materias activas residuales. Otro aspecto
muy importante de estas variedades es que suponen un incentivo
para que los agricultores adopten técnicas de agricultura de
conservación, donde se sustituyen parcial o totalmente las labores
de preparación del suelo. Esta sustitución permite dejar sobre el
suelo los rastrojos del cultivo anterior, evitando la erosión,
conservando mejor la humedad del suelo y disminuyendo las
emisiones de CO2 a la atmósfera. A largo plazo se consigue mejorar
la estructura del suelo y aumentar la fertilidad del mismo.
El ejemplo más destacado se ha observado en EEUU y Argentina,
donde las autorizaciones de variedades de soja, tolerantes a un
herbicida no selectivo y de baja peligrosidad, han tenido una rápida
aceptación (14 millones de has en 1999) que ha ido acompañada de
un rápido crecimiento de la siembra directa y no laboreo en este
cultivo.( ver la figura N° 2).
Aplicaciones Agroalimentarias en la Biotecnología Página 9
Fig. N° 2
4.2. Resistencia a plagas y enfermedades.
Gracias a la biotecnología ha sido posible obtener cultivos que se
autoprotegen en base a la síntesis de proteínas u otras sustancias que
tienen carácter insecticida. Este tipo de protección aporta una serie de
ventajas muy importantes para el agricultor, consumidores y medio
ambiente:
Reducción del consumo de insecticidas para el control de plagas.
Protección duradera y efectiva en las fases críticas del cultivo.
Ahorro de energía en los procesos de fabricación de insecticidas,
así como disminución del empleo de envases difícilmente
degradables. En consecuencia, hay estimaciones de que en EEUU
gracias a esta tecnología hay un ahorro anual de 1 millón de litros
de insecticidas (National Center for Food and Agricultural Policy),
que además requerirían un importante consumo de recursos
naturales para su fabricación, distribución y aplicación
Se aumentan las poblaciones de insectos beneficiosos.
Se respetan las poblaciones de fauna terrestre.
Este tipo de resistencia se basa en la transferencia a plantas de
genes codificadores de las proteínas Bt de la bacteria Bacillus thuringiensis,
presente en casi todos los suelos del mundo, que confieren resistencia a
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insectos, en particular contra lepidópteros, coleópteros y dípteros. Hay que
señalar que las proteínas Bt no son tóxicas para los otros organismos. La
actividad insecticida de esta bacteria se conoce desde hace más de treinta
años. La Bt es una exotoxina que produce la destrucción del tracto
digestivo de casi todos los insectos ensayados.
Este gen formador de una toxina bacteriana con una intensa actividad
contra insectos se ha incorporado a multitud de cultivos. Destacan
variedades de algodón resistentes al gusano de la cápsula, variedades de
patata resistentes al escarabajo y de maíz resistentes al taladro.
Los genes Bt son sin duda los más importantes pero se han descubierto
otros en otras especies, a veces con efectos muy limitados (en judías
silvestres a un gorgojo) y otras con un espectro más amplio de acción como
los encontrados en el caupí o en la judía contra el gorgojo común de la
judía.
Los casos más avanzados de plantas resistentes a enfermedades son los
de resistencias a virus en tabaco, patata, tomate, pimiento, calabacín, soja,
papaya, alfalfa y albaricoquero. Existen ensayos avanzados en campo para
el control del virus del enrollado de la hoja de la patata, mosaicos de la
soja, etc.
4.3. Mejora de las propiedades nutritivas y organolépticas.
El conocimiento del metabolismo de las plantas permite mejorar e
introducir algunas características diferentes. En tomate, por ejemplo, se ha
logrado mejorar la textura y la consistencia impidiendo el proceso de
maduración, al incorporar un gen que inhibe la formación de pectinasa,
enzima que se activa en el curso del envejecimiento del fruto y que produce
una degradación de la pared celular y la pérdida de la consistencia del
fruto.
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En maíz se trabaja en aumentar el contenido en ácido oleico y en
incrementar la producción de los almidones específicos. En tabaco y soja,
se ha conseguido aumentar el contenido en metionina, aminoácido
esencial, mejorando así la calidad nutritiva de las especies. El gen
transferido procede de una planta silvestre que es abundante en el
Amazonas (Bertollatia excelsia) y que posee un alto contenido en éste y
otros aminoácidos. ( ver las figuras N° 3 y 4)
Fig. N° 3
Fig. N° 4
4.4. Resistencia a estrés abióticos.
Las bacterias Pseudomonas syringae y Erwinia herbicola, cuyos
hábitat naturales son las plantas, son en gran parte responsables de los
daños de las heladas y el frío en muchos vegetales, al facilitar la
producción de cristales de hielo con una proteína que actúa como núcleo
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de cristalización. La separación del gen implicado permite obtener colonias
de estas bacterias que, una vez inoculadas en grandes cantidades en la
planta, le confieren una mayor resistencia a las bajas temperaturas.
En cualquier caso, la resistencia a condiciones adversas como frío,
heladas, salinidad, etc., es muy difícil de conseguir vía biotecnología, ya
que la genética de la resistencia suele ser poligenética, interviniendo
múltiples factores.
4.5. Otras aplicaciones.
En el campo de la horticultura se han obtenido variedades coloreadas
imposibles de obtener por cruzamiento o hibridación, como el caso
de la rosa de color azul a partir de un gen de petunia y que es el
responsable de la síntesis de delfinidinas (pigmento responsable del
color azul). En clavel también se ha conseguido insertar genes que
colorean esta planta de color violeta. Ver la figura N°5.También se ha conseguido mejorar la fijación de nitrógeno por parte
de las bacterias fijadoras que viven en simbiosis con las leguminosas.
Otra línea de trabajo es la transferencia a cereales de los genes de
nitrificación de dichas bacterias, aunque es enormemente compleja al
estar implicados muchísimos genes.
En colza y tabaco, se ha logrado obtener plantas androestériles
gracias a la introducción de un gen quimérico compuesto por dos
partes: una que sólo se expresa en el tejido de la antera que rodea
los granos de polen y otra que codifica la síntesis de una enzima que
destruye el ARN en las células de dicho tejido. Este procedimiento
permitirá la obtención de híbridos comerciales con mayor facilidad.
En la industria auxiliar a la agricultura destaca la producción de
plásticos biodegradables procedentes de plantas en las que se les ha
introducido genes codificadores del poli-b-hidroxibutirato, una sal
derivada del butírico. Cuando estos genes se expresan en plantas se
sabe que de cada 100 gr de planta se puede obtener 1 gr. de plástico
biodegradable.
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Producción de plantas transgénicas productoras de vacunas, como
tétanos, malaria en plantas de banana, lechuga, mango, etc.
Fig. N° 5
5.- MECANISMOS QUE REGULAN LA APROBACIÓN Y SEGURIDAD DE LOS CULTIVOS MEJORADOS GENÉTICAMENTE.
La novedad de estos avances y las posibilidades que abren han hecho que
las administraciones de todo el mundo articulen sus legislaciones bajo el criterio de
precaución, que significa que cada una de estas mejoras debe ser evaluada “caso
por caso”, y como si se tratara de un nuevo medicamento se autorice o rechace
ante la más mínima duda sobre su seguridad. Así, las variedades actualmente
autorizadas lo han hecho de acuerdo con las pautas recomendadas por comités de
expertos como los de la FAO, Organización Mundial de la Salud y otras
instituciones de reconocido prestigio.
En el periodo de aprobación, se evalúan tanto las características que
corresponden a la mejora introducida (gen, proteína a la que da lugar, etc.) como
el cultivo mejorado en sí (comportamiento agronómico, impacto sobre especies no
objetivo, etc.) y tanto desde el punto de vista medioambiental, como en lo que
respecta a su seguridad de uso para alimentación humana o para fabricación de
piensos. Ninguna de estas evaluaciones es requerida para variedades que se
hayan mejorado por otras técnicas, incluyendo aquellas en las que las técnicas
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son mucho más agresivas con el genoma de la planta e impredecibles en los
resultados.
Podemos estar por tanto seguros de que hay una legislación estricta que vela para
que ninguna de estas aplicaciones llegue a la fase comercial con posibles daños
medioambientales o sanitarios que no compensen su utilidad, y la prueba
fehaciente de que esto es así, es que tras cuatro años de comercialización, y
cuando se suman millones de has sembradas con estas variedades, no ha habido
ni un sólo incidente sanitario. Ver la figura N°6.
Fig. N° 6
6.- BIOTECNOLOGÍA AGROALIMENTARIA
La biotecnología agroalimentaria persigue la utilización de las técnicas más
modernas de la biología molecular al campo de la agricultura, la ganadería
y la alimentación. Básicamente se pretende desarrollar nuevos organismos
modificados genéticamente que ofrezcan nuevas propiedades o
posibilidades de explotación.
Estos estudios se pueden solapar con programas de agricultura, ganadería
o alimentación, o incluso con otros apartados de este mismo programa en
tanto que las plantas y animales pueden ser considerados como
birreactores/catalizadores, como fuentes de energía o como elementos
biorremediadores.
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6.1.- Plantas Modificadas Genéticamente
Se persigue la creación de nuevas variedades de plantas utilizando
técnicas de ingeniería genética.
Los objetivos para la obtención de estas plantas:
Obtención de plantas con mejores características de interés
agronómico
Adquisición de resistencias a estrés biótico o abiótico y mejoras de
rendimiento.
Utilización de las plantas como biofactorías.
Pasando por el diseño de plantas con mejores valores nutricionales.
Los estudios de marcadores moleculares para la mejora genética
realizados con tecnologías sómicas serán de gran valor.
Mediante los estudios de las Interacciones Planta-
Microorganismos se trata de entender mejor las interacciones que
se producen entre plantas y microorganismos (e. g., virus, bacterias
y hongos) con dos objetivos:
o Buscar soluciones a las enfermedades que los patógenos
causan a las plantas.
o Entender mejor como se producen las interacciones
beneficiosas con los simbiontes y mejorar así el rendimiento
de algunos cultivos. Ver figuras 7 y 8.
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Fig. N° 7. Esquema de una planta genéticamente modificada.
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Fig. N° 8. Esquema de una planta genéticamente modificada, hibridación somática.
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Ejemplos
A. Soja resistente al herbicida GLIFOSATO: Soja que contiene un gen bacteriano
que codifica el enzima5-enolpiruvil-shikimato-3-fosfato sintetasa. El enzima
participa en la síntesis de los aminoácidos aromáticos, y el nativo vegetal es
inhibido por el glifosato, no así el bacteriano.
B. Maíz resistente al ataque de insectos (taladro): Contiene un gen que codifica
una proteína de Bacillus thuringiensis con acción insecticida al ser capaz de unirse
a receptores específicos del tubo digestivo de determinados insectos interfiriendo
en el proceso de alimentación y causando la muerte. La toxina no tiene efecto
sobre los humanos.
C. Procedimiento de transformación de una célula de tomate, utilizando a la
bacteria Agrobacterium Tumefaciens como vehículo.
Fig. N° 9. Esquema de una planta genéticamente modificada. TOMATE
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7.- NUEVOS ALIMENTOS
Se contemplan aquí actividades encaminadas a lograr nuevos alimentos
mediante el uso de diferentes tecnologías, pero especialmente de las
tecnologías recombinantes. El alimento puede ser un organismo como tal
(e. g., microorganismos o plantas) o un producto derivado de estos
obtenido por fermentación o cultivo.
Los productos denominados nutracéuticos, los probióticos y los prebióticos
son ejemplos de estos nuevos alimentos que pueden ser obtenidos por
técnicas biotecnológicas. Pero no se puede olvidar que otros procesos más
tradicionales o clásicos como la obtención de vino, cerveza, pan o
productos lácteos también pueden ser objetivos de este apartado.
Tabla N° 1 En esta tabla se muestran alimentos obtenidos por nuevas técnicas biotecnológicas
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7.1.- Percepción Pública De La Tecnología
Tabla N° 2 Como se puede observar no todo el mundo está de acuerdo con el hecho de cambiar ciertas características de algunas cosas naturales mediante métodos tecnológicos.
8.- ALIMENTOS TRANSGÉNICOS: ¿SOLUCIÓN O DESTRUCCIÓN DEL HOMBRE Y SU ECOSISTEMA?
En los últimos años, existe un gran avance tecnológico a todo nivel. Si lugar a
dudas, toma papel de preponderancia los avances en el campo de la informática, la
biología, la ingeniería genética.
Así, hace poco pudo llegar a descifrarse en su totalidad el genoma humano, y es posible
que en un futuro esto sirva para prevenir enfermedades, y para tratarlas. Cada persona
acudirá a su doctor con un CD ROM en el que estarán detalladas las especificaciones
genéticas de sí mismo, y haciendo un análisis del genoma base, con el genoma del
momento de la enfermedad, habrá un “remedio genético” para dar.
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Pero, además de avanzarse de modo positivo, existe un “invento” que favorece los
intereses de las grandes corporaciones, y productoras: El transgénico.
La palabra transgénico viene de “trans” atravesar, y “génico” de genes. Es todo aquel
organismo que tiene incorporada uno o más genes extraños. Este injerto genético dentro
de los vegetales cultivados se hizo en un principio para hacerlos más resistentes a las
pestes, y ahorrarse dinero en la aplicación de pesticidas.
Lo terrible de todo esto es que ya están comercializándose estas especies transgénicas,
sin haberse tenido en cuenta que son NOCIVAS para la salud.
Desde 1998 hasta nuestros días, vivimos una fiebre de empleo de trangénicos en su
industria, pero esto está solo al alcance de empresas de gran capital.
La figura N° 10, que vemos a continuación muestra el crecimiento de la explotación
transgénica en el mundo.
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Los alimentos transgénicos son aquellos que incluyen en su composición algún
ingrediente procedente de un organismo al que se le ha incorporado, mediante técnicas
genéticas, un gen de otra especie.
Gracias a la biotecnología se puede transferir un gen de un organismo a otro para
dotarle de alguna cualidad especial de la que carece. De este modo, las plantas
transgénicas pueden resistir plagas, aguantar mejor las sequías, o resistir mejor algunos
herbicidas. En Europa no todas las modalidades de transgénicos están autorizadas, sólo
algunas pueden ser cultivadas y posteriormente comercializadas.
Los transgénicos, desde su nacimiento, han suscitado mucha polémica. Existen
seguidores fanáticos y detractores acérrimos. Por ejemplo, Juan Felipe Carrasco,
ingeniero agrónomo y responsable de la Campaña contra los Transgénicos de
Greenpeace en España, cree que "la agricultura industrial, la que actualmente se nos
vende como aquella que produce alimentos para toda la humanidad, desgraciadamente,
está produciendo también muchísimos daños irreversibles". Para Carrasco "no es cierto
que la ciencia esté a favor de los transgénicos", apuntando además que "los que estamos
en contra de los transgénicos no estamos en contra de la ciencia del futuro, estamos en
contra de la liberación de transgénicos en el medio ambiente". Para Greenpeace los
transgénicos incrementan el uso de tóxicos en la agricultura, la pérdida de biodiversidad,
los riesgos sanitarios no están evaluados, etc.
Sin embargo, Francisco García Olmedo, catedrático de Bioquímica y Biología
Molecular de la Universidad Politécnica de Madrid, piensa todo lo contrario. "Los
transgénicos son la mayor innovación en producción de alimentos que se ha hecho en los
últimos 25 años y no ha habido un solo incidente adverso ni para la salud humana ni para
el medio ambiente" explicaba durante la última edición de Madrid Fusión 2010.
En cualquier caso, sea cual sea la elección final del consumidor, no está de más
saber qué productos contienen organismos modificados genéticamente. Con este
objetivo, Greenpeace ha elaborado la "Guía roja y verde de alimentos transgénicos". En la
lista verde se encuentran aquellos productos cuyos fabricantes han garantizado que no
utilizan transgénicos ni sus derivados en sus ingredientes o aditivos. En la roja están
aquellos productos para los cuales Greenpeace puede garantizar que no contengan
transgénicos.
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8.1.- TÉCNICAS PARA FABRICAR ORGANISMOS TRANSGÉNICOS
La mejora genéticas de las plantas han sido una tarea lenta y difícil,
pero la tecnología del DNA recombinante promete cambios revolucionarios.
Hoy en día es posible utilizar técnica genética in vitro para modificar un
DNA vegetal y, a continuación, transformar las células vegetales con DNA
libre mediante:
Electroporación
Por el método del disparador de partículas
Utilizando vectores procedentes de la bacteria Agrobacterium tumefaciens,
que puede transferir DNA directamente a ciertas plantas.
Es posible utilizar técnicas de cultivo de tejidos vegetales para seleccionar
clones de células vegetales que hayan sido genéticamente alteradas utilizando
técnicas in vitro y, a continuación, mediante tratamientos adecuados, inducir
estos cultivos celulares a que produzcan plantas complejas que puedan
propagarse de forma vegetativa o por semillas.
Las plantas que resultan de estas manipulaciones genéticas in vitro suelen
recibir el nombre de organismo genéticamente modificados (GMO, Genetically Modified Organisms) o plantas GM. Curiosamente, los
organismos cuyas modificaciones se han realizado mediante métodos más
tradicionales in vivo no suelen diseñarse de esta forma, y la mayor parte de los
organismos que se utiliza en la industria, la agricultura y la medicina se han
manipulado genéticamente. La diferencia escriba en que los que se han
aislado después de utilizar técnicas in vitrocontienen con frecuencia genes de
otros organismos, es decir, son organismos transgénicos. Aunque las técnicas
para generar plantas transgénicas se utilizan para generar microorganismos
que expresan genes foráneos, el uso del término ¨organismos transgénicos¨ se
limita a los organismos multicelulares.
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A. Vectores para clonar en planta:
La bacteria fitopatógena Gram negativa Agrobacterium tumefaciens
contienen un gran plásmido, plásmido Ti, que es responsable de su virulencia. El
plásmido contiene genes que movilizan el DNA para transferirlo a la planta. El
segmento de DNA del plásmido Ti que se transfiere a la planta recibe el nombre de
T-DNA.
Las secuencias de los extremos del T-DNA son esenciales para la transferencia y
el DNA que se va a transferir debe estar entre estos extremos. Se ha construido un
tipo de vector que se utiliza para transferir genes a plantas y se denomine vector
binario. La palabra binario implica el uso de dos plásmidos uno es el vector real en
el que se planta el DNA foráneo.
Este vector contiene dos extremos del T-DNA a cada lado del sitio que utiliza para
la clonación, así como marcador de resistencia a los antibióticos que puede
utilizarse en plantas. También contiene un origen de replicación que puede
replicarse tanto en Agrobacterium tumefeciens como en Echerichia coli, así como
otro marcador de resistencia a los antibióticos que se expresa en la bacteria. El
DNA que debe clonarse se inserta en el vector, que a continuación se transforma
en Echerichia coli. Acto seguido se transfiere a Agrobacterium tumefaciens. Ver la figura N° 10
Aplicaciones Agroalimentarias en la Biotecnología Página 25
Este vector de clonación no contiene los genes necesarios para transferir el T-DNA
a una planta, por lo que el Agrobacterium tumefaciens en el que se trasfiera debe
contener el otro miembro del sistema de vector binario. Este otro plásmido
contiene la región de virulencia (vir) de un plásmido Ti, pero está ¨desarmado¨.
Aunque puede dirigir la transferencia de DNA en una planta, ya no tiene genes que
provoquen una enfermedad. Este plásmido desarmado, D.Ti, proporcionará todos
los genes necesarios para transferir el T-DNA desde el vector de clonación. El
DNA clonado y el marcador de resistencia a la kanamicina del vector pueden
movilizarse mediante el plásmido D-Ti y transferirse a una célula vegetal. Tras la
recombinación con un cromosoma del hospedador, el DNA foráneo puede
expresarse y conferir así nuevas propiedades a la planta. Muchos genes no se
expresan de manera eficaz en las plantas, a menos que se clonen en un vector de
expresión que contenga un promotor vegetal. Entre los promotores que se han
utilizado para la construcción de vectores de expresión vegetal se incluyen los que
se encuentran normalmente en el T-DNA y un promotor del virus del mosaico
es la coliflor, un virus de plantas con DNA.
El uso de Agrobacterium tumefaciens ha permitido la creación de varias plantas
transgénicas. Bien en verdad que se se han obtenido más éxitos con plantas
herbáceas (dicotiledoneas) tales como el tomate, la patata, el tabaco, la soja, la
alfalfa y el algodón, pero Agrobacterium tumefaciens también se ha utilizado para
producir dicotiledoneas leñosas como pueden ser el nogal o el manzano. Los
cultivos de plantas transgénicas de la familia de las gramíneas (monocotiledoneas)
han sido más difíciles de generar utilizando Agrobacterium tumefaciens,
pero parece que puede conseguirse buenos resultados con otros métodos de
introducción del DNA, como es el disparador de partículas.
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8.2.- OTRAS TÉCNICAS SON:
a. Microbalística (biolística):
Fig. N° 11 Microbalística (biolística):
Perlitas microscópicas de oro o tungsteno se recubren del ADN con el gen
deseado, y se disparan a gran velocidad con una pistola especial. Las
células en la línea directa del proyectil pueden morir, pero a su alrededor
muchas células captan el ADN sin daños.
Después se induce la regeneración de la planta adulta a partir de
los protoplastos o de las células tratadas. Incluso se pueden transformar
cloroplastos con este sistema. Sirve para plantas que son más difíciles de
cultivarse sus tejidos (cereales, leguminosas), aunque tiene el
inconveniente de que el ADN puede insertarse en copias, y puede ser
inestable. El bombardeo de microproyectiles presenta el mayor potencial
para la transformación de cereales.
Por medio de esta técnica se han obtenido plantas transgénicas en
monocotiledóneas como maíz, arroz, trigo, avena y caña de azúcar,
además de varias dicotiledóneas: soja, tabaco, algodón. La aceleración
de partículas pesadas (tungsteno u oro) recubiertas de ADN puede usarse
para transportar genes dentro de células y tejidos vegetales. El
bombardeo con microproyectiles desnudos también ha sido utilizado para
producir heridas en las células y favorecer la posterior transferencia de
genes mediada por A. tumefaciens, incrementándose en al menos 100
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veces la obtención de células recombinantes en meristemos de tabaco y
girasol, respecto a las técnicas comunes.
b. Protoplasto y transferencia directa de genes:
Los protoplastos incorporan eficazmente ADN del medio si se les trata
con polietilenglicol (PEG) y/o electroporación. El propio proceso de
aislamiento de protoplastos probablemente induce la formación de células
competentes en el estado adecuado. Si se dispone de poblaciones de
protoplastos que contengan células competentes, el ADN exógeno es
integrado fácilmente vía precombinación no-homóloga. También puede
ocurrir precombinación homóloga pero a un nivel más bajo.
Cuando se transforman protoplastos capaces de regeneración, pueden
obtenerse plantas transgénicas que contienen, expresan y heredan de
forma estable el gen extraño. En cereales, solo se han aislado
protoplastos competentes a partir de suspensiones embriogénicas
establecidas a partir de tejidos inmaduros (escutelo, base de la hoja,
antera).
Los procedimientos standard de transferencia de genes con protoplastos
han conducido a la regeneración de varios cereales transgénicos (arroz,
maíz). El cultivo de protoplastos aislados a partir de diferentes tejidos es
útil en los análisis de la expresión transitoria de un gen o de una
secuencia reguladora, ya que la incorporación del ADN a esos
protoplastos no es problemática. La integración, en caso de producirse,
no tiene consecuencias, ya que los protoplastos de este origen no
proliferan.
La fusión de protoplastos, mediada por varios agentes fusógenos como el
PEG, es un buen método para la generación de híbridos interespecíficos.
El ADN-T de Agrobacterium y otras secuencias de ADN puede ser
transferidas de una especie a otra por medio de la fusión de protoplastos
y esferoplastos. Con el desarrollo de los marcadores adecuados, la fusión
de protoplastos supone una vía de control del intercambio de genes entre
especies, por medio de la cotransferencia de estos con genes marcadores
seleccionables derivados del vector.
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c. Electroporación:La electroporación es una técnica que se basa en la aplicación de un
elevado voltaje a las células durante un periodo de tiempo muy corto.
Durante ese tiempo las células despolarizan sus membranas y se
forman pequeños orificios por los que penetran las moléculas
(proteínas, DNA,…) que se encuentran alrededor. Pasada la
despolarización muchas células sufren daños irreparables y mueren (en
muchos casos más del 90%) pero algunas (5 al 10% habitualmente) se
recuperan y han incorporado las moléculas deseadas.
La ventaja de esta técnica es que se aplica a millones de células a la
vez y habitualmente se obtienen eficiencias de entrada de las moléculas
del 100% de las células que sobreviven (centenares de miles a
millones). Es una técnica que requiere su ajuste fino para cada tipo
celular, a fin de determinar las condiciones óptimas de duración y
potencia del pulso. Se busca siempre el mejor equilibrio entre las
condiciones que aseguran la entrada en la célula y las que maximizan la
viabilidad celular.
d. Técnicas de microinyección:
La microinyección es una tecnología que permite la introducción mecánica
de soluciones en el interior de la célula mediante una micropipeta que se
controla con la ayuda de un micromanipulador bajo un microscopio. Es
una técnica muy sensible, que requiere una gran especialización del
personal que la realiza y un equipo delicado, sofisticado y costoso.
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Los instrumentos modernos de microinyección manipulados por personal
experto permiten realizar algunas decenas de inyecciones por hora de
trabajo. Es por ello un sistema tedioso que permite manipular pocas
docenas o escasos cientos de células con un gran trabajo.
En la naturaleza existen sistemas de microinyección naturales, realizados
por virus que inoculan a las células su ácido nucleico. Sistemas virales
empleados habitualmente en la manipulación celular son los baculovirus y
las células Sf9 (insecto) para la producción de proteínas, los adenovirus,
retrovirus, etc… sobre sistemas de células de mamífero, etc.
e. Técnicas de transfección:Las técnicas de transfección celular, que se han desarrollado
fundamentalmente para permitir la introducción de ácidos nucleicos en
el interior de las células, han permitido en gran medida ampliar los
conocimientos acerca de la regulación génica y de la función de las
proteínas en los sistemas celulares. Actualmente se emplean en gran
número de aproximaciones experimentales, en la generación de
animales transgénicos, en la selección de líneas celulares modificadas,
etc.
Introducción de una construcción de DNA recombinante en la que se ha
situado el CDS (secuencia codificante) de un gen reportero (luciferasa,
‘green fluorescent protein’, beta-galactosidasa, cloramfenicol
acetiltransferasa -CAT-, etc.) bajo una secuencia de regulación que se
desea estudiar permite medir con facilidad tasas de expresión génica en
diferentes situaciones experimentales.
Por el contrario, la introducción de un plásmido que contienen la
secuencia codificante (CDS) de una proteína de interés bajo el control
de un promotor (constitutivo, regulado, etc…) permite la producción de
la proteína deseada que puede estar o no etiquetada (tagged). En este
caso se emplea la célula como una factoría de síntesis de proteínas a la
que se le introduce en forma de plásmido la información de la proteína
que se desea sintetice.
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Tanto en el primero como en el segundo caso puede ser importante
seleccionar las células que han adquirido el plásmido. Para facilitarlo se
incluyen en éstos genes de resistencia a drogas que permiten a las
células que los han adquirido sobrevivir en medios selectivos. Uno de
los sistemas de selección más empleado es el de la resistencia a G418
(resistencia a neomicina) que permite seleccionar clones celulares de
expresión estable. Así diferenciaremos entre la transfección temporal o
transiente y la transfección estable o de larga duración.
III.- CONCLUSIONES
Resumiendo, se puede decir que la biotecnología tiene un amplísimo rango de
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aplicación en la industria de alimentos, ofreciendo los medios para producir
alimentos de mejor calidad en forma más eficiente y segura para la salud y el
medio ambiente.
Una de las promesas de la biotecnología es generar innovaciones y mejoras en los
alimentos conduciendo a prácticas agrícolas más ecológicas, contribuyendo a una
agricultura sustentable que utiliza con respeto los recursos del medioambiente.
El área de mayor aplicación de la biotecnología en alimentos, y la más antigua,
corresponde a las fermentaciones, de gran importancia dentro de la tecnología de
alimentos y que abarca varios campos, como fermentaciones alcohólicas,
fermentaciones cárnicas y fermentaciones lácticas.
El área más reciente y de mayor proyección dentro de la biotecnología de
alimentos está en el desarrollo de alimentos genéticamente modificados o
transgénicos, cuyas principales ventajas se ven en mejoras nutricionales, mayor
productividad de cosechas y mayor protección medioambiental. Además, los
alimentos poseen hoy en día gran importancia en las soluciones de graves
problemas de escasez de alimentos, desnutrición y problemas de salud pública en
general del mundo en vías de desarrollo.
BIBLIOGRAFÍA
PÁGINAS SITADAS EN LA WEB URL:
1. http://www.bioenlaces.com/alimentos.asp.
Aplicaciones Agroalimentarias en la Biotecnología Página 32
2. http://www.bioenlaces.com/alimentos/enzimatica.asp.
3. http://www.bioenlaces.com/alimentos/agmod.asp
4. http://www.infoagro.com/semillas_viveros/semillas/biotecnologia.htm.
5. http://delvalleparatodos.wordpress.com/2011/06/15/alimentos-transgenicos-
%C2%BFsolucion-o-destruccion-del-hombre-y-su-ecosistema/
6. http://carabuxa.wordpress.com/2007/12/01/alimentos-transgenicos/
7. http://www.vanguardia.com.mx/alimentostransgenicos,%C2%BFqueson?-
502404.html
TOMADOS DE ALGUNOS LIBROS DE REFERENCIA
8. Biotecnología y Alimentos (2003). Sociedad Española de Biotecnología.
- La Biotecnología en el Sector Alimentario (2005). Genoma España.
- Aplicaciones de la Biotecnología a la Seguridad Alimentaria (2005).
AESA/Genoma España.
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