FUNDAMENTOS DE BIOTECNOLOGÍA

FUNDAMENTOS DE BIOTECNOLOGÍAPARA TÉCNICOS Y TECNÓLOGOSEN EL SECTOR AGROINDUSTRIAL

Copyright©UNIVERSIDAD CATÓLICA DE MANIZALESPrograma Universidad en el Campo

Editor: Cárol Castaño TrujilloCorrección de estilo: Cárol Castaño Trujillo Diseño: Juan Andrés Mejía Londoño

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de esta publicación puede ser reproducida, almacenada en sistema recuperable o transmitida en ninguna forma por medios electrónico, mecánico, fotocopia, grabación u otros, sin la previa autorización por escrito del Centro Editorial Universidad Católica de Manizales y de los autores. Los conceptos expresados de este documento son responsabilidad exclusiva de los autores y no necesariamente corresponden con los de la Universidad Católica de Manizales y da cumplimiento al Depósito Legal según lo establecido en la Ley 44 de 1993, los Decretos 460 del 16 de marzo de 1995, el 2150 de 1995, el 358 de 2000 y la Ley 1379 de 2010.

©Centro Editorial Universidad Católica de ManizalesCarrera 23 No. 60-63http://www.ucm.edu.co/centro-editorial/[email protected] - Caldas

Hecho en Manizales, Caldas · Colombia

ISBN: 978-958-8022-88-8 Julio de 2018

AutorJavier Guillermo Mantilla Afanador · Dilbert Harley Vivas Zarate

CATALOGACIÓN EN LA FUENTE

Mantilla Afanador, Javier Guillermo Fundamentos de biotecnología para técnicos y tecnólogos en el sector industrial / Javier Guillermo Mantilla Afanador, Dilbert Harley Vivas Zarate. Manizales: Centro Editorial Universidad Católica de Manizales, 2018. 102 páginas Incluye glosario Incluye bibliografía ISBN 978-958-8022-88-8

1.Biotecnología 2. Biotecnología vegetal 3. Biotecnología ambiental 4. Bioseguridad

CDD 660.62 BIBLIOTECA UCM

Presentación

En Colombia las propuestas en el manejo y la gestión del área de la biotecnología han sido elaboradas considerando aspectos como: personal altamente capacitado, disponibilidad adecuada de infraestructura, inversión financiera, marcos legales y regulatorios, y voluntades políticas de estado. Sin embargo, estas propuestas que se caracterizan por los altos contenidos de investigación, desarrollo e innovación, no han sido suficientes para responder a los requerimientos y necesidades en el contexto cultural de las localidades rurales de nuestro país. Esto se podría superar si los productos o servicios obtenidos de base biotecnológica emergen desde el uso del conocimiento tradicional por parte de la comunidad y su posterior integración con el conocimiento científico y tecnológico para que se refleje en una transformación de la calidad de vida. Es por ello que la adopción de la biotecnología va más allá de la capacitación de personal altamente calificado y concentrado en instituciones y universidades en los centros urbanos. Para la adopción de la biotecnología a nivel local es necesaria la transferencia efectiva del conocimiento a la comunidad y esto se logra canalizando esfuerzos en la educación superior en los niveles técnicos y tecnológicos mediante procesos de apropiación social del conocimiento liderados por universidades y centros de investigación.

El departamento de Caldas con su potencial agroindustrial constituye un escenario propicio para la implementación del programa la Universidad en el Campo, el cual busca formar nuevas generaciones de jóvenes en el área rural que promuevan cambios en la estructura productiva y social del departamento. A partir de esta iniciativa, la Universidad Católica de Manizales se integró a la alianza conformada por el Comité de Cafeteros de Caldas, la Gobernación de Caldas y la Central Hidroeléctrica de Caldas, a través del programa de formación tecnológica en Aseguramiento de la Calidad en Empresas Agroindustriales.

La Tecnología en Aseguramiento de la Calidad en Empresas Agroindustriales contempla en su estructura curricular la asignatura de Biotecnología, definida como el conjunto de técnicas utilizadas por los sistemas biológicos y los organismos vivos o sus derivados en la obtención y modificación de productos o procesos para determinados usos (Naciones Unidas, 1992).

Este componente académico permitirá a los estudiantes de las localidades del departamento de Caldas adoptar paquetes tecnológicos que promuevan la eficiencia en los procesos y la competitividad de los productos. Entre las tecnologías que se podrían aplicar en las localidades están: la inseminación artificial en el sector pecuario, la microbiología industrial en el sector de los lácteos, el cultivo y propagación de tejidos in vitro de mora, plátano, café, caña panelera, cacao y aguacate.

El presente módulo denominado “Fundamentos de biotecnología para técnicos y tecnólogos en el sector agroindustrial” tiene como objetivo brindar a los estudiantes del programa tecnológico una introducción conceptual del área de la biotecnología con énfasis en el área agroindustrial. Este módulo se estructuró con base en los lineamientos metodológicos de escuela nueva, la cual es una metodología activa que incentiva el aprendizaje reflexivo y participativo del estudiante, quien, al interactuar con el maestro, la comunidad y la empresa logra la fundamentación en diversos tipos de competencias enfocadas en mejorar el entorno de la región.

Los autores.

Contenido

Fundamentos de biotecnología.....................................................13Competencias académicas..............................................................13Competencias laborales generales................................................13

Guía 1La célula como objeto de estudio de la biotecnología..............14Indicadores de desempeño académico.........................................14Indicador de desempeño de la competencia laboral general......141.1 Vivencias......................................................................................151.2 Fundamentación científica........................................................18

1.2.1 Las células: unidades básicas de organización de la vida........................................................................................................181.2.1.1 Propiedades de las células y signos de vida................181.2.1.2 La célula es la fábrica de la vida....................................191.2.1.3 ¿Por qué la célula es una fábrica de procesos biológicos?....................................................................................21

1.3 Ejercitación..................................................................................221.4 Aplicación....................................................................................221.5 Complementación......................................................................231.6 Glosario........................................................................................24Referencias........................................................................................25

Guía 2Insumos de la biotecnología:la biodiversidad de nuestro entorno............................................26Indicadores de desempeño académico.........................................26Indicador de desempeño de la competencia laboral general..26 2.1 Vivencias......................................................................................26

2.1.1 Niveles de organización biológica...................................262.1.2 ¿Cómo se puede aprovechar la biodiversidad presente en el entorno de una comunidad?.............................................28

2.2 Fundamentación científica.......................................................292.2.1 La biotecnología vista desde la perspectiva de la biodiversidad...............................................................................292.2.2 Diversidad genética............................................................312.2.3 Conservación y agrobiodiversidad..................................32

2.3 Ejercitación..................................................................................33 2.4 Aplicación....................................................................................34 2.5 Complementación......................................................................35 2.6 Glosario........................................................................................35Referencias........................................................................................36

Guía 3Alcances de la biotecnología: los mecanismos que hacen viable su adopción en nuestro entorno.......................................38Indicadores de desempeño académico........................................38Indicador de desempeño de la competencia laboral general..38 3.1 Vivencias. La biotecnología.....................................................383.2 Fundamentación científica.......................................................40

3.2.1 Propiedad intelectual..........................................................423.2.2 Bioseguridad........................................................................443.2.3 Acceso a los recursos genéticos.........................................46

3.3 Ejercitación..................................................................................493.4 Aplicación....................................................................................493.5 Complementación......................................................................50 3.6 Glosario........................................................................................50Referencias........................................................................................52

Guía 4Multidisciplinariedad y aplicaciones de la biotecnología.......53Indicadores de desempeño académico.........................................53Indicador de desempeño de la competencia laboral general..53 4.1 Vivencias......................................................................................534.2 Fundamentación científica........................................................56

4.2.1 Campos de aplicación de la biotecnología......................564.2.1.1 Biotecnología vegetal.......................................................574.2.1.2 Biotecnología ambiental..................................................574.2.1.3 Biotecnología industrial..................................................584.2.1.4 Biotecnología en salud animal.......................................594.2.1.5 Biotecnología en salud humana.....................................59


Guía 5Hacia la innovación en el sector agropecuario y alimentario........................................................................................65Indicadores de desempeño académico.........................................65Indicador de desempeño de la competencia laboral general..65 5.1 Vivencias.....................................................................................655.2 Fundamentación científica.......................................................70

5.2.1 Escenarios de la biotecnología agrícola y sus aplicaciones en la producción agroalimentaria.......................705.2.1.1 Cultivo de células y tejidos vegetales in vitro.............715.2.1.2 Transformación genética de plantas.............................73

FUNDAMENTOS DE BIOTECNOLOGÍA PARA TÉCNICOS Y TECNÓLOGOSEn el sector agroindustrial

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5.2.1.3 Marcadores moleculares de ADN.................................765.2.1.4 Análisis de datos biológicos...........................................78


Guía 6Microbiología Industrial: primer eje de la biotecnología........85Indicadores de desempeño académico.........................................85Indicador de desempeño de la competencia laboral general..85 6.1 Vivencias......................................................................................85

6.1.1 Metabolismo microbiano...................................................856.2 Fundamentación científica.......................................................90

6.2.1 Producción de ácido cítrico: aplicación clásica de la biotecnología................................................................................906.2.2 Metabolismo microbiano: usos potenciales para la producción de energía................................................................956.2.3 Producción de bioetanol: aspectos bioquímicos............956.2.4 Producción de bioetanol vs fuentes de las materias primas...........................................................................................97

6.3 Ejercitación..................................................................................986.4 Aplicación....................................................................................996.5 Complementación....................................................................1006.6 Glosario......................................................................................100Referencias......................................................................................102

Lista de figuras

Figura 1. Estructura y función de un proceso celular en eucariotas...........................................................................................20

Figura 2. Aplicaciones de las levaduras en la industria de bebidas...............................................................................................21

Figura 3. Componentes biológicos y niveles de organización biológica.............................................................................................27

Figura 4. Componentes de la oferta ambiental de ecosistemas, especies y genes.................................................................................33

Figura 5. Biodiversidad y relaciones evolutivas...........................34

Figura 6. Factores claves para adopción de nuevas tecnologías en la agricultura moderna....................................................................41

Figura 7. Ciclo de interacción en obtención de productos biotecnológicos a partir de la biodiversidad del ecosistema......47

Figura 8. ADN recombinante...........................................................67

Figura 9. Dogma central de la biología Flujo de la información genética desde el ADN hasta la proteína......................................68

Figura 10. Transformación genética vía Agrobacterium tumefaciens........................................................................................75

Figura 11. Transformación genética por biobalística...................76

Figura 12. Enzimas de restricción....................................................82

Figura 13. Producción ácido cítrico vía citrato sintasa.................93

Figura 14. Etapas de producción de metabolitos primarios y secundarios........................................................................................93

Figura 15. Ciclo de Krebs..................................................................94

Figura 16. Vía metabólica de la glicólisis.......................................96

Figura 17. Reacciones de oxireducción del piruvato vía anaerobia............................................................................................97

Lista de tablas

Tabla 1. Comparación características estructurales celulares entre procariotas y eucariotas.........................................................15

Tabla 2. Clasificación de los microorganismos según sus requerimientos energéticos..............................................................88

Tabla 3. Clasificación de los microorganismos según sus requerimientos de carbono..............................................................88

Tabla 4. Producción mundial de metabolitos a nivel industrial............................................................................................91


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Fundamentos de biotecnología

Competencias académicas

• Comprende la célula como la estructura básica de los seres vivos que genera bioproductos o metabolitos con perspectivas de uso para la sociedad.

• Reconoce la biodiversidad como componente fundamental de la biotecnología que es patrimonio de la nación y debe ser aprovechada dentro de unos lineamientos de desarrollo sostenible.

• Interpreta la biotecnología como un área multidisciplinaria y comprende las aplicaciones directas de los campos de la biotecnología en la localidad o región.

• Establece relaciones entre la biotecnología y la calidad de vida.

Competencias laborales generales

• Participa activa, responsable y colectivamente en el logro de objetivos comunes (trabajo en equipo).

• Dinamiza los conocimientos, habilidades y destrezas de las personas, con el propósito de que interactúen de manera autónoma y generen resultados (liderazgo).

• Evalúa y compara sus procesos con otros similares, para innovar y mejorar (competitividad).

• Usa adecuadamente la información para enfrentar situaciones (gestión de la información).

• Dinamiza procesos con métodos y enfoques innovadores (creatividad).

• Resuelve problemas en forma acertada y oportuna (toma de decisiones).


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Guía 1La célula como objeto de estudio de la biotecnología

La célula se puede comparar con una fábrica, lugar donde se lleva a cabo una serie ordenada de procesos a partir de materias primas para generar un producto que posteriormente será usado, consumido o gastado por ella misma u otras células.

¿Por qué son comparables los procesos de la célula con los de una fábrica? ¿De qué fundamentos se vale la biotecnología para maximizar un proceso biológico con repercusiones directas en la sociedad?

Estos y otros interrogantes serán resueltos a lo largo de esta guía que nos ayudará a comprender el maravilloso mundo de la biotecnología.

Indicadores de desempeño académico

• Diagrama la célula e identifica sus funciones biológicas.• Comprende la dinámica entre las materias primas y los

procesos celulares.• Reconoce qué es un proceso celular.• Explica qué es un producto celular.• Describe a la célula como modelo básico de la materia viva

generadora de productos de uso para la sociedad.

Indicador de desempeño de la competencia laboral general

• Comparte la información y la experiencia con los demás (trabajo en equipo).


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1.1 Vivencias

Tabla 1. Comparación características estructurales celulares entre procariotas y eucariotas

Organelo y biomoléculas Procariotas Eucariotas Archeobacterias

Cuerpo NuclearNo hay membrana nuclear.

Membrana nuclear, verdadero núcleo.

No hay membrana nuclear.

ADN ( ácido desoxirribonucleico)

Molécula simple y Plásmidos. ADN fragmentado en 1-2 Cromosomas.

ADN asociado a histonas. ADN fragmentado en múltiples cromosomas

ADN circular, cromatina y plásmidos. ADN único, circular, presencia de plásmidos.

Composición de las membrana

Tienen esterolesLipídicos.

Tienen esteroles lipídicos.

Enlaces éter lipídicos.

Sistema respiratorio

El sistema respiratorio es parte de la membrana plasmática; no hay mitocondrias.

Mitocondrias

Se reportan bombas de iones que se activan por las luz para producir ATP.

Aparato fotosintético

Aparato fotosintético en membranas internas organizadas; no hay cloroplastos.

Presente en orgánulos, los cloroplastos.

Ausente

Tamaño de los ribosomas 70S 80 S y 70 S 70 S

Movimiento citoplasmático

Corrientes citoplasmáticas inexistentes.Disponen de flagelospara movilidad.

Frecuentes

Corrientes citoplasmáticas inexistentes. Disponen de flagelos para movilidad.


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Pared celular Pared con peptidoglucanos.

Presente en algunas células compuestas de polímeros orgánicos por ejemplo células vegetales.

Glicopéptidos y proteínas.

Flagelos Compuesto de una fibrilla.

Cada flagelo tiene alrededor de 20 fibrillas.

Sin estructura

Reproducción

Bipartición y transferencia horizontalde genes.

Bipartición, esporulación, transferencia horizontalde genes.

Mitosis y meiosis

Vacuolas Raramente presente Presente Ausente

Fuente: Madigan, M.T., J.M. Martinko and J. Parker. (1997). Brock Biology of Microorganisms. 8th ed. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, Inc.

Corolario: la célula es la unidad básica más compleja que constituye los seres vivos. A partir de su conocimiento y manipulación mediante el uso de herramientas biotecnológicas, se han conseguido beneficios para la sociedad en áreas como medicina, industria, agricultura y medio ambiente.

Trabajo individual

De las siguientes afirmaciones identifique cuál es la correcta y explique por qué:

• Las células eucariotas son menos complejas que las procariotas.

• El ADN (ácido desoxirribonucleico) se organiza en una sola hebra.

• Las células vegetales presentan pared celular.• La célula animal se caracteriza por ser autótrofa.• Las células procariotas presentan núcleo donde se encuentra

el material genético.


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Solicite al docente la socialización del ejercicio anterior parar aclarar dudas e inquietudes respecto al tema.

Trabajo en grupo

En grupos de tres estudiantes se asignan los roles de relator, controlador del tiempo e investigador y bajo la orientación del docente se realizan las siguientes actividades.

• La primera mitad de los grupos construye la sopa de letras a partir de las siguientes palabras: núcleo, cromosomas, centriolos, membrana plasmática, aparato de Golgi, peroxisoma, mitocondrias, ribosomas, retículo endoplasmático liso, retículo endoplasmático rugoso, vacuolas, cloroplasto, plasmodesmos, pared de membrana y orgánulos.

• La segunda mitad de los grupos construye otra sopa de letras a partir de las siguientes palabras: procesos biológicos, biomoléculas, lípidos, ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos, metabolitos primarios, metabolitos secundarios, fábrica, transporte activo, transporte pasivo. Se deben incluir términos análogos que se relacionen con el funcionamiento de la célula cuando se compara con una fábrica, tales como: operaciones, recursos, elaborar, maquinaria, materia, energía, etapas, ingresos, gastos.

• Se intercambian las sopas de letras entre los dos grupos, se ubican y señalan las palabras en cada una de ellas.

• Cada grupo realiza un glosario con las palabras encontradas en las sopas de letras.

• En plenaria se expone el glosario realizado con el apoyo del docente para socializar los conceptos.

• Con la ayuda de una tabla o una representación gráfica, identifiquen las equivalencias entre los componentes celulares y los componentes de una fábrica: operaciones, recursos, elaboración de productos, maquinaria, materia, energía, etapas, ingresos, gastos.


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1.2 Fundamentación científica

Biotecnología y teoría celular: la biotecnología es soportada por el descubrimiento de la célula desde su estructura hasta sus productos de secreción. Por otro lado, la célula se define no solo como la unidad estructural de la vida, sino también como la unidad básica de las funciones vitales de los organismos, funciones que han sido aprovechadas para generar productos extracelulares útiles para la sociedad.

Trabajo individual

Lea los siguientes textos, extraiga cinco ideas principales y formule cinco preguntas acerca de la lectura.

1.2.1 Las células: unidades básicas de organización de la vida

Saber que todos los organismos están formados por células es uno de los principios fundamentales de la biología. Cada célula puede ser estudiada como una unidad autónoma con un centro de información gobernado por el material genético, se encuentra limitada por una membrana que controla el paso de sustancias hacia el interior y hacia el exterior. La célula también puede ser estudiada como una unidad dependiente con cierto grado de especialización como es el caso de los organismos multicelulares.

Como unidad estructural y bioquímica, la célula se puede caracterizar por tres aspectos: 1) la presencia de una membrana que separa la célula del ambiente exterior; 2) la presencia de proteínas y enzimas que son relevantes en los procesos metabólicos de la célula; y 3) la propiedad de duplicarse de generación en generación.

1.2.1.1 Propiedades de las células y signos de vida

Teniendo en cuenta que la célula es una unidad autónoma, es necesario conocer las propiedades y funciones biológicas que soportan su continuidad como materia viva. Una de las propiedades de la célula es su organización, resultado del ensamble de átomos en moléculas y moléculas en estructuras. En organismos multicelulares esta complejidad hace posible la especialización en tejidos y órganos con funciones diferentes. Otra de las propiedades de la célula es la estabilidad que mantiene


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en el interior de la membrana celular respecto al exterior, lo cual implica el intercambio continuo de materiales y una composición química diferente a la del ambiente cambiante, a esta propiedad se le denomina homeóstasis.

Las células también tienen la propiedad de duplicarse de generación en generación con gran fidelidad, incluyendo su crecimiento y desarrollo, por ejemplo, una sola célula viva como el óvulo, una vez fecundado, se transforma en un organismo multicelular. Los procesos de conversión de la energía (la cual es tomada del ambiente para luego ser transformada en materia y viceversa) son también otra propiedad. Finalmente, en la célula se tiene la respuesta a estímulos del ambiente o a otras células. Estos atributos celulares en conjunto son los signos de vida que distinguen los objetos animados de los inanimados.

Para reflexionar: ¿Qué diferencias hay entre las células y los virus? ¿Cómo se perpetúan los virus? ¿Podrían ser los virus biofábricas similares a las células?

1.2.1.2 La célula es la fábrica de la vida

Una fábrica es un lugar donde se procesan materias primas, se producen materiales o se ofrecen servicios. En cuanto a estos procesos, en la fábrica se compran materias primas para generar productos, empaquetarlos y dejarlos listos para distribuir. La elaboración de estos productos requiere de una dirección que dicta las instrucciones a los departamentos para el funcionamiento de toda la fábrica. También se requieren maquinarias para realizar las transformaciones y energía en forma de combustible o electricidad para llevar a cabo los procesos. En la analogía de la célula con una fábrica, el núcleo contiene y administra la información genética que dicta las instrucciones para que los organelos realicen las funciones metabólicas para el funcionamiento de toda la célula, la mitocondria suministra la energía química, los nutrimentos son las materias primas para la elaboración de productos celulares, el citoplasma es el lugar donde se encuentran todos los organelos que son la maquinaria que lleva a cabo las diferentes transformaciones; por ejemplo, el aparato de Golgi es el lugar donde las materias primas son transformadas en productos para luego ser transportados. Si se mencionan otros componentes celulares, se encontrarán otras equivalencias directas entre la célula y la fábrica.


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• En plenaria con el apoyo del docente analice y discuta el siguiente enunciado: para potenciar un proceso celular y generar un producto extracelular de interés económico, la biotecnología se apoya en el conocimiento de las funciones tales como: nutrición celular, relación celular (recepción y respuesta a estímulos del medio) y reproducción celular.

• Determine en la figura 1 cuál es la función celular que está ocurriendo y explique el fundamento. En plenaria socialice las respuestas.

Figura 1. Estructura y función de un proceso celular en eucariotas

Trabajo en equipo

En grupos de tres estudiantes realicen las siguientes actividades a partir de los enunciados correspondientes.

• La célula a partir de sus propiedades y signos de vida, es un sistema abierto que intercambia materia y energía con el medio exterior. Ubiquen en los CRA papel periódico y usen la premisa anterior para realizar un diagrama que explique cómo la célula generaría un producto para excreción. Por ejemplo, imaginen cuando un conjunto de células como Saccharomyces cerevisiae recibe estímulos externos y activa toda su maquinaria biológica (funciones celulares) en el proceso de generación de cerveza. (Figura 2)


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Figura 2. Aplicaciones de las levaduras en la industria de bebidas

• La célula es la unidad básica de los seres vivos, en la cual la biotecnología se apoya para potenciar un proceso de interés económico para la sociedad. Si las células se reproducen de generación en generación al igual que lo hacen lo virus, ¿podrían estos últimos ser considerados por la biotecnología para generar productos de interés económico?, ¿hay alternativas para que la biotecnología use los virus?

• En plenaria socialicen el trabajo con el apoyo del docente y con los compañeros de grupo.

1.2.1.3 ¿Por qué la célula es una fábrica de procesos biológicos?

En las células ya sean procariotas, arqueobacterias, eucariotas animales o vegetales, su código genético es universal, en la medida que dicta similares principios bioquímicos, los cuales, a su vez, son el soporte de un plan general de componentes estructurales, funciones moleculares y metabólicas.

La célula eucariota cumple funciones celulares específicas como modelo de microfábrica. La denominación de microfábricas celulares se puede ilustrar conociendo los procesos celulares. Por ejemplo, cuando orgánulos como los ribosomas, el retículo endoplasmático, el complejo de Golgi y sus vesículas, trabajan en conjunto en la síntesis, procesamiento bioquímico, empaquetamiento, distribución de macromoléculas y producción de nuevo material de membrana. Esta interacción se puede explicar desde varios enfoques celulares. Los ribosomas son los sitios donde ocurren los acoplamientos de secuencias de aminoácidos; posteriormente estas cadenas de polipéptidos formados son procesadas en el retículo endoplásmico rugoso, el cual es soporte en el ensamble y síntesis de proteínas. Estos polipéptidos son transportados a una zona específica del retículo para ser empacados en vesículas que se fusionarán con los sacos del complejo de Golgi. Estás vesículas también incluyen lípidos recién sintetizados en el retículo endoplásmico. En el complejo


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de Golgi ocurre el ensamble de las proteínas y lípidos que comprende la adición de carbohidratos y produce glucoproteínas y glucolípidos, componentes comunes de las membranas celulares. Cuando a las proteínas se les añaden lípidos, se les denomina lipoproteínas. Todas las moléculas producidas en la célula, incluyendo las que van a ser excretadas, experimentarán los mismos procesos bioquímicos en el complejo de Golgi. Una vez la proteína está terminada y compactada en una vesícula es transportada dentro de la célula a un orgánulo determinado o al ambiente exterior. El conocimiento de estos procesos celulares que generan biomoléculas es fundamental para la obtención de productos biotecnológicos y su posterior escalamiento industrial.

• Teniendo en cuenta la lectura anterior acerca de procesos celulares y con el apoyo del docente, responda las siguientes preguntas en el contexto de las funciones celulares, nutrición celular, relación celular (recepción y respuesta a estímulos del medio) y reproducción celular: ¿Qué es un metabolito primario? ¿Qué es un metabolito secundario? ¿Cómo están acopladas las funciones celulares con la transferencia de materia y energía en la célula? En plenaria con el apoyo del docente socialice las respuestas.

1.3 Ejercitación

• Realice un mapa mental que ilustre la relación de cada una de las siguientes estructuras: ribosomas, retículo endoplasmático, vesículas y complejos de Golgi en la generación de un metabolito primario o secundario.

• En grupos de tres realicen la siguiente actividad: ubiquen en el CRA la plastilina de varios colores y construyan un modelo celular para procariotas o eucariotas (plantas o animales) que permita identificar los componentes estructurales.

1.4 Aplicación

Con el apoyo del docente realice el análisis de la siguiente lectura.

La biotecnología puede adquirir varias definiciones que pueden ser científicas o sociales y dependen del contexto y del potencial productivo de un país o región. Un común denominador en las definiciones es que la biotecnología es un conjunto de técnicas


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usadas para maximizar un proceso biológico, por ejemplo, un proceso celular relacionado con la elaboración de un producto o sustancia específica de interés comercial. Una definición más general de biotecnología se dio en 1992 con el Convenio sobre Diversidad Biológica (CDB), asumiéndola como el conjunto de técnicas utilizadas por los sistemas biológicos y los organismos vivos o sus derivados en la obtención y la modificación de productos o procesos para usos específicos (Naciones Unidas, 1992).

La teoría celular establece que la célula es la base estructural de la vida, concepto fundamental para generar perspectivas y potenciar procesos biotecnológicos. Esta teoría establece que un tejido es un conjunto de células con funciones específicas, que los órganos son el conjunto de tejidos que también cumplen funciones específicas, y que el conjunto de órganos constituye el ser vivo u organismo. Entonces, el uso de un organismo vivo ya sea planta o animal, para generar un producto de interés implica inducir los millones de células que lo constituyen usando el conjunto de técnicas que ofrece la biotecnología.

Por lo tanto, el estudio de la estructura y de las funciones de las células abordando genes, proteínas, partes celulares y diversidad de rutas metabólicas, es la información que se necesita para aplicar técnicas biotecnológicas que generen productos que cubran necesidades para la sociedad.

• En grupos de dos integrantes y de acuerdo con las nociones adquiridas de la estructura y funcionamiento de la célula, expliquen cómo se relaciona la teoría celular con la biotecnología. Si es necesario, se puede hacer uso de eventos históricos.

1.5 Complementación

En casa con apoyo del manejo de las tecnologías de la información y las comunicaciones -TICs u otra fuente de información, consulte los usos de células u organismos animales o vegetales para generar productos de interés para el hombre. Socialice lo consultado ante el grupo mediante la elaboración de carteles, afiches, diapositivas, entre otros.


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1.6 Glosario

Ácido desoxirribonucleico: biomolécula portadora de la información genética en las células, se compone de dos cadenas complementarias de nucleótidos enrolladas, y tiene la propiedad de replicarse y codificar síntesis de ARN.

Homeóstasis: mantenimiento de un ambiente fisiológico interno o equilibrio estable con el ambiente exterior en una célula o un organismo.

Metabolismo: suma de todas las reacciones bioquímicas que ocurren dentro de una célula o un organismo.

Metabolito primario: son todos los productos que genera la célula para sobrevivir, ya sean carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y vitaminas.

Metabolito secundario: son todos los productos que genera la célula que se derivan de los metabolitos primarios, se producen en condiciones muy particulares y no son necesarios para su supervivencia.

Ribosoma: orgánulo pequeño compuesto por proteína y ácido ribonucleico con funciones celulares de síntesis de proteínas. Teoría celular: es la que explica cómo todos los seres vivos están compuestos por células, y cómo una célula surge de otras células.

Virus: partícula más pequeña que una célula, está compuesta por una región central de ácido nucleico y una cubierta proteínica; se reproduce solo dentro de una célula.


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Referencias

Curtis, H., Sue, N. y Schnek, A. (2006). Invitación a la Biología. Argentina: Editorial Médica Panamericana.

González, C. y Díaz, F. (2009). Fermentación alcohólica del lactosuero por Kluyveromyces marxianus y solventes orgánicos como extractantes. Revista de la sociedad venezolana de microbiología, (29), 110-116.

Glazer, A. & Nikaido, H. (2007). Microbial Biotechnology. Fundamentals of Applied Microbiology. Cambridge: University Press.

Glirck, B.R., Pasternak, J.J. & Patten, C.L. (2010). Molecular Biotechnology: Principles and Applications of Recombinant DNA. Washington: ASM Press.

Naciones Unidas. (1992). Convenio sobre Diversidad Biológica. Recuperado de: https://www.cbd.int/doc/legal/cbd-es.pdf


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Guía 2Insumos de la biotecnología:

la biodiversidad de nuestro entorno


• Comprende los diferentes niveles de organización de la diversidad biológica o biodiversidad.

• Categoriza los niveles de la biodiversidad.• Establece relaciones entre biotecnología y biodiversidad.• Distingue los conceptos de biodiversidad, bioprospección y

biotecnología.• Comprende los aspectos primarios que se deben tener

en cuenta para hacer uso de la biodiversidad con fines biotecnológicos dentro de un marco de desarrollo sostenible.


• Aporta sus habilidades y capacidades para facilitar la solución de problemas de manera asertiva (liderazgo).

2.1 Vivencias

La biotecnología genera productos de interés para la sociedad partiendo de los vínculos que tiene con la biodiversidad. Estos vínculos surgen de la información genética proveniente de la diversidad de recursos biológicos que existen en una región. El uso de estos recursos biológicos se debe realizar considerando un futuro previsible con el propósito de que puedan seguir siendo aprovechados por las futuras generaciones. Estos recursos biológicos están organizados en diferentes niveles biológicos, los cuales deben ser tenidos en cuenta al momento de hacer un uso sostenible.

2.1.1 Niveles de organización biológica

El mundo vivo está determinado por una jerarquía biológica que comienza con partículas sub celulares, y continúa con células, tejidos y órganos. Esta jerarquía está enmarcada en los diferentes niveles de organización biológica que son el individuo, la población (definida como el grupo de individuos de la misma especie) y en un nivel más complejo, la comunidad (definida como el conjunto de poblaciones de especies). La ecología se


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interesa por las interacciones de estos tres últimos niveles con el medio ambiente, incluyendo la distribución y abundancia de organismos.

De acuerdo con Odum (1971), cada uno de los niveles de organización biológica corresponde a un sistema biológico en particular (Figura 3). El intercambio de materia y energía entre el mundo abiótico y biótico se produce a través de un sistema biológico que es funcional. Por ejemplo, un caracol es un individuo o sistema biológico fisiológicamente independiente de otro individuo, adaptado a las condiciones fisicoquímicas cambiantes con comportamientos específicos de crecimiento, desarrollo y reproducción. Aquí el individuo es un sistema biológico funcional porque es dinámico debido a que interactúa con el medio biótico y abiótico. El conjunto de individuos que son dinámicos en un determinado ambiente adquieren nuevas propiedades y origina el siguiente nivel de organización que corresponde a la población, denotándose a la vez como un sistema biológico funcional.

Hay que especificar el nivel de organización biológica correspondiente a una población, en la medida que es un conjunto de individuos que pertenecen a una determinada especie, la cual consiste en una población o conjunto de poblaciones conformada (s) por individuos que son fértiles entre sí. Este conjunto de poblaciones pertenecientes a diferentes especies que ocupan un hábitat donde se reproducen y viven se denomina comunidad, el cual es un nivel de organización biológica dinámico más complejo que los anteriores.

Por su parte, cuando se considera estudiar la comunidad y su interacción con el medio abiótico, se denomina ecosistema. El ecosistema pasaría a ser el nivel de organización biológica y el sistema dinámico con la mayor complejidad.

Figura 3. Componentes biológicos y niveles de organización biológica


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En la figura 3 se indica cómo cada nivel es un sistema abierto porque intercambia materia y energía y se refleja con las interacciones y los componentes abióticos que también obedecerán a otros niveles de organización.

2.1.2 ¿Cómo se puede aprovechar la biodiversidad presente en el entorno de una comunidad?

El reto para una región está en involucrar dentro de sus objetivos de desarrollo el aprovechamiento y manejo sostenible de la biodiversidad a través de aquellas tecnologías que usan organismos o partes de ellos para generar compuestos o productos de interés para la sociedad. Diversidad biológica se entiende como todas las diferentes formas de vida que se encuentran en los ecosistemas acuáticos y terrestres. La biotecnología tiene como insumo todas esas formas de vida, que mediante técnicas cada vez más innovadoras, incluyendo la extracción y manejo de la información genética, ha permitido optimizar uno o varios procesos biológicos para generar productos con beneficio social e impacto económico.

La estrategia para hacer un buen uso de los recursos biológicos presentes en el entorno de una comunidad es conocer la oferta ambiental a través de planes de conservación, estudios ecológicos, estudios de impacto ambiental, que tengan en cuenta los niveles de organización biológica para preservar su equilibrio en la escala del espacio y tiempo.

• Trabajo individual. Defina los siguientes conceptos de acuerdo con el entorno de su región. Es decir, tome como modelo el lugar donde vive. Puede mencionar reservas naturales cercanas, plantas o animales identificados en la región, planes de conservación que se estén ejecutando para proteger un grupo de plantas o animales en vías de extinción. Los conceptos a definir son:

• Ecología, especie, población, comunidad biológica, hábitat, desarrollo sostenible, biodiversidad, ecosistema.

• Trabajo en grupos. Con la dirección del docente realicen un manuscrito en el que integren los siguientes conceptos para describir el entorno en el que viven: ecología, hábitat, biodiversidad, ecosistema y desarrollo sostenible.


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• Luego en plenaria con la dirección del docente, socialicen e intercambien los diferentes puntos de vista de los grupos hasta llegar a una definición integral en consenso que se base en la localidad o entorno que habiten.


2.2.1 La biotecnología vista desde la perspectiva de la biodiversidad

Al contar Colombia con ecosistemas costeros, de agua dulce, marinos, montañosos y forestales, incrementa las posibilidades de albergar una gran riqueza de diversidad biológica. Para aprovechar en el país los recursos biológicos de manera eficiente se deben mejorar los conocimientos relacionados con cada uno de los ecosistemas con que se cuenta; de esta manera se podrá hacer un uso sostenible de la diversidad biológica acorde con las necesidades de las regiones y las localidades. Es imprescindible que la sociedad logre un manejo sostenible de los recursos biológicos a través de la generación de mecanismos que hagan viable transformar la diversidad biológica en recursos permanentes para el desarrollo económico y social.

La pérdida de la biodiversidad causada por la explotación directa o alteración del hábitat es un problema ambiental que ha suscitado interés en Colombia. La importancia de la biodiversidad no está en duda en la medida que su complejidad es soporte en los procesos de transferencia de la materia y la energía. Por ello es uno de los factores que explica la permanencia de las especies en la tierra incluido el hombre. Aquí el reto para aprovechar la biodiversidad es conocerla antes que perderla.

La medida de la diversidad biológica se denomina riqueza y se define como el número de especies presentes en una unidad geográfica. La medida de la riqueza de especies puede ser influenciada a escala espacial por varios factores como la heterogeneidad de los suelos y de los hábitats, y a escala temporal por el tiempo que duran los estudios, ya sean, meses o años.

Al enfrentar el reto de conocer la riqueza de una unidad geográfica identificando la estructura del paisaje en una localidad o una región, uno de los puntos básicos es determinar el rol que desempeñan las especies en el funcionamiento de un ecosistema que hasta el día de hoy arroja algunas luces a las respuestas que


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los humanos buscan para solucionar los problemas de pérdida de especies.

Para conocer la diversidad biológica una de las propuestas consideradas de primera mano es realizar una medición a nivel de especies antes de explotarlas en beneficio de la sociedad. Por ejemplo, se pueden formular las siguientes preguntas: ¿cuántas especies hay en mi localidad?, y ¿qué tan estable es la comunidad ecológica de mi localidad? Una respuesta simple resultaría de realizar una medición de la riqueza de especies, lo cual tiene utilidades como indicador del estado ecológico de un ambiente. A lo anterior se le deberían sumar estudios para la evaluación, la conservación, el manejo y el monitoreo ambiental. De esta forma se puede tener una aproximación al estado del entorno y la estabilidad de una población, comunidad o ecosistema; así se podrá usar el recurso biológico dentro de unas estrategias y lineamientos sostenibles.

Desde hace muchos siglos el hombre ha dedicado tiempo a la búsqueda de organismos con posibles usos para el beneficio de la sociedad favoreciendo sectores como el farmacéutico, el alimentario, la agricultura, la silvicultura, la minería, la generación de energía, los cosméticos, entre otros. Con el transcurrir del tiempo, esa búsqueda por nuevos elementos de utilidad para el hombre ha sido más refinada, exigente por la sociedad y respaldada por tecnologías de punta, como la biotecnología. Esto ha conducido a resultados que se traducen en el descubrimiento de nuevos genes, microorganismos, rutas metabólicas y metabolitos secundarios.

La búsqueda de recursos biológicos y genéticos se ha generalizado con el término de bioprospección. Además de esta búsqueda de novedades en la naturaleza con uso potencial, la bioprospección también comprende las actividades de investigación, interacciones, procesos de transformación de un producto con fines de comercialización. En este proceso de uso de algunos organismos que hacen parte de la biodiversidad para su aprovechamiento, se debe garantizar la reposición de los recursos biológicos y la conservación de las condiciones del ecosistema que los incluye.

La bioprospección debe incluir un criterio para valorar la biodiversidad, el cual depende del enfoque que se considere ya sea para generar conocimiento o para el uso (aprovechamiento). Para la biotecnología el criterio de valoración de la biodiversidad


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es utilitario porque provee servicios ambientales o ecosistémicos que están directamente relacionados con el sustento de la sociedad. Un ejemplo de servicio de la biodiversidad es el aprovisionamiento de especies a través de la producción agrícola. En este sentido, la agricultura depende de un número limitado de cultivos que pertenecen a unas pocas especies, lo cual es confirmado por la FAO que indica que del 100% de la producción de alimentos, el 80% está representado por tan solo 16 productos. Es así como de 10.000 especies de gramíneas nada más siete (trigo, arroz, cebada, maíz, sorgo, centeno y avena) se explotan como fuente de alimento y de 16.000 especies de plantas leguminosas, solo seis (arveja, fríjol, soya, maní, alfalfa y trébol) se utilizan tanto para alimento como para forraje. En el futuro más inmediato, el servicio que ofrecería la biodiversidad es el aprovechamiento de toda la oferta de especies vegetales que serían la base para incrementar las oportunidades de diversificar la producción agrícola.

2.2.2 Diversidad genética

Una de las formas de abordar el estudio de la biodiversidad es a escala genética donde la diversidad hace referencia a la variación de los genes entre individuos de una población o entre poblaciones que pertenecen a una misma especie. Este corresponde al nivel más básico de la biodiversidad. Es de aclarar que la biodiversidad también implica estudiar niveles superiores diferentes al de diversidad genética tales como: diversidad de especies, diversidad filética, diversidad funcional de organismos en el ecosistema, diversidad de comunidades y diversidad de ecosistemas.

Los estudios de diversidad genética generan datos que permiten comprender las variaciones entre el material genético de individuos dentro de una población y variaciones del material genético entre poblaciones que pertenecen a una misma especie. Así se explican las diferencias que se originan y modifican a lo largo del tiempo. Uno de los mecanismos que debe ser analizado para explicar la diversidad genética es la ocurrencia de los intercambios genéticos por reproducción sexual. Las poblaciones que muestran alta diversidad genética tienen, por ejemplo, mayor probabilidad de tener algunos individuos resistentes a enfermedades o tolerantes a cambios ambientales. Por su parte, el hombre aprovecha la diversidad genética para seleccionar cruces de individuos, propiciar intercambios genéticos y garantizar que las características de interés puedan pasar a la siguiente


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generación. La información que provee esas características se encuentra almacenada en los genes.

La valoración de la biodiversidad con fines utilitarios en la agricultura tiene dos componentes: 1) el cultivo que el agricultor quiere producir y, 2) las especies silvestres a las cuales pertenece el cultivo, pero que no tienen las características de interés agronómico. La unión de estos dos componentes conforma el conjunto de recursos genéticos empleados para la alimentación y la agricultura. El estudio que profundiza en la conjunción de los dos componentes se denomina “agrobiodiversidad”. El uso de fuentes de diversidad genética implica implementar estrategias de conservación de la riqueza biológica, estudios de variabilidad genética y morfológica incluyendo la identificación y promoción de atributos en las variedades vegetales obtenidas.

2.2.3 Conservación y agrobiodiversidad

El aprovechamiento de la biodiversidad se ha controlado a través de convenios y tratados en los que se ha hecho énfasis en comprender los conceptos de humanidad y soberanía. A continuación, se mencionan elementos jurídicos representativos del uso de la agrobiodiversidad.

La Organización de la Naciones Unidas para la Alimentación y La Agricultura (FAO) ha definido que los recursos fitogenéticos son la base fundamental de la producción alimentaria, cuyo propósito es disminuir el área de tierras agrícolas y limitar la utilización de pesticidas químicos.

Por otra parte, el Convenido de Diversidad Biológica (CBD) enuncia que los estados tienen derecho soberano de explotar los recursos de acuerdo con sus políticas de seguridad ambiental. El CBD dentro de sus objetivos considera que se debe permitir el acceso adecuado a los recursos genéticos y facilitar la transferencia de las tecnologías apropiadas requeridas para investigar estos recursos.

En el caso de Colombia, el país se rige y reconoce estos organismos de control internacionales y acata sus directrices con el propósito de hacer un uso sostenible de la gran cantidad de especies nativas que podrían ser promisorias para la producción de alimentos.

• Trabajo en grupo: con la dirección del docente defina los siguientes conceptos: gen, riqueza de especies, agrobiodiversidad, bioprotección.


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2.3 Ejercitación

• Trabajo en grupo: en parejas analicen en el siguiente texto los alcances de la biotecnología desde el contexto de la biodiversidad en la agricultura o agrobiodiversidad:

Day-Rubestein y Heisey (2001) señalaron que la agricultura y los recursos genéticos son críticamente interdependientes y que todos los materiales empleados en la agricultura, aún las variedades modernas, descienden de un conjunto de recursos genéticos silvestres y mejorados, provenientes de todo el mundo. Estos tratadistas añadieron que la producción agrícola depende de una inclusión continua de recursos genéticos para la estabilidad e incremento del rendimiento, y que los recursos biológicos o también denominados, recursos genéticos, se pueden emplear para producir los cultivos agrícolas, lo cual muestra una relación bidireccional entre estos. Así la producción agrícola puede afectar los recursos silvestres y, a su vez ésta depende de los recursos genéticos de las plantas y los animales, muchos de los cuales se encuentran en ecosistemas espontáneos. (Lobo, 2008, p. 24)

• Realice un esquema de sostenibilidad en el que se aproveche la oferta ambiental del ecosistema, relacionando los componentes genéticos y de especies, como se ilustra en la figura a continuación.

Figura 4. Componentes de la oferta ambiental de ecosistemas, especies y genes


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2.4 Aplicación

• En grupos de tres estudiantes y con base en los conocimientos adquiridos hasta el momento, analicen el siguiente párrafo y elaboren un mapa conceptual que responda de manera general al vínculo que existe entre la biodiversidad y la biotecnología con miras alcanzar un desarrollo sostenible:

La utilización de la diversidad biológica es un gran activo para el desarrollo de la biotecnología con objetivos bien definidos. En este contexto, cabe mencionar el enorme interés que ofrecen los organismos extremófilos, es decir organismos que viven en condiciones letales para cualquier otro ser vivo. Las moléculas de algunos de estos microorganismos se están utilizando en la industria, ya que la utilización de sus enzimas puede incrementar el rendimiento de los procesos industriales y mejorar costos, al disminuir los requisitos de temperatura y otras condiciones (pH) que poseen las enzimas de los microorganismos mesófilos. En el contexto de la ciencia básica, la investigación sobre extremófilos ha llevado a redibujar el árbol de la vida. (Muñoz, 2015, p. 22)

• En grupos de tres estudiantes y con la dirección del docente, analicen el siguiente planteamiento y la figura que le acompaña: la biodiversidad es un componente importante en las transferencias de materia y energía siendo fundamental en el mantenimiento de la vida. El número de especies actuales es el resultado de diversos procesos evolutivos que datan de hace tres mil quinientos millones de años, tales como la selección natural y la adaptación de especies a ambientes particulares.

Figura 5. Biodiversidad y relaciones evolutivas


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• Realicen un diagrama que ilustre la articulación de la biodiversidad con la agrobiodiversidad en su localidad.


Con apoyo de la sala virtual u otra fuente de información, consulte cuál es la oferta ambiental de la diversidad biológica de su región, identifique poblaciones naturales y elabore un plan de aprovechamiento potencial usando la biotecnología para generar un producto para la sociedad. Realice una exposición sobre los resultados de la consulta.

2.6 Glosario

Agrobiodiversidad: se puede considerar la disciplina que estudia la diversidad agrícola involucrando varios componentes como los espacios cultivados, la lista de especies directamente (variedades comerciales) o indirectamente utilizadas (silvestres), las arvenses, los polinizadores, los insectos depredadores y todos los otros componentes bióticos que estén relacionados con el cultivo. Agroecosistema: hace referencia a los ecosistemas sometidos por el hombre a continuas modificaciones de sus componentes biótico y abiótico para la producción de alimentos, biocombustibles, fibras y otros usos.

Arvenses: plantas que crecen aledañas al cultivo de interés.

Biodiversidad: hace referencia a diversidad de las formas de vida presentes en un hábitat natural; de acuerdo con los niveles de variabilidad, se puede analizar la diversidad de especies, la diversidad genética (la variabilidad dentro de individuos de la misma especie) y la diversidad ecológica, que hace referencia a los diferentes ecosistemas.

Comunidad biológica: son todas las poblaciones de organismos que habitan un ambiente común y se encuentran en interacción unos con otros.

Ecología: disciplina que estudia las interacciones de los organismos con el ambiente físico y entre sí, y los resultados de estas interacciones.


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Ecosistema: interacciones entre los organismos de una comunidad o un conjunto de comunidades y los factores abióticos asociados con dicha interacción.

Especie: grupo de organismos que se cruzan entre sí en la naturaleza y están aislados reproductivamente de todos los otros grupos similares.

Hábitat: lugar o área en la que se pueden encontrar habitualmente los individuos de una determinada especie.

Población: en términos ecológicos cualquier grupo de individuos de una especie que ocupen un espacio; en términos genéticos son grupos de individuos que se cruzan entre sí y pertenecen a una misma especie.


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Referencias

Curtis, H., Sue, N., y Schnek, A. (2006). Invitación a la Biología. Argentina: Editorial Médica Panamericana.

Gaston, K.J. (Ed). (1996). Biodiversity. A Biology of Numbers and Differences. Sheffield: Blackwell.

Lobo, M. (2008). Importancia de los recursos genéticos de la agrobiodiversidad en el desarrollo de sistemas de producción sostenibles. Revista Corpoica. Ciencia y Tecnología Agropecuaria, 9(2):19-30. Recuperado de: http://www.redalyc.org/pdf/4499/449945025002.pdf

Muñoz, E. (2015). Biodiversidad y bioseguridad: su relación con la biotecnología. España: Instituto de estudios sociales avanzados. Recuperado de: http://www.iesam.csic.es/doctrab1/dt-9804.htm

Schuler, I. (2005). Manejo y gestión de la biotecnología agrícola apropiada a pequeños productores. Estudio de caso Colombia. Bogotá: REDBIO. Recuperado de: http://www.umoar.edu.sv/biblio/agricultura/biotecnologia/biotecnologia%20y%20peque%C3%B1os%20productores.pdf


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Guía 3Alcances de la biotecnología: los mecanismos

que hacen viable su adopción en nuestro entorno


• Comprende los alcances de la biotecnología desde el contexto del entorno social.

• Establece relaciones de los conceptos de patentes, recursos genéticos, colecciones biológicas y propiedad intelectual, con la aplicación de la biotecnología en la localidad o región.

• Identifica las implicaciones sociales, políticas y económicas asociadas al desarrollo de productos biotecnológicos.

• Comprende las estrategias y los lineamientos que se deben considerar para hacer uso de la biotecnología con fines de beneficio social.

• Da sentido a la biotecnología como alternativa de desarrollo económico y social.

• Comprende la relación entre el Convenio de Diversidad Biológica firmado en 1993 que hace parte de la legislación colombiana a través de la Ley 165 de 1994 y la adopción de la biotecnología.


Asume una posición positiva frente al cambio que permite ajustar sus prácticas habituales (referencia competitiva).

3.1 Vivencias. La biotecnología

El Convenio de Diversidad Biológica define la biotecnología como un conjunto de técnicas que utiliza los sistemas biológicos o partes de ellos para hacer o modificar productos o procesos para usos específicos. El reto de la biotecnología en la generación de estos productos es responder a la demanda del mercado y a la solución de problemas.

Colombia es un país con vocación agrícola y una oferta ambiental muy diversa a nivel de suelos, clima, recursos genéticos entre otros aspectos. Ante esta diversidad, la aplicación de tecnologías de punta como la biotecnología tiene muchas posibilidades de integrarse con los procesos productivos de cualquier sector económico. Estas posibilidades deben ser dirigidas y canalizadas


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en generar progreso para al país que se traduzca en productos eficientes y de aceptación del público.

Cuando una sociedad decide adoptar tecnologías avanzadas para su desarrollo debe hacer un estudio a largo plazo de los beneficios, costos y consecuencias de los productos que se generan. Al mismo tiempo es relevante tratar aspectos como la educación del público en general, el cual es un punto crítico porque es prioritario que se haga un buen uso en la gestión de la información en beneficio de los actores involucrados como por ejemplo los consumidores, los agricultores, los investigadores, los extensionistas rurales entre otros. Cada uno de estos actores va a tener un papel específico para la adopción y el manejo de la información. Es así como la interpretación y transmisión del conocimiento va a depender en gran parte de la formulación de las estrategias y políticas para ejecutar investigaciones con resultados contundentes para innovar y generar productos que respondan a las necesidades y prioridades reconocidas por la misma sociedad. En Colombia la adopción de la biotecnología se podría encaminar a solucionar problemas prioritarios en los campos de la salud, la industria de alimentos y la agricultura.

Para la formulación e implementación de políticas y estrategias de desarrollo biotecnológico se deben priorizar los procesos de innovación, reemplazo de antiguas actividades productivas, reconversión de las estructuras de producción y la adopción de nuevos métodos industriales. El Estado debe ser un actor principal en gestionar e impulsar los procesos de modernidad en la sociedad, teniendo en cuenta el conocimiento tradicional y el conocimiento científico que ha generado el país y que será el soporte fundamental en avances y mejoras de la calidad de vida. El reto es que el conocimiento se convierta en el valor agregado de un producto usando la biotecnología y teniendo como insumo la biodiversidad.

La biotecnología es un área que, a pesar de tener un potencial en el desarrollo económico de nuestro país, no tiene proyecciones claras; por ejemplo, en el caso de la manipulación genética no hay inversión en ciencia y tecnología para su adopción, y, por otro lado, se han generado preocupaciones en la sociedad por las posibles consecuencias y los efectos que pudieran tener en la salud humana y en el medio ambiente. En consecuencia, se han generado reacciones sociales representadas en organizaciones defensoras del medio ambiente y de los consumidores, que expresan sus críticas a las investigaciones que se ejecutan.


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Este escenario es susceptible a argumentos que caen en la irracionalidad y en las emociones, mezclados con racionalidades científicas y técnicas. La biotecnología al ser multidisciplinaria es compleja y sugiere un tratamiento concreto y específico para enfrentar cada uno de los casos donde puede haber problemas. En otros países la biotecnología a diferencia de lo que ocurrió con la industria química y física nuclear, ha estado sometida a un estrecho control y a la formulación de principios de regulación.

Con respecto a los temas relacionados con propiedad intelectual y a la protección de la información surgen muchas figuras legales en los derechos de obtentor que van desde el manejo de la información de los recursos biológicos, los procesos biotecnológicos, materiales biológicos, los acuerdos de transferencia de material, hasta los secretos industriales de los cuales se valen los principales inversionistas como instituciones y empresas que buscan proteger legalmente sus innovaciones. Al ser Colombia un país megadiverso, se generan muchas posibilidades de investigación y por lo tanto, diversas perspectivas de innovación que no son ajenas a los debates y discusiones sobre los derechos de propiedad intelectual (DPI). Los debates son de muchos matices en la medida que involucran aspectos socioculturales, conocimiento tradicional, y soberanía nacional.

• Identifique con la dirección del docente y mediante búsqueda de información local y/o regional, las necesidades sociales que requieren ser atendidas a través de la implementación de técnicas de biotecnología. Posteriormente, clasifique las necesidades de acuerdo con su impacto en el sector industrial, agrícola, salud u otro.

• En plenaria con la dirección del docente, socialicen e intercambien los diferentes puntos de vista de los grupos hasta priorizar una sola necesidad.


Las innovaciones tecnológicas en el sector agropecuario tienen como propósito generar productos con mayor calidad y rentabilidad. Los cambios tecnológicos son dinamizados por actores sociales e instituciones que integran diversas disciplinas y bienes materiales que con investigación buscan contribuir a mejorar el consumo de los productos agroalimentarios. En


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este sentido, la biotecnología es una de las herramientas más innovadoras de la agricultura moderna y sus resultados e impactos esperados dependen de su relación sinérgica con otras disciplinas y tecnologías (Figura 6).

Figura 6. Factores claves para adopción de nuevas tecnologías en la agricultura moderna.

Desde la revolución verde en 1970, se han gestado diferentes innovaciones tecnológicas en las cuales la biotecnología ha hecho sus aportes. La naturaleza misma del área de la biotecnología al ser multidisciplinaria persuade a los actores involucrados del sector público y privado para que formen redes de cooperación y colaboración científica. Estas redes se vuelven complejas en la medida que establecen vínculos con grupos relacionados con otras actividades tecnológicas, que poseen la infraestructura y recursos para investigación. Al concentrar las actividades biotecnológicas en un lugar geográfico donde converge infraestructura, tecnología y capacidad humana con ideas comunes hacia la solución de problemáticas, se atrae la inversión y se brindan más posibilidades para las empresas relacionadas con la biotecnología.


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Las políticas del país deben fomentar la formación de las redes sociales y de investigación donde los trabajos colaborativos, las relaciones entre grupos, empresas e instituciones públicas brinden garantías para usar la biotecnología como herramienta dinamizadora del desarrollo social.

La participación estatal es importante para la puesta en marcha de empresas que dinamicen el desarrollo de la biotecnología. Las empresas exigen un mínimo de infraestructura local, razón por la cual se sugiere que geográficamente se concentren en un mismo sitio empresas, universidades y proveedores de servicios. Igualmente, se concentran las actividades iniciales de comercialización que estarían inmersas en un entorno de negocios para los inversionistas.

Las actividades biotecnológicas que buscan estrategias para crear empresas incentivando la comercialización, la innovación y el desarrollo económico de un lugar geográfico, deben estar en sintonía con las normas sanitarias, de seguridad, ambientales, de biodiversidad y derechos de propiedad intelectual. Por lo tanto, es política de estado que al adoptarse la biotecnología se deben tener claros los lineamientos en el área de normatividad, la cual debe alinearse con los estándares internacionales que se pueden resumir en tres aspectos: propiedad intelectual, bioseguridad y acceso a los recursos genéticos.

3.2.1 Propiedad intelectual

Los derechos de propiedad intelectual protegen toda la creación del intelecto humano al ofrecerle privilegios en relación con sus creaciones. Las creaciones del intelecto pueden ser obras literarias, artísticas, científicas, descubrimientos científicos, diseños industriales, marcas de comercio, marcas de fábrica, invenciones de la actividad humana. En resumen, todas las actividades intelectuales en los campos artístico, científico, industrial y literario; esto incluye estrategias de protección contra la competencia desleal.

Sobre los productos o procedimientos que se obtienen mediante el uso de la biotecnología existe una gran cantidad de información o conocimiento estandarizado que ha procesado, incorporado y utilizado seres vivos o sus partes para producir o modificar productos. La información contenida en estos productos es susceptible de ser reproducida y ser escalada en cualquier lugar del mundo. La propiedad no reside en el producto como tal, sino


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en la inversión en conocimiento y tiempo que se reflejan en la utilidad de los productos.

La propiedad intelectual se puede dividir en dos secciones: propiedad industrial y derecho de autor. La protección de las invenciones que son el resultado de las creaciones del intelecto humano descansa en los derechos de propiedad industrial y la figura para su protección se contempla en la normativa de las patentes. Una patente es un derecho de propiedad intelectual otorgado por una autoridad estatal que excluye a otros del uso o beneficio de la invención protegida. Las patentes son otorgadas a individuos o compañías que pueden presumir de la generación de un nuevo producto o proceso de manufactura, mejorar el proceso de un producto existente o un proceso que no era previamente conocido. La concesión de una patente otorga a los beneficiarios el derecho al monopolio del producto generado para usarlo o venderlo por un periodo fijo de tiempo, usualmente 20 años.

¿Qué productos de la biotecnología pueden ser patentables? De acuerdo con la Organización Mundial del Comercio y el acuerdo sobre: Aspectos de Propiedad Intelectual Relacionados con el Comercio (ADPIC) para que un procedimiento o producto sea patentado debe cumplir tres requisitos: 1) que tenga un nivel invención, 2) que sea novedoso y 3) que tenga aplicabilidad industrial (Hernández, 2001). Lo anterior aplica a cualquier innovación tecnológica. En el contexto de la biotecnología, el nivel inventivo se refiere a todos los productos obtenidos a partir del uso de la biodiversidad que tenga como valor agregado el conocimiento que nunca había sido aplicado. A nivel novedoso se hace referencia a que la invención de un producto o procedimiento no se conozca públicamente. Y, por último, la aplicabilidad tiene que ver con el escalamiento a nivel industrial y comercialización de dicha invención.

Detrás de una invención es importante identificar y aclarar cuál es el papel de los actores involucrados en la generación de un producto o procedimiento biotecnológico que pueda ser patentado. En general los actores principales involucrados son: las etnias indígenas y campesinos conocedores de la biodiversidad local, los investigadores que usan las técnicas, las empresas privadas que tienen los recursos económicos y la capacidad de inversión, y el Estado, principal ente regulador y administrador de la biodiversidad que posee una nación.


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En Colombia se han identificado algunos puntos a considerar para aplicar la propiedad intelectual a las invenciones que tengan como insumo componentes de la biodiversidad. Para lo cual los obtentores e inventores deben tener en cuenta los siguientes lineamientos respaldados por el Convenio de Diversidad Biológica- CDB y la Decisión Andina 391, referenciados por Hernández (2001):

• Los estados dentro de su jurisdicción son soberanos de la propiedad física de los recursos genéticos, por lo tanto, quedan excluidos de su privatización, comercialización y venta.

• La biodiversidad tiene como referente de origen los ecosistemas y los hábitats que administra el Estado y de los cuales es soberano.

• El Estado es poseedor de la biodiversidad representada en recursos biológicos y genéticos, conocimientos y usos prácticos, por tanto, tiene la facultad de aprobar o rechazar el acceso a los mismos.

• Lo Derechos de Propiedad Intelectual (DPI) se podrán otorgar a las invenciones derivadas de los recursos biológicos y genéticos y no a la propiedad física.

• Si se llegara a otorgar una patente a una invención basada en recursos genéticos o biodiversidad, se solicitará el acuerdo de permiso de acceso o el contrato de acceso correspondiente.

• El Estado tiene soberanía y jurisdicción sobre los componentes de las colecciones ex situ, lo cual está contenido dentro de sus políticas y legislaciones internas.

3.2.2 Bioseguridad

Cuando comenzaron los trabajos de manipulación genética en la década de 1970 los procesos de investigación que se realizaban en laboratorios eran fácilmente vigilados en circuitos cerrados, producto de estas investigaciones comenzaron a salir los Organismos Genéticamente Modificados (OGM) de los laboratorios, primero en ensayos de campo a pequeña escala y luego desde la década de 1990 con grandes liberaciones a escala comercial de plantas transgénicas. A partir de ese momento surgieron los primeros debates de los efectos negativos de


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estos organismos para la salud. Es así como se implementaron alrededor del mundo un conjunto de medidas y acciones para minimizar los potenciales riesgos que puedan ocurrir cuando se siembran Organismos Genéticamente Modificados, incluyendo los derivados y los productos que contengan.

Las áreas de la biotecnología en el sector salud, animal, ambiental, agrícola e industrial exigen que sus impactos en la salud y el medio ambiente sean evaluados caso a caso y paso a paso, buscando siempre la confianza de la sociedad en relación a estas nuevas tecnologías. En Colombia existe una serie de mecanismos relacionados con la protección del medio ambiente, en este sentido sobresalen los artículos 66, 79 y 80 de la Constitución Política Colombiana, igualmente en la Carta Magna está consignada la importancia de la protección de todos los ambientes incluyendo la adecuada administración y aprovechamiento de los recursos biológicos, comprometiendo a toda la población para defenderlos y preservarlos.

El advenimiento de la biotecnología exige la implementación de un conjunto de políticas y procedimientos que deben garantizar la seguridad de las aplicaciones de estas técnicas al momento de usarlas y obtener productos a partir de ellas. La implementación de estas políticas va muy de la mano con las sugerencias de los científicos, los ambientalistas y el público en general para detectar los problemas potenciales en el ambiente, los organismos y el hombre. El interés por este alcance se refleja en la implementación de políticas que involucren medidas legales, administrativas y técnicas que protejan la calidad de vida.

Para la implementación de políticas de bioseguridad, el Estado debe sentar las bases fomentando el criterio científico, socioeconómico y ambiental de forma que brinde los elementos de juicio tanto para identificar las aplicaciones concretas de la biotecnología, como para evaluar la pertinencia y oportunidad de solucionar las posibles necesidades que surjan en los procesos productivos y la generación de servicios y así lograr la inocuidad y sostenibilidad. Con políticas acordes y coherentes con la realidad es viable promover el uso de la biotecnología a gran escala aprovechando los recursos naturales, la protección del ambiente y la salud de las personas.

La primera experiencia de Colombia en la aplicación de la reglamentación sobre bioseguridad para el uso de la biotecnología fue con la generación de los transgénicos. El


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Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural inició los procesos de incorporación de esta tecnología a través del ICA (Instituto Colombiano Agropecuario). Mediante el artículo 65 de la Ley 101 de 1993 se indica que el ICA es el responsable de desarrollar políticas y planes que protejan la sanidad y productividad agropecuaria de la nación.

Dentro de las responsabilidades que debe cumplir el Consejo Técnico Nacional (CTN) para introducción, producción, liberación y comercialización de OMG de uso agrícola, está analizar la información suministrada por el ICA para elaborar recomendaciones en lo relacionado con las actividades y proyectos de transgénicos. Esta asesoría también abarca manejo, producción, liberación y comercialización incluyendo especificidades como la patogenicidad, la alergenicidad y la toxicidad de las plantas vegetales modificadas.

3.2.3 Acceso a los recursos genéticos

La Comunidad Andina conformada por: Venezuela, Colombia, Ecuador, y Perú, cuenta con un régimen común de acceso a recursos genéticos enunciado en la resolución 391, de 1996 y otro sobre propiedad industrial enunciado en la resolución 486 de 2000. En estas normas está consignado que los recursos genéticos son patrimonio de cada Estado miembro y también se reconocen los derechos de las comunidades sobre los conocimientos milenarios y colectivos.

Desde la firma del Convenio sobre Diversidad Biológica en 1992, los recursos genéticos adquirieron gran importancia dado el valor potencial que representan para la investigación científica y la industria. Los recursos genéticos han tenido una demanda creciente hasta el punto que se han gestado discusiones a nivel de jerarquías superiores de entes públicos y privados. Las discusiones han estado relacionadas con establecer la propiedad y regular el acceso a los recursos genéticos de forma que haya un balance entre fomentar el desarrollo sin comprometer la pérdida de biodiversidad.

La alta diversidad biológica se ha asociado a la gran disponibilidad de recursos genéticos que son la base de la búsqueda sistemática de factores genéticos y moléculas bioquímicas con usos sostenibles y con fines comerciales. El eslabón de la búsqueda sistemática de moléculas biológicas de interés es toda forma de


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vida que se vincule con la biotecnología a partir de la información genética proveniente de esa variedad de recursos biológicos. Con el uso de técnicas de la biotecnología moderna esa información genética se puede traducir en compuestos, procesos, métodos y herramientas. Estas utilidades pueden ser vistas como servicios que prestan los ecosistemas naturales y deben tener como referencia el ciclo de la biotecnología, la biodiversidad, los recursos genéticos y bioprospección (Figura 7).

Figura 7. Ciclo de interacción en obtención de productos biotecnológicos a partir de la biodiversidad del ecosistema.

En 1983 se aprobó el Convenio Internacional de Recursos Fitogenéticos en la FAO, que tenía como propósito brindar los mecanismos de acceso a los recursos genéticos de plantas asociados a la alimentación y a la agricultura. Al principio adquirió un carácter informal sin fuerza jurídica, pero con el tiempo se sometió a revisiones y en el 2001 se aprobó el Tratado en Recursos Fitogenéticos para la Alimentación y la Agricultura. Allí se aclaró que la propiedad de un recurso fitogenético en su esencia física es de la nación y el Estado es soberano para su disposición. Por el otro lado está la propiedad intelectual que está regulada por el ADPIC (Acuerdo sobre Aspectos de Derecho de Propiedad Intelectual relacionados con el Comercio). Allí se registran los casos de recursos fitogenéticos que hacen parte de la consecución de una variedad comercial que llega a ser patentada y cuya novedad está justificada tal como su invención y aplicabilidad industrial.

Posteriormente, el Convenio de Diversidad Biológica firmado en 1993 y que es parte de la legislación colombiana a través de la Ley 165 de 1994 sirvió de soporte al Tratado en Recursos Fitogenéticos aprobado en el 2001. El Convenio planteó entre sus objetivos, conservar la diversidad biológica, hacer uso sostenible


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y hacer una distribución equitativa de los beneficios derivados de los recursos genéticos.

A pesar de la gran cantidad de recursos genéticos existentes en Colombia, falta información de sus usos a través de la biotecnología, lo cual repercute en la dinámica del ciclo de interacción y obtención de productos biotecnológicos.

• Trabajo en grupo: con la orientación del docente busque la definición de los términos: normativa, ley, patente, organismos genéticamente modificados, banco de germoplasma, colección biológica ex situ, colección biológica in situ, Bacillus thuringiensis genéticamente mejorados para la producción de toxina insecticida para controlar orugas, bioprospeccion, biotecnología.

• Posteriormente relacione cada uno de ellos en las siguientes columnas:

Bioseguridad Patente Recurso genético

• En plenaria socialice con la orientación del docente las respuestas del punto anterior explicando el por qué en cada caso.

• En grupos realicen un diagrama que muestre la interacción dinámica de los aspectos (bioseguridad, derecho de propiedad intelectual, acceso a recursos genéticos) y los mecanismos asociados (leyes y normativas).


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3.3 Ejercitación

• Resuelva el siguiente ejercicio según la temática tratada con anterioridad. Si usted está interesado en hacer uso de las propiedades medicinales de una planta, explique qué elementos tendría en cuenta si la especie hace parte de una colección ex situ o de una colección in situ

• En grupos y tomando como referencia la Figura 6. Factores clave para la adopción de nuevas tecnologías en la agricultura moderna, diseñen una ilustración similar explicando un factor que haya contribuido en la agricultura; tengan como referencia un cultivo o actividad pecuaria con el cual estén familiarizados.

• En plenaria se socializa el trabajo anterior realizado por los diferentes grupos explicando el diagrama o ilustración y se solicita la evaluación de desempeño por parte del docente.

3.4 Aplicación

• En grupo y con el apoyo del docente, analicen la viabilidad de desarrollar actividades biotecnológicas en la localidad o región. Primero, identifiquen una necesidad o problemática y el producto biotecnológico correspondiente (por ejemplo, una medicina con un componente activo que provenga de una planta de la región para curar una enfermedad). Luego lo consideran como modelo para aplicar biotecnología, pero identificando los aspectos que se deben considerar en los temas de bioseguridad, propiedad intelectual y acceso a recursos genéticos. La propuesta debe estar enmarcada en los niveles social (cuál es el beneficio para la sociedad), económico (costos y mejora de la calidad de vida) y político (rol del gobierno local). Apliquen los conocimientos adquiridos y discutidos durante el módulo.

• En plenaria y con el apoyo del docente lleguen a un consenso con el propósito de determinar los aspectos que se deben tener en cuenta en el escalamiento y comercialización de un producto biotecnológico, el acceso a recursos genéticos, la bioseguridad, la propiedad intelectual, el rol político, social y económico.


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Con apoyo en la sala virtual, los consultores virtuales u otra fuente de información busque los aspectos sociales, económicos y políticos consignados en Convenio de Diversidad Biológica firmado en 1993 y que es parte de la legislación colombiana a través de la Ley 165 de 1994.

3.6 Glosario

Bioseguridad: implementación y uso continuo de elementos regulatorios, sistemas de detección, monitoreo y análisis de riesgo y estudios toxicológicos de los eventuales efectos de la aplicación de la biotecnología sobre seres vivos para obtener un producto comercial.

Agente biológico: cualquier organismo o microorganismo manipulado por el hombre para su uso con algún fin.

Bioplaguicida: control de insectos o microorganismos, plagas de cultivos de interés usando otros agentes biológicos antagonistas para reducir la incidencia de los primeros.

Biofertilizante: uso de agentes biológicos para mejorar las condiciones nutricionales de las plantas.

Biorremediación: uso de cualquier organismo o cualquier proceso metabólico que emplee sustancias complejas contaminantes para transformarlas en sustancias más simples y asimilables por el medio ambiente.

Bacillus thuringiensis genéticamente mejorados: cualquier bacteria o cepa Bacillus thuringiensis a la cual se le ha insertado un gen proveniente de otro organismo. El producto final es un Microorganismo Modificado Genéticamente.

Colección biológica: constituye la organización y sistematización de los organismos de todos los niveles de biodiversidad de una región o regiones los cuales son el patrimonio natural de un país. Esta biodiversidad también tiene connotaciones culturales.

Colección biológica ex situ: espacio físico fuera del ambiente natural que alberga y conserva la biodiversidad.


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Colección biológica in situ: espacio físico natural destinado a albergar y conservar la biodiversidad.

Ley: es una regla o norma establecida por una autoridad competente con carácter jurídico dictada por un legislador para establecer un orden social.

Normativa: conjunto de reglas que rigen una actividad.

Patente: conjunto de derechos exclusivos otorgados por el Estado al creador de un producto susceptible a ser explotado comercialmente

Recursos genéticos: conjunto de genes y genomas de los recursos biológicos con potenciales usos para la sociedad.


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Referencias

Hernández, A. (2001). Convenios internacionales en acceso a recursos genéticos, principales obligaciones para Colombia. Revista Colombiana de Biotecnología, 3(29), 8-16.

Muñoz, E. (1997). Biotecnología, Industria y Sociedad. El caso español. Madrid: Fundación CEFI.

Velásquez, C. (2009). Biotecnología: ¿alternativa mundial? Orientaciones para el desarrollo de la Asignatura de Biotecnología. Manizales: Universidad Católica de Manizales.

Yaya, M. y Chaparro, A. (2007). Derechos de propiedad intelectual y agro-biotecnología: limitaciones y alternativas. Revista Colombiana de Biotecnología, 9(1), 49-59.


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Guía 4 Multidisciplinariedad y aplicaciones de la biotecnología


• Comprende el área de la biotecnología desde una perspectiva multidisciplinaria.

• Distingue cuál es el objeto de los diferentes campos de aplicación de la biotecnología.

• Identifica campos de la biotecnología potenciales para aplicarlos al desarrollo de la región.

• Clasifica las actividades de la biotecnología según el campo de aplicación.

• Comprende el objeto de estudio de algunas disciplinas de las ciencias biológicas que aportan conocimiento a la biotecnología: taxonomía microbiana, genética, microbiología industrial, bioquímica y biología molecular.

• Profundiza en conceptos relacionados con biotecnología de acuerdo con el campo de aplicación.


Identifica la información requerida para ampliar su conocimiento de una situación o problema (gestión de la información).

4.1 Vivencias

Según el significado de la biotecnología desde el aprovechamiento que hace de la materia viva, se la puede interpretar como el uso de la maquinaria biológica desde la célula hasta el organismo completo con el propósito de generar productos de impacto directo en la solución de problemas de la vida cotidiana, como por ejemplo: generar alimentos más nutritivos, medicamentos hechos a partir de moléculas novedosas, cultivos más productivos por transferencia de genes, metabolitos para uso industrial, sistemas biológicos para eliminar contaminantes de ecosistemas de aguas y de suelos.

Desde una perspectiva histórica, la biotecnología ha surgido como un gradiente de diversas técnicas que han sido desarrolladas y adoptadas de acuerdo con las necesidades sociales y las oportunidades de mercado. En un recorrido breve, entre los primeros productos que se generaron con este


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conjunto de técnicas están los saborizantes, el alcohol industrial, los antibióticos y el ácido cítrico. Posteriormente vinieron las técnicas de ADN recombinantes, anticuerpos monoclonales, métodos de cultivo de células y tejidos y transferencia de genes entre especies. Actualmente, las técnicas de secuenciación masiva de ADN junto con la disciplina de la bioinformática han tenido auge hasta el punto de extraer y procesar información genética de cualquier ser vivo. Uno de los resultados de este último avance fue el fortalecimiento del vínculo entre el estudio de la diversidad biológica y la biotecnología a partir de la obtención de la información genética.

El que la célula sea la unidad básica para el entendimiento de procesos biológicos se refleja en los primeros hallazgos de las potencialidades de los microorganismos útiles en la industria. Haciendo una retrospectiva, el primer momento histórico de la biotecnología tuvo como eje la microbiología fundamentada en estudios bioquímicos relacionados con el metabolismo celular, la especificidad enzimática y la localización celular. El primer aporte en términos operativos para entender la vida fue la creación del microscopio, por Robert Hooke y Antonie van Leeuwenhoek, que permitió hacer las primeras observaciones de microorganismos, lo cual trascendió a disciplinas y campos de la ciencia que necesitaban identificar hongos y protozoos. Tiempo después, en 1857 Pasteur al hacer experimentaciones observó e identificó varios procesos bioquímicos llevados a cabo por los microorganismos aerobios y anaerobios para la obtención de energía y procesos de fermentación. Luego, Büchneren en 1897 demostró cómo a partir de extractos de levaduras y de enzimas específicas, se llevaba a cabo la fermentación alcohólica. A estos eventos se le suman los aportes de Koch en 1883 al desarrollar los principios de la esterilización, medios de cultivo para el aislamiento de microorganismos de interés y luego la siembra en cultivos puros. Para esa misma época Winogradsky y Beijerick realizaron estudios pioneros en microorganismos relacionados con los requerimientos para la obtención de energía a partir de compuestos inorgánicos y los principios de fijación de nitrógeno, lo cual contribuyó a ilustrar su rol en los ciclos biogeoquímicos.

Otro evento importante y diferencial fue el descubrimiento de la penicilina por Flemming en 1928. Cuando este metabolito comenzó a producirse durante la II Guerra Mundial, fue necesario implementar y aplicar todos los conocimientos adquiridos hasta el momento como técnicas de esterilización, infraestructura para la fermentación, aislamiento y cultivo del hongo que


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produce la penicilina y mejoramiento genético de las cepas. En adición a esto, Selman Waksman en 1940, en el Departamento de Microbiología de Suelos de la Universidad de Rutgers (EE.UU.), realizó trabajos de bioprospección en microorganismos procedentes del suelo que producían estreptomicina, lo cual también propició la comercialización de antibióticos. En los años cuarenta ya se comercializaban diferentes productos de fermentación incluyendo antibióticos, aminoácidos, enzimas, vitaminas y giberelinas. En las décadas siguientes (hacia los 60s) se mejoraron los procesos de producción de metabolitos como aminoácidos, vitaminas, polímeros microbianos con aplicaciones en el campo de la industria de alimentos.

En la década de los 70s con el desarrollo de la técnica de ADN recombinante y con base en los conocimientos de biología molecular del modelo del ADN de Watson y Crick en 1953, se dio un gran salto en la manipulación de genes con los cuales se lograría la transferencia de los mismos entre organismos y se generarían proteínas de uso terapéutico. En cuanto a la transferencia de genes, estos fueron aislados y luego expresadas sus proteínas con éxito para ser comercializadas, como ejemplo de ello tenemos la insulina humana, la hormona humana de crecimiento, la uroquinasa, el factor III de coagulación sanguínea, la quimiosina, la vitamina C y el triptófano. Una de las aplicaciones clave en este proceso fue la del ADN recombinante.

La biotecnología puede haber iniciado de un modo empírico, pero solo con los experimentos realizados de manera controlada y con una base científica se conoció el origen del componente activo (gen, proteínas o metabolito secundario), se garantizó la pureza y la confiabilidad de los productos generados.

Según los sucesos mencionados se han utilizado técnicas en seres vivos involucrando un conjunto de actividades pertenecientes a las disciplinas de taxonomía microbiana, genética, microbiología industrial, bioquímica y biología molecular, lo que demuestra la multidisciplinariedad de la biotecnología.

• Individualmente analice el siguiente párrafo: la biotecnología es un área multidisciplinaria dado el conjunto de conocimientos y técnicas de distintas disciplinas aplicadas sobre un organismo o sus partes, que tiene dentro de sus propósitos generar un producto.


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• Luego con el apoyo del docente a partir del recuento de los sucesos y avances científicos anteriormente mencionados identifique para cada suceso histórico las disciplinas involucradas: taxonomía microbiana, genética, microbiología industrial, bioquímica y biología molecular.

• Trabajo en grupo: en la perspectiva histórica del desarrollo de la biotecnología ocurrieron diversos acontecimientos que hicieron sus respectivos aportes. Estos aportes se dieron desde diversas disciplinas, además de las ya mencionadas. Con la orientación del docente y haciendo uso de la sala virtual, analicen otros sucesos específicos relevantes, ya sea históricos o de actualidad, que ilustren la multidisciplinariedad de la biotecnología.


Actividad: en grupos, utilizando la sala virtual y con la orientación del docente identifique y profundice en los siguientes conceptos: cultivo y propagación de tejidos in vitro, embriogénesis somática, protoplastos, anteras, microsporas, explante, transgénico vegetal, banco de germoplasma ex situ, banco de germoplasma in vivo, catalizador, bioremediación, hábitats, procesos metabólicos, ecosistema, monitoreo de progenies, metabolito primario, metabolito secundario, componente activo, vacuna recombinante, crio preservación, micro inyección, secuenciación del ADN (ácido desoxirribonucleico), terapia génica.

4.2.1 Campos de aplicación de la biotecnología

• Actividad: relacione los conceptos que acabó de definir con los diferentes campos de la biotecnología referidos en la siguiente lectura.

Aunque los logros y el impacto que ha tenido la biotecnología en los diversos sectores productivos como industria, salud y agricultura, no se pueden medir con una sola escala debido a que es variable, sí existen campos generales donde las diferentes disciplinas de las ciencias biológicas han profundizado para lograr la aplicación de técnicas innovadoras. Entre los campos de aplicación se encuentran: biotecnología vegetal, biotecnología ambiental, biotecnología industrial y biotecnología de la salud animal y humana.


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4.2.1.1 Biotecnología vegetal

El cultivo de células y tejidos vegetales in vitro consiste en el desarrollo y aplicación de protocolos y técnicas, que incluye la micropropagación, la embriogénesis somática, la regeneración de plantas a partir del callo y suspensiones celulares, el cultivo de protoplastos, anteras y microsporas. El objetivo es usar un conjunto de técnicas sobre cualquier parte de un vegetal, separarla y cultivarla en un medio estándar nutritivo artificial y mantenerla en cuartos con condiciones controladas de humedad, temperatura, luz y aireación para obtener una nueva planta similar a la planta de origen, es decir se lleva a cabo un proceso de clonación. La propagación de tejidos vegetales ha tenido tres principales aplicaciones, en la primera las partes o fragmentos separados de una planta inicial o explantes permiten la multiplicación o clonación a escala de un gran número de individuos por especie de planta de interés agrícola. La segunda aplicación ha permitido el mantenimiento en condiciones in vitro de un determinado explante o parte de tejido de una planta en bancos de germoplasma ex situ con fines de conservación de la flora silvestre, en programas de mejoramiento genético y programas de seguridad alimentaria. Por último, se encuentra la aplicación en la obtención de explantes para posterior uso en transformación genética, técnica que consiste en tomar las células o tejido vegetal para transferirle a la planta un gen de interés proveniente de otra especie de planta o inclusive de un animal y luego este gen codificará para una característica de interés agronómico.

4.2.1.2 Biotecnología Ambiental

Actualmente, la detección y el monitoreo de contaminantes por parte de las autoridades ha hecho que las compañías industriales desarrollen procesos más eficientes en el uso de materias primas, agua y energía, con el fin de reducir el impacto ambiental. Esto es en procura de convertir los procesos industriales en procesos menos perjudiciales enmarcados dentro de un desarrollo sostenible. Aquí la biotecnología ambiental es relevante para contribuir con este propósito mediante el uso de sistemas biológicos útiles en la transformación de los residuos provenientes de los procesos industriales en sustancias más simples, menos contaminantes y en la restauración y protección del medio ambiente.

En cuanto al uso de sistemas biológicos en los procesos industriales, el componente básico es el conocimiento de las


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enzimas como catalizadores biológicos, no tóxicos, específicos, biodegradables, que trabajan a temperaturas moderadas y en condiciones no extremas. Estas propiedades de las enzimas las hacen diferentes y más eficientes en comparación con los métodos tradicionales que no son limpios y son perjudiciales para el medio ambiente.

El uso de los sistemas biológicos como las plantas y los microorganismos para restaurar los hábitats que han sido contaminados, permite reducir la polución en los ecosistemas acuáticos y el suelo. Estos sistemas biológicos a través de su metabolismo emplean algunos de los compuestos provenientes de los contaminantes para su crecimiento y obtención de energía; por esta razón es clave el conocimiento de los genes que gobiernan y dictan las instrucciones de los procesos metabólicos que ocurren en los microorganismos y las plantas, lo cual permitiría hacer un uso eficiente y preciso en el momento de aplicar estos sistemas biológicos en la descomposición de sustancias complejas y contaminantes para transformarlas en sustancias más simples que son más asimilables y menos tóxicas para el ambiente. Este campo de la biotecnología es potencial y promisorio a dos niveles: uno de búsqueda y exploración de organismos con propiedades de biodegradación de compuestos industriales, y otro de análisis de las vías metabólicas respectivas para los procesos de descomposición de los compuestos industriales en sustancias y moléculas más simples.

4.2.1.3 Biotecnología industrial

El uso de las tecnologías sobre microorganismos ofrece diversas posibilidades de uso industrial con aplicaciones que van desde producción de moléculas de interés agrícola en el área de control biológico hasta vacunas recombinantes y medicinales tales como: la insulina, las hormonas de crecimiento e interferón, las enzimas y la producción de proteínas específicas. La base de estos avances está en el conocimiento y la manipulación genética de rutas metabólicas para potenciar la producción de un metabolito primario o secundario de interés. Los microorganismos son promisorios en la medida que sean identificados, descritas sus rutas metabólicas y aislados sus respectivos productos, se abre el camino para el escalamiento de ese componente activo que tiene un valor agregado y que responde a una situación real de demanda y, por lo tanto, a una comercialización.


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4.2.1.4 Biotecnología en salud animal

En la biotecnología de salud animal, la aplicación más inmediata es en el sector pecuario específicamente el ganado, donde el mejoramiento genético dirigido a la obtención de razas puras, resistentes a enfermedades, con buena producción de leche y de carne, inclusive doble propósito, ha estado supeditado a la realización de cruces de los progenitores seleccionados y al seguimiento de las características de interés productivo a lo largo de las generaciones haciendo los análisis tradicionales de las progenies. Con el conocimiento de la información genética basada en marcadores moleculares de ADN (ácido desoxirribonucleico) se ha podido hacer un seguimiento más preciso de las progenies al identificar zonas de los cromosomas relacionadas con características que responden a enfermedades, producción de leche y carne.

Otra de las aplicaciones es la inseminación artificial que consiste en usar un conjunto de técnicas que conserven bajo condiciones específicas la viabilidad de los espermatozoides de las razas que se desean cruzar. Estos procedimientos hacen posible tener mayor precisión en los cruces. Con el tiempo esto se ha acoplado al desarrollo vertiginoso de la manipulación de embriones con múltiples fines, pero soportado por el uso de varias técnicas que van desde la inducción de ovulación y la recolección de embriones hasta la crio preservación y posterior transferencia del embrión al útero de una hembra. De otra parte, la transferencia de genes también ha estado a la orden del día y consiste en la introducción de un gen de interés en un huevo fertilizado desde un espécimen donador. Al final, todas las células tendrán este gen, el futuro embrión por técnicas de transferencia se implantará en el útero de una hembra y allí se gestará hasta su nacimiento.

4.2.1.5 Biotecnología en salud humana

Después de la secuenciación del genoma humano en el año 2006, se reafirmó el potencial de la contribución de la biotecnología en el campo de la salud a nivel de: prevención de enfermedades hereditarias, producción de sustancias terapéuticas, terapia génica y desarrollo de vacunas; lo cual fue posible por la gran cantidad de información genética que se procesó y descifró.

El uso de la información genética que se ha obtenido masivamente como resultado de las tecnologías de punta, como la secuenciación del ADN (ácido desoxirribonucleico) ha tenido


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aplicaciones para resolver situaciones en nuestra vida cotidiana, por ejemplo, problemas de parentesco entre familiares a través de pruebas de paternidad y aplicaciones forenses. Existen casos puntuales que basados en el conocimiento ADN, permiten detectar secuencias de interés patológico para diagnosticar: infecciones virales, bacterianas o fúngicas, SIDA, tuberculosis, papiloma, virus, fibrosis quística o anemia falciforme, entre otras. Pero sin duda, uno de los mayores éxitos del uso de estas técnicas es la elaboración de productos de interés medicinal y posterior aceptación para uso terapéutico como el interferón, la interleukina 2, los anticuerpos monoclonales y la insulina humana.

Actualmente, una de las prioridades de las aplicaciones de la biotecnología es la producción de medicamentos genéricos que respondan a la demanda médica y social. De esta manera, el uso inteligente de la biodiversidad es posible utilizando moléculas alternas que remplacen los principios activos de un medicamento de alto costo, lo cual bajaría los precios para su adquisición.

• Trabajo individual: determine las características, similitudes y diferencias entre los cinco campos de aplicación de la biotecnología empleando el diagrama de Venn Euler.

4.3 Ejercitación

• De acuerdo con la lectura anterior, elabore un cuadro y llene las casillas en blanco con ejemplos de las aplicaciones de la biotecnología en la sociedad. Siga el ejemplo:

B. Vegetal

B. Ambiental

B. Salud

B. Animal

B. Humana

Aplicaciones

• En plenaria: de acuerdo con el cuadro anterior y haciendo uso de la sala virtual y de las tecnologías de la información, busque más aplicaciones en los diferentes campos de la biotecnología. Solicite la dirección del docente.

• Trabajo en grupo: de acuerdo con los conceptos profundizados con el docente y la biotecnología como un área multidisciplinaria, lea y analice el siguiente enunciado


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e identifique cuáles disciplinas estarían involucradas en la obtención de la planta modificada (transgénicos):

Si a una planta de maíz se le transfiere un gen proveniente de una bacteria y le confiere resistencia contra un insecto plaga, esto hace viable obtener una buena producción en la cosecha.

4.4 Aplicación

• Trabajo en grupos: para la solución de problemas de su localidad, identifiquen el campo de la biotecnología más promisorio: biotecnología vegetal, biotecnología ambiental, biotecnología industrial, biotecnología en salud animal y humana. Con la orientación del docente identifiquen y planteen la problemática a solucionar y la población beneficiaria.

• En plenaria: socialice el trabajo anterior con los diferentes grupos y bajo la orientación del docente evalúe los alcances de la biotecnología en la localidad o región.

• Trabajo en grupo: analicen el siguiente texto e identifiquen los campos de la biotecnología que estarían relacionados:

Suponga que en una finca la pulpa de café es uno de los principales subproductos de la industria cafetera. Se producen alrededor de 400 mil toneladas que se arrojan a los ríos vecinos de los beneficios, esta misma pulpa contiene diez por ciento de proteína, es decir, 40 mil toneladas de proteína desperdiciada. Pero además de las proteínas, la pulpa contiene compuestos tóxicos como la cafeína en un porcentaje de uno por ciento y causa problemas fisiológicos al crecimiento animal cuando la pulpa se aprovecha como alimento para el ganado. Para quitar de la pulpa la cafeína se han desarrollado investigaciones sobre la detoxificación microbiológica. Existen cerca de 100 aislamientos de hongos filamentosos y afortunadamente varias cepas tienen la capacidad de degradar específicamente la cafeína de la pulpa por completo. La cepa más efectiva es el Penicillium roqueforti, la cual utiliza la cafeína como fuente de nitrógenos para su crecimiento. Una vez el hongo ha realizado su actividad metabólica, puede utilizarse la pulpa detoxificada directamente o mezclada como alimento para ganado, obteniendo con este proceso biotecnológico un doble logro: ahorro de proteína y protección del medio ambiente.


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Con apoyo en las tecnologías de la información y las comunicaciones TIC´s, salas virtuales u otra fuente de información, consulte y redacte un ensayo sobre las situaciones en las cuales la biotecnología tiene aplicaciones considerando los siguientes casos:

• La transformación de los compuestos tóxicos vertidos por las fábricas en sustancias más simples y menos tóxicas.

• Síntesis de polímeros o sustancias biodegradables a partir de microorganismos.

• Producción de plantas de algodón resistentes a enfermedades• Obtención de razas de ganado resistentes a enfermedades • Obtención de arroz con contenidos de vitamina A.

4.6 Glosario

Antera: parte terminal del estambre de una flor.

Banco de germoplasma: lugar destinado para la conservación y documentación de la diversidad genética de uno o varios cultivos y sus especies silvestres relacionadas, ya sea en forma semillas, polen o cultivo de tejidos.

Banco de germoplasma ex situ: mantenimiento de los recursos genéticos fuera de su ambiente natural.

Bioremedación: uso de cualquier sistema biológico (bacteria, hongo o planta) en la destoxificación de ambientes degradados por el hombre.

Catalizador enzimático: reacciones bioquímicas que ocurren bajo en control de una enzima.

Componente activo: cualquier sustancia proveniente de un sistema biológico u organismo con uso potencial en cualquiera de las áreas de la biotecnología.

Crio preservación: proceso mediante el cual las células o los tejidos son conservados a temperaturas de -80 ºC y -196 ºC.

Embriogénesis somática: desarrollo de embriones a partir de células que no son de origen gamético u originadas de eventos de fecundación.


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Explante: cualquier parte de la planta bajo condiciones de manipulación y condiciones controladas con capacidad para generar nuevos individuos similares a la planta madre.

Metabolito: cualquier molécula producida por la célula mediante el gasto o generación de energía.

Protoplastos: cualquier tipo de célula de planta, bacteria, hongo que ha perdido total o parcialmente su pared celular.

Secuenciación del ADN (ácido desoxirribonucleico): todo el conjunto de técnicas aplicadas a determinar el orden de los nucleótidos que conforman a los genes.

Transgénico vegetal: cualquier planta a la cual mediante técnicas se le ha introducido un gen proveniente de cualquier especie diferente.


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Referencias

Atehortúa, L. (marzo, 2005). Prospectiva de la biotecnología vegetal. En II Simposio sobre Biofábricas. Avances de la biotecnología en Colombia. Medellín: Universidad Nacional de Colombia.

Díaz, M.C. (2003). Biotecnología ambiental: un campo promisorio. Revista Colombiana de Biotecnología, 5(2), 3-4.

Schmidt, E.R. & Hankeln, Th. (Eds.) (1996). Transgenic Organisms and Biosafety. New York: Springer.


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Guía 5Hacia la innovación en el sector agropecuario y alimentario


• Identifica los escenarios y oportunidades de innovación de la biotecnología en el sector agropecuario y alimentario.

• Sustenta la relación entre la biotecnología, el sector agropecuario y el alimentario.

• Aplica el fundamento de las técnicas biotecnológicas en el sector agropecuario.

• Explica el límite entre la agricultura convencional y la agricultura moderna que hace uso de la biotecnología.

• Reconoce aplicaciones directas de la biotecnología en la región.

Indicadores de desempeño de la competencia laboral general (creatividad)

• Crea y desarrolla ideas innovadoras en la producción de bienes y servicios para ser introducidos en el mercado.

• Replantea ideas y conceptos para trasponer sus funciones y utilizarlas en nuevas formas de proceder.

• Participa en espacios interdisciplinarios para crear formas novedosas y diferentes que generen cambios positivos en la organización.

• Propone formas novedosas para desarrollar procesos eficientes.

• Genera ideas y las convierte en prácticas útiles para la organización.

5.1 Vivencias

La intención de la presente guía es exponer algunos ejemplos de las técnicas usadas por la biotecnología y sus aplicaciones directas en la agricultura, para conocer el impacto de estas para la generación de nuevos productos. Ejemplos de aplicaciones directas de la biotecnología en la agricultura son las plantas resistentes a enfermedades y las cosechas con mayor contenido de proteínas que la convencional.

La producción agrícola en Colombia se ha basado en el mejoramiento genético tradicional de las variedades. Se ha


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tenido como objetivo generar variedades enanas e híbridos de alto rendimiento con una alta respuesta en la productividad y rendimiento de la cosecha y tolerancia a condiciones específicas del ambiente. En general, este mejoramiento ha sido complementado con tecnologías químicas como plaguicidas y herbicidas, fertilización inorgánica y técnicas de manejo de suelos por labranza. Aunque con estas prácticas agrícolas se ha logrado maximizar la respuesta biológica de las variedades vegetales de interés agrícola, también se han generado impactos negativos en el ambiente al no tener en cuenta los límites del tiempo de la regeneración de los ecosistemas.

En los últimos tiempos, el desarrollo científico y tecnológico de la producción agropecuaria ha sobresalido por la revolución del gen y ha sido respaldada por los grandes avances de las ciencias biológicas, como la genética, la bioquímica, la biofísica, la fisiología celular entre otras. Este conocimiento convergió en el descubrimiento del modelo de los ácidos nucleicos en la década de 1950 por Watson y Crick, que permitió entender la naturaleza del ADN (ácido desoxirribonucleico), la universalidad del código genético que está contenido en las bases nucleotídicas y que conforman la doble cadena de ADN y los mecanismos de replicación del ADN y que, a su vez, determinan los caracteres hereditarios generación tras generación. Estos hechos fueron el comienzo de esta gran revolución del gen. Posteriormente en la década de 1970, el descubrimiento de las enzimas de restricción o endonucleasas que cortan el ADN en sitios específicos de reconocimiento, hicieron viable el aislamiento de segmentos de ADN o genes de alguna especie u organismo en particular y su posterior clonación y multiplicación en cromosomas circulares llamados plásmidos contenidos en bacterias como Echerichia coli. Aquí comenzaron las innovaciones más relevantes basadas en las tecnologías del ADN recombinante e ingeniería genética dirigida a manipulación del material genético (Figura 8).


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Figura 8. ADN recombinante

En los pasos para la inserción de un gen de interés en un plásmido y en la clonación, tanto el plásmido como la secuencia blanco del ADN a clonar se cortan con la misma enzima de restricción, por ejemplo, Eco R1 que genera extremos pegajosos (Clark, 2005). Al mezclar en un tubo de ensayo el ADN plasmídico y la secuencia de ADN de interés, ambas se hibridan y luego de la acción de la enzima ligasa agregada al medio forman un plásmido denominado ADN recombinante. Después se transfiriere el ADN recombinante a una bacteria. Las bacterias se transfieren a un medio de cultivo donde se multiplican permitiendo la clonación del gen (parte del gen o inserto). Luego, estas bacterias se transfieren a un medio sólido que contiene el


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antibiótico al cual es resistente la bacteria que porta el plásmido (gen de resistencia), de esta manera solo crecerán las bacterias que contienen el ADN recombinante. Luego a partir de las colonias se hace amplificación por PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) del inserto de interés (Green & Sambrook, 2012).

Luego de que Watson y Crick postularan la Teoría de la Doble Hélice, enunciaron la propuesta denominada el Dogma Central de la genética molecular: el ADN especifica el ARN, que a su vez especifica proteínas. Es decir, la información del ADN fluye en una sola dirección. Esta fue la base para entender que el genotipo determina el fenotipo al dictarse desde el ADN la composición de las proteínas que son las moléculas estructurales y funcionales del fenotipo. Inicialmente se le denominó “Dogma” porque no había evidencias, pero tiempo después diversos estudios lo confirmaron. El gran Dogma demostró en su momento que todas las características fenotípicas de los organismos están determinadas por la información genética contenida en el ADN que a su vez está conformado por todos los genes contenidos en los cromosomas como indica la Figura 9.

Figura 9. Dogma central de la Biología. Flujo de la información genética desde el ADN hasta la proteína.

Si analizamos algunos procesos fisiológicos (fenotipo) en una planta cereal como el arroz (Oryza sativa), ya sea su crecimiento o su desarrollo, las evidencias muestran que estos se determinan por la inactivación o activación de alguno (s) de sus gene (s), en ciertos momentos de las etapas de su ciclo de vida. Para el caso de este cereal, el total de genes que se han identificado, son alrededor de 50.000 y cumplen con diversas funciones. De estos, un grupo tienen información de proteínas que determinan el fenotipo, y siendo más precisos, un grupo específico de los genes está relacionado con actividades fisiológicas. Otros genes no codifican proteínas, pero contribuyen a la decodificación de los mensajes que codifican proteínas. El mecanismo para descifrar la


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información relacionada con actividades fisiológicas de la planta está dado por los eventos de transcripción y traducción a proteínas. Entonces, el ADN debe ser decodificado en cada una de las células involucradas y el mecanismo consiste en que cada gen es primero copiado a transcriptos de ARN (ácido ribonucleico) mensajero, el cual es usado posteriormente como molde para traducir o dictar la síntesis de las proteínas. Las proteínas construidas luego son distribuidas a su sitio de requerimiento en la célula o hacia el exterior. Un paso fundamental que se debe añadir son las modificaciones que experimenta la nueva proteína asociadas con su funcionalidad. Al ser la proteína funcional, se puede integrar al genotipo a distintos niveles como rutas metabólicas complejas las cuales determinan resistencia o susceptibilidad a enfermedades, tolerancia a factores ambientales, características de crecimiento y desarrollo, conformación de la espiga y el tallo, componentes del grano, asimilación de nutrientes, entre otras funciones biológicas.

En el mejoramiento genético de las plantas la revolución del gen indujo el desarrollo de técnicas para aislar e identificar genes de interés y luego insertarlos en el ADN de los cromosomas de las células vegetales, por ejemplo en maíz (Zea mays), en algodón (Gossypium arboreum ) o cualquier cultivo, a través de vehículos o vectores para transferir genes de interés agronómico, denominados T-DNA de la bacteria Agrobacterium tumefasciens. Una vez se le inserta el gen de interés a la bacteria, esta transfiere el gen que se le insertó, al genoma de la planta. El gen una vez transferido al genoma de la planta hará parte de sus funciones biológicas, confiriendo una característica diferencial que hasta el momento no estaba en otras variedades vegetales similares. Esta característica de interés insertada en la planta podría ser un gen que codifica para una proteína relacionada con un componente nutritivo, resistencia a enfermedades, mayor producción de frutos, etc.

Un método empleado en su momento, que incluía la revolución del gen y que hacía viable la manipulación de genes, fue la mutagénesis, que consiste en inducir e identificar individuos con alguna deficiencia fenotípica, que puede ser la ausencia de una enzima o proteína (s) relacionada con una característica de interés. El gen de esta característica era luego rastreado, aislado y caracterizado, así como la proteína la cual codifica. Mediante el uso de técnicas diferentes de transformación genética los genes aislados podían ser expresados e introducidos dentro del genoma de cualquier individuo de una variedad comercial.


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Con la búsqueda de la información genética en los bancos de germoplasma que poseen los recursos genéticos han surgido múltiples aplicaciones en el sector agrícola. Esta búsqueda se ha beneficiado en los últimos años de las técnicas de secuenciación masiva del ADN o extracción masiva de datos genéticos. Estas técnicas han hecho viable la extracción de la mayor cantidad de información genética de la biodiversidad, la cual es la fuente de los recursos genéticos. De esta forma ha sido posible aprovechar la información genética de la biodiversidad para generar variedades vegetales resistentes a insectos, tolerante a los patrones climáticos y con superiores valores nutricionales en los alimentos. El aprovechamiento de la información genética va acoplado al uso de las tecnologías de la información para organizar y analizar datos biológicos o secuencias de ADN. La emergencia de esta disciplina dentro de la biotecnología se denomina bioinformática.

No se puede pasar por alto, que la biotecnología ha estado presente desde la transformación de los alimentos para producir cerveza y vino manipulando las cepas de los microorganismos involucrados, pero los mayores adelantos en innovación en corto tiempo se han gestado desde la apropiación y desarrollo del concepto gen.

• Consulte sobre un atributo agronómico que quisiera incorporar en un cultivo de interés agrícola en su localidad y diseñe una metodología basada en mejoramiento genético moderno para obtener una nueva variedad.

• Realice contrastes entre el mejoramiento genético moderno arriba planteado y el mejoramiento genético tradicional al cual ha estado sometido el cultivo.

• En plenaria: con la orientación del docente socialice y discuta los diferentes puntos de vista para obtener una conclusión en consenso.


5.2.1 Escenarios de la biotecnología agrícola y sus aplicaciones en la producción agroalimentaria

Desde el descubrimiento del ADN hasta el Proyecto de Secuenciación del Genoma Humano, han surgido diversas


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tecnologías conexas que pueden ser aplicadas a cualquier ser vivo. En la agricultura moderna la biotecnología ofrece una variedad de técnicas e instrumentos para manipular la estructura genética de un organismo de interés con el propósito de mejorar las características agronómicas deseadas. Las técnicas y los instrumentos no son un fin, por ello deben ser evaluados en el contexto para el que se utilizan. Es así como la biotecnología agrícola se usa para resolver problemas de rendimiento en cultivos, por ejemplo, mediante técnicas de mejoramiento genético se consigue elevar y estabilizar la producción.

Colombia es un país de vocación agrícola en todas sus regiones y la biotecnología agrícola ofrece un conjunto de técnicas con aplicaciones directas en el sector, entre ellas cabe mencionar: el cultivo de células y tejidos vegetales in vitro, la transformación genética de las plantas, los marcadores moleculares de ADN, y la bioinformática.

Para la aplicación de estas técnicas se requiere generar conocimiento de acuerdo con el contexto en el cual se conciben las necesidades económicas y sociales de cada región. A continuación, se hará una breve explicación de cada una de las técnicas con el propósito de ilustrar su uso y posterior manipulación en organismos con fines económicos.

5.2.1.1 Cultivo de células y tejidos vegetales in vitro

Comprende todas técnicas de cultivos de explantes o partes de un vegetal ya sean protoplastos, células, tejidos u órganos bajo condiciones controladas y asépticas en un medio artificial con una composición química definida que resulta en la multiplicación y regeneración de nuevos individuos. Entonces, el cultivo se realiza in vitro o en un frasco y consiste en tomar una porción de una planta y colocarlo sobre un medio nutritivo estéril en el cual se regenerarán una o varias plantas. Las condiciones de cultivo de tejidos implican desarrollar medios con vitaminas, hormonas, fuentes de carbono, minerales, agua, ambiente controlado de luz, humedad y temperatura que hagan viable el desarrollo de nuevos individuos o plántulas.

Las bases biológicas del cultivo de tejidos son soportadas por la totipotencialidad celular vegetal, que significa que las células de un individuo vegetal poseen la capacidad para permitir el crecimiento y el desarrollo de un nuevo individuo. Esta característica es específica de células meristemáticas que se


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encuentran en todos los órganos de la planta, las cuales mediante división mitótica replicarán los cromosomas a sus células hijas, que poseerán el material genético idéntico al de la célula madre inicial. La capacidad de una célula vegetal para diferenciarse en células epidérmicas, de la hoja y de los haces conductores, se disminuye con el grado de diferenciación de la célula. Esta condición de diferenciación celular puede revertirse de acuerdo con los factores ambientales del cultivo a los que las células se sometan, por ejemplo, si un determinado tejido presenta cierta tendencia de crecimiento y diferenciación de toda la planta para generar el nuevo individuo, se puede promover solo el enraizamiento omitiendo reguladores de crecimiento o dejando el medio solo con hormonas auxinas.

Las células crecidas según la composición y formulación de los medios artificiales pueden tomar dos caminos, uno de formación directa de órganos, y otro de formación de células indiferenciadas a las cuales se les denomina callo, el cual bajo condiciones adecuadas es capaz de generar órganos o embriones somáticos.

Todo intento de propagación de una planta está ligado al genoma de la especie, al balance hormonal propio y a los aditivos o reguladores de crecimiento que tienen los mismos efectos que las hormonas vegetales. Es así como las células revierten su condición meristemática, induciéndose primero la no diferenciación y luego la re-diferenciación celular.

Para la mayoría de las especies de plantas de interés agrícola se han estandarizado etapas generales de multiplicación in vitro. Los protocolos desarrollados para el cultivo y propagación de tejidos in vitro se distinguen en los siguientes pasos:

• Elección de la especie de planta y del órgano fuente de explantes.

• Preparación de la planta madre en óptimas condiciones de invernadero.

• Desinfección de los explantes e introducción en un medio artificial con composición nutricional definida.

• Multiplicación de brotes. • Enraizamiento o formación de raíces de los explantes.• Aclimatación o endurecimiento de las plantas fuera del

contenedor o medio en condiciones de invernadero.

La propagación clonar por cultivo in vitro o micro propagación podría aplicarse en una región para la producción masiva de


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plántulas como plátano y banano, mora, uchuva, piña, lulo u otras especies de interés, teniendo como ventajas: control de las condiciones ambientales, evitar el riesgo que proliferen agentes patógenos, y obtención de gran cantidad de individuos en espacios reducidos.

• Trabajo individual: compare las características del crecimiento y desarrollo de una planta en condiciones de laboratorio (in vitro) respecto a una planta en condiciones naturales (in vivo). Involucre diferencias botánicas y fisiológicas. Considere una planta la cual conozca o con la que este familiarizado.

In vitro In vivo

• En plenaria: con la orientación del docente socialice y discuta los diferentes puntos de vista para obtener una conclusión en consenso.

5.2.1.2 Transformación genética de plantas

La transferencia de genes ha permitido atravesar la barrera biológica entre especies no relacionadas. Ello se fundamenta en el hecho de que el código genético es universal en todos los seres vivos en la medida que compartimos desde el punto de vista químico un mismo material genético compuesto por bases nitrogenadas, azúcar y fosfato, gobernados por los mismos principios biológicos, lo cual explica por qué el reconocimiento de secuencias de ADN de un organismo a otro es posible. Los pasos previos al uso de las tecnologías de transformación genética involucran: caracterizar e identificar las secuencias de ADN que se codifican para las características de interés agronómico; aislar el gen del genoma de la especie que sería la donante; insertar y clonar la especie a través de vehículos o vectores bacterianos y transferirla por medios físicos o indirectos como la biobalística o a través de vectores biológicos como Agrobacterium tumefaciens, a una planta receptora que será la transgénica.

La transgénesis de plantas por la técnica de Agrobacterium tumefaciens involucra la aplicación de protocolos de cultivos de


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células o tejidos in vitro inicialmente de algunas células de la planta de una determinada especie (receptora del gen) que se eligió para transformar. Estas células receptoras luego crecerán y se desarrollarán en plantas completas que contienen en su genoma los genes de la planta donante.

Para la transformación inicialmente se inserta un gen en un vector o vehículo que será introducido o transferido al tejido del organismo (receptor) o que se quiere transformar. La naturaleza de este vector es un plásmido o información genética extracelular al cual se le ha ligado el gen de interés de la planta donante. Este gen está también acompañado en el vector por secuencias regulatorias las cuales dirigen la codificación del mensaje, es decir, casi siempre una proteína.

Otro de los componentes de la transformación es la bacteria Agrobacterium tumefaciens, la cual se encuentra en el suelo y tiene como blanco de infección las heridas en el tallo o las raíces de las plantas. La bacteria tiene el potencial de transferir parte de su propio material genético a las células de la planta hospedante. El plásmido Ti, tiene un fragmento denominado ADN- T (ADN de transferencia), el cual es transferido a la célula vegetal para luego ser integrado al ADN cromosómico de la planta. La información que expresa la secuencia ADN-T de la bacteria está relacionada con nutrientes para su propio beneficio. Este mecanismo de A. tumefaciens para transferir parte de su ADN a las células vegetales, es usado en biotecnología para transferir genes de interés a las plantas.

La Transformación Vegetal Mediada por Agrobacterium Tumefaciens implica remplazar la secuencia ADN-T del plásmido Ti por secuencias con el gen de interés (de la planta donante) y otras secuencias regulatorias. Una vez el ADN-T es transportado desde la célula bacteriana a la célula vegetal donde se integra a su material genético, las células o el tejido vegetal son cultivados in vitro. Estas células vegetales se dividirán mitóticamente y al final cada una de las células que conforman el nuevo individuo contendrá en su genoma la secuencia de interés.

La bacteria A. tumefaciens infecta el tejido vegetal y transfiere el Plásmido Ti con el ADN de interés. El plásmido y el ADN de interés conforman el ADN recombinante (Figura 10).


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Figura 10. Transformación genética vía Agrobacterium tumefaciens.

Por otra parte, además de la transgénesis mediada por Agrobacterium tumefaciens se desarrollaron métodos alternativos de transferencia de genes sin mediación de estos vectores biológicos. Estos métodos hacen viable superar la especificidad de A. tumefaciens por algunas plantas monocotiledóneas y dicotiledóneas. Es así como la Transgénesis Mediada por la Técnica de la Biobalística es una técnica de naturaleza mecánica y consiste en la introducción del ADN en células vegetales a través del bombardeo de micropartículas a altas velocidades de aceleración que atraviesan la pared celular y la membrana celular. Las partículas son de oro o tungsteno y están bañadas con el ADN que se desea transferir a las plantas. Si las partículas atraviesan las membranas e impactan en el núcleo, el ADN puede integrarse en forma estable en los cromosomas al azar. La estabilidad de esta transformación es muy baja y va acoplada al sistema in vitro para obtener células o tejidos a partir de explantes. Es así como el ADN para ser clonado es insertado en un plásmido que luego es transferido completamente durante el bombardeo a las células receptoras que se dividirán mitóticamente y generarán un nuevo individuo. En la Figura 11 se muestra cómo partículas de tungsteno u oro cubiertas con el ADN foráneo, son disparadas a través de una pistola e impactan el tejido vegetal. El ADN atraviesa las membranas celulares y nucleares de las células vegetales y se inserta en su material genético. Las células


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que asimilaron el ADN en su material genético son seleccionadas y se dividirán mitóticamente y formarán un nuevo individuo.

Figura 11. Transformación genética por biobalística.

5.2.1.3 Marcadores moleculares de ADN

El mejoramiento genético tradicional de las plantas se ha basado principalmente en la selección de características fenotípicas de interés agronómico. El método más común ha sido la introgresión de características deseables como, por ejemplo, la resistencia a enfermedades desde un fenotipo donador a otro recurrente. Esto ha sucedido a lo largo de 10.000 años desde que el hombre buscó costumbres sedentarias y comenzó a identificar


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la variabilidad genética que se reflejaba en la diversidad de características morfológicas en un mismo rasgo entre individuos de una misma especie de interés para su sustento. Estas características morfológicas fueron la base para realizar selección de los individuos y hacer cruzamientos o hibridaciones selectivas favoreciendo las progenies que resultan con mayor cantidad de frutos, mayor número de espigas, mayor crecimiento y todas aquellas características que se traduzcan en un mayor rendimiento y productividad. Estos cruzamientos realizados entre individuos de la misma especie, pero que muestran rasgos morfológicos diferentes con relevancia agronómica, tienen como objetivo tratar de unificarlos en un solo ejemplar que posteriormente se selecciona de acuerdo con la segregación de las características deseadas. Estas prácticas de cruzamientos selectivos fueron repetitivas a lo largo del tiempo hasta obtener al final una variedad.

La clasificación y selección de las diferentes especies y variedades de interés para la agricultura se ha realizado por los rasgos agromorfológicos, lo cual genera discrepancias para la identificación de algunos ejemplares. Con el advenimiento de la biología molecular se facilitó el proceso de mejoramiento genético y selección, no solamente por el fenotipo, sino también por el genotipo. La selección de los genotipos de los individuos de interés usando marcadores del ADN, abren la posibilidad de que los rasgos morfo-agronómicos de carácter cuantitativo sean estudiados con mayor precisión. La caracterización molecular de plantas por medio de estas técnicas permite obtener el espectro de ADN o huella dactilar y definir la individualidad o la diversidad biológica de las especies. El propósito es llegar a marcadores moleculares de ADN. Un marcador molecular es un segmento o secuencia de ADN con una ubicación específica en un cromosoma al que se le puede hacer seguimiento de generación en generación en las progenies que resultan de los cruzamientos selectivos. Hasta el día de hoy han surgido diversas técnicas para generar esos marcadores de ADN, que permiten extraer información genética que además de ser importante en la selección de cruces, es usada para diferenciar individuos que son fenotípicamente similares, igualmente es usada para evaluar la variabilidad genética de un banco de germoplasma. Los marcadores moleculares de ADN adquieren sentido en la medida que se complemente con la información que se ha recogido durante miles de años por selección artificial realizada por el hombre. Así las propuestas de mejoramiento genético van dirigidas a obtener una variedad vegetal que es soportada por la


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integración de los análisis de los datos morfológicos y los datos moleculares.

5.2.1.4 Análisis de datos biológicos

Desde la presentación del modelo estructural del ADN se logró profundizar sobre cómo la información genética allí contenida podría explicar las actividades de la célula. Después en la década de 1970 vinieron las primeras técnicas de secuenciación y hasta el presente los volúmenes de datos de secuenciaciones masivas de ADN de organismos de diferentes especies han incrementado exponencialmente. Algunos de estos datos reposan en bases de datos públicas. El análisis computarizado de este volumen de datos se denomina bioinformática.

Varios análisis pueden ser ejecutados a nivel de secuencias de ADN. La búsqueda de secuencias relacionadas entre organismos es un análisis que usa programas de computador. Al comparar una secuencia de ADN con otras secuencias asequibles en bases de datos es posible tener una aproximación al mensaje que codifica dicha secuencia de ADN. Es claro que la información que se encuentra en la base de datos contra la cual se hace la comparación de la secuencia ya ha sido descifrada a nivel de identidad de proteína e inclusive función celular. La bioinformática se ha convertido en una herramienta que apoya la biotecnología y que tiene como reto determinar o identificar los genes que son regulados a nivel del genoma y su función o proteína codificada.

Con este breve recorrido de la ilustración de las técnicas que se usan sobre especies de interés agronómico, se puede deducir la utilidad de la biotecnología en la mejora de la producción agroalimentaria basada en el conocimiento científico de cultivos como el maíz, el café, la caña de azúcar, la papa, el banano, las hortalizas, la soja, el tomate, la palma africana, el frijol, la yuca y otros. En Colombia este conocimiento es liderado por diferentes entidades como los gremios, las universidades y centros de investigación, los cuales son los lugares de acopio de recursos para la financiación y ejecución de los proyectos respectivos.

Trabajo individual: responda las siguientes preguntas:

• ¿Cómo se relaciona un cultivo y la propagación de tejidos vegetales in vitro con la clonación de organismos?


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• ¿Cómo se explica a partir de la transgénesis el rompimiento de las barreras biológicas entre especies no relacionadas, por ejemplo, entre una bacteria y una planta?

• En comparación con el mejoramiento genético tradicional ¿cuál es la ventaja del uso de marcadores moleculares de ADN?

Trabajo en grupo: diligencie la siguiente tabla indicando el mayor número de diferencias entre los dos métodos de transformación genética.

Transformación genética: vía biobalística

Transformación genética: vía Agrobacterium tumefaciens

5.3 Ejercitación

Trabajo individual: analice el siguiente problema.

La producción de ñame se ha ubicado en la región Caribe en los departamentos de Sucre, Córdoba y Bolívar donde se han desarrollado grupos núcleo de agricultores que realizan siembras en menos de dos hectáreas. El cultivo enfrenta problemas fitosanitarios causados por los hongos Colletotrichum spp y Fusarium spp y se necesita incrementar el rendimiento. Usted es incluido en una propuesta para cultivar ñame, que tiene como objetivo aumentar la producción de semillas limpias, libres de enfermedades, e incrementar el rendimiento de los cultivos; además cuenta un banco de germoplasma con 200 accesiones de ñame donde se ha documentado que hay accesiones promisorias en resistencia a enfermedades y con buenos rendimientos.

• Empleando los fundamentos de biotecnología mencionados con anterioridad, desarrolle una propuesta con el objetivo de obtener semillas limpias y resistentes a enfermedades.


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• En grupos de tres personas asignen los roles (relator, controlador del tiempo e investigador) y estructuren una sola propuesta con los aportes individuales.

• Realicen una presentación de su propuesta.

5.4 Aplicación

El café es uno de los cultivos más importantes en el mundo dado el interés económico que posee en más de 20 países. El mejoramiento genético por métodos tradicionales no ha sido eficiente debido al largo periodo de tiempo que se demora en obtenerse una variedad vegetal. Por otro lado, los últimos avances en biotecnología vegetal han permitido realizar la multiplicación masiva de los clones seleccionados; dentro de los avances en las técnicas de propagación in vitro del cafeto se incluyen soportes líquidos o sólidos en los cuales se introduce el explante. Estos soportes están constituidos por agar o agente gelificante, macronutrientes, micronutrientes, hidratos de carbono, vitaminas, agentes reguladores de crecimiento y hormonas vegetales que contribuyen a la obtención de una planta completa a partir del explante elegido en condiciones de asepsia y esterilidad. Uno de los elementos esenciales más costosos de los soportes nutritivos son los reguladores de crecimiento vegetal.

Una alternativa para reducir los costos es usar biopreparados de origen bacteriano que se caracterizan por estimular el crecimiento vegetal en concentraciones inferiores a las convencionalmente empleadas para sustituir las fitohormonas como las auxinas (AIA).

• En grupos de tres personas se asignan los roles de relator, controlador del tiempo e investigador.

• Con la orientación del docente y teniendo en cuenta lo aprendido en la guía, planteen un diseño experimental para evaluar el efecto de los biopreparados bacterianos en cultivos in vitro de café. Para ello sigan las instrucciones a continuación.

• Definan los tratamientos y tipo de diseño experimental que se utilizarán. El diseño experimental debe ser soporte para resolver las siguientes preguntas.


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• ¿Las plantas in vitro responden positivamente en su desarrollo, al utilizar biopreparados bacterianos? ¿Cuáles tratamientos mostrarían mayor capacidad de respuesta, y por qué?

• Para el desarrollo del ejercicio hacer uso hipotéticamente de los materiales que se mencionan a continuación: variedad Colombia especie Coffea arábiga, biopreparado bacteriano, fitohormona (auxina), fitotron y explantes. Los indicadores evaluados son: altura de la planta, número de brotes y número de pares de hojas.

• En plenaria socialicen y discutan los trabajos realizados con la orientación del docente quien evaluará el desempeño.


Trabajo en casa: con apoyo en el manejo de las TIC´s busque aplicaciones directas de la biotecnología vegetal en el sector agropecuario que involucre técnicas de transgénesis para la obtención de variedades con características de interés agronómico y marcadores de ADN para selección de ejemplares de interés agronómico. Luego prepare un informe y a través de una exposición y socialícelo con el docente y compañeros de grupo.

5.6 Glosario

ADN: Ácido desoxirribonucleico.

Banco de germoplasma: lugar destinado a la conservación de la diversidad genética relacionada proveniente de distintos orígenes.

Biopreparado bacteriano: productos naturales derivados de cepas de microorganismos silvestres o nativos de una región con usos potenciales, por ejemplo, en la agricultura.

Biología molecular: estudio de las biomoléculas que componen la vida: ADN, ARN, lípidos, carbohidratos, proteínas y vitaminas.

Clon: conjunto de individuos genéticamente similares provenientes de otro individuo.


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Enzima de restricción: enzima que tiene el potencial de reconocer la secuencia nucleotídica de ADN y cortarla. (Figura 12).

Figura 12. Enzimas de restricción

Explante vegetal: tejido vivo separado de un órgano y transferido a un medio artificial de crecimiento.

Fitotrón: cuartos o cámaras para crecimiento de plantas bajo condiciones controladas. Por ejemplo, temperatura, luz y humedad.

Fitohormona: sustancias producidas por células vegetales en sitios específicos de la planta con funciones fisiológicas.

Genoma: conjunto de genes contenidos en los cromosomas que posee un organismo o una especie en particular

Mejoramiento genético de plantas: ciencia que estudia la resistencia y tolerancia a factores bióticos y abióticos y el rendimiento y productividad en los cultivos.

Plásmido Ti: información extracromosomal de la bacteria A. tumefacien que es soportada por ADN circular o plásmido que es manipulado para insertar genes de interés.

Productividad: relación entre la eficiencia del uso de los recursos de un cultivo y su conversión a cosecha.


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Rendimiento: relación entre la producción de una cosecha y la superficie de área sembrada; Toneladas/Hectárea.

Variedad vegetal: grupo de plantas dentro de una especie con característica genéticas diferenciales que se traducen en características agronómicas


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Referencias

Clark, D. (2005). Molecular Biology: understanding the Genetic Revolution. London: Elsevier Inc.

Green, M.R., Sambrook, J. & Cold Spring Harbor Laboratory. (2012). Molecular cloning: a laboratory manual. (Fourth edition). Cold Spring Harbor, N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press.

Marshall, G. & Walter, D. (1994). Molecular biology in crop protection. London: Chapman & Hall.


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Guía 6Microbiología Industrial: primer eje de la biotecnología


• Explica los procesos tradicionales de manipulación de microorganismos para generar productos de interés agroindustrial: producción de ácido cítrico y etanol respectivamente.

• Reconoce la importancia de profundizar en el estudio del metabolismo microbiano como fundamento para aplicar la biotecnología

• Asimila el significado bioquímico de la fermentación para la producción de bioetanol.

• Formula propuestas de uso de la biotecnología teniendo como eje los microorganismos.

• Realiza esquemas de procesos básicos para el escalamiento de un producto biotecnológico adoptando como modelo las minifábricas o microorganismos.

• Elabora propuestas hipotéticas de producción de etanol para la generación de energía y ácido cítrico para la industria de alimentos de la región.

Indicador de desempeño de la competencia laboral general toma de decisiones

• Define y comunica un plan de acción para poner en marcha alternativas de solución a diferentes situaciones.

• Propone soluciones innovadoras en la toma de decisiones en forma oportuna.

• Asume responsabilidad por decisiones tomadas.• Evalúa los factores de riesgo, oportunidad e impacto de cada

alternativa.• Analiza, elige y pone en marcha alternativas de solución en

situaciones determinadas.

6.1 Vivencias

6.1.1 Metabolismo microbiano

En sus inicios, la biotecnología comenzó generando productos destinados a la industria de alimentos como los saborizantes, el alcohol, los antibióticos y el ácido cítrico entre otros. Estos


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productos tienen sus antecedentes históricos. El primer gran antecedente fue el avance conseguido por Pasteur, Winogradsky y Beijerick al estudiar la fermentación. El segundo antecedente fue la integración de la genética con la microbiología teniendo como punto de encuentro al análisis de los mutantes del hongo Neurospora spp. Este tipo de proyectos relacionados con el análisis de mutantes, fue relevante para mejorar la producción de compuestos de interés biotecnológico, debido a que es una oportunidad para la búsqueda de cepas adaptadas específicamente a procesos de fermentación como: la producción de antibióticos, aminoácidos, enzimas y otras sustancias. Dentro de los antecedentes también se incluye el establecimiento de las bases técnicas y conceptuales de la genética de las bacterias abordando los mecanismos de transferencia de material genético, complementados con estudios de biología molecular desarrollados en la década de 1950. En estos hechos históricos cabe resaltar que el fundamento genético permitió a la bioquímica microbiana explicar la regulación enzimática y la expresión de genes específicos, lo cual contribuiría más tarde en las técnicas de manipulación de los microorganismos para la industria.

El estudio de los microorganismos ha despertado siempre un enorme interés en la comunidad científica por sus potenciales usos a nivel industrial. Los proyectos con fines de aplicación industrial usando microorganismos son dirigidos a la manipulación de su ambiente y su componente genético para múltiples propósitos como aumentar la capacidad de síntesis de enantiómeros específicos o mejorar la velocidad de duplicación de los cultivos de microorganismos en tiempos cortos, incrementar o disminuir la captación de nutrientes con el propósito de optimizar la velocidad de producción de metabolitos. Estos aspectos son claves para profundizar en el conocimiento del metabolismo microbiano, lo cual es la base para la posterior manipulación de cepas de microorganismos.

La célula como pilar fundamental del metabolismo microbiano utiliza la energía para: el movimiento, la producción de calor, síntesis de moléculas grandes a partir de otras más pequeñas, transporte de moléculas dentro y fuera de la célula y posterior organización en su interior, expulsión de sustancias de desecho y muchos otros procesos celulares. Estas son funciones biológicas que se componen de numerosas reacciones que ocurren en la célula para obtener energía en forma de ATP (adenosin trifosfato) y para construir componentes celulares de acuerdo con sus requerimientos.


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El metabolismo microbiano se compone de dos procesos que son anabolismo y catabolismo, los cuales se deben analizar para su entendimiento de una forma interdependiente. El proceso metabólico relacionado con las reacciones bioquímicas de biosíntesis de componentes celulares se denomina anabolismo. Entre tanto, las reacciones bioquímicas correspondientes a óxido-reducción que liberan energía para ser atrapada en moléculas de ATP y que a la vez generan otros compuestos, se denominan catabolismo. Los procesos catabólicos involucran la transferencia de electrones entre átomos de las biomoléculas, ocurren al interior de la célula y dependen de la capacidad de las sustancias para ceder electrones (sustancia oxidada) y para aceptar electrones (sustancia reducida). Por ejemplo, si un microorganismo crece en un determinado medio de cultivo el inicio del metabolismo comienza cuando el medio tiene la capacidad de donar electrones y el microorganismo de aceptarlos para prender una cascada de reacciones a nivel celular. Estas reacciones de óxido-reducción son complementarias en la medida que una sustancia cede electrones (sustancia oxidada) y otra los acepte (sustancia reducida). Estas reacciones bioquímicas son evidentes cuando los microorganismos liberan la energía contenida en los nutrientes, la cual es posteriormente atrapada en cierta proporción en moléculas de ATP (adenosin trifosfato), NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato), FADH2 (flavín adenín dinucleótido) y se generan productos como CO2, ácidos o etanol, estos últimos de interés económico.

El metabolismo se puede analizar desde los requerimientos energéticos del microrganismo originados por la desestabilización de los enlaces carbono-carbono de la glucosa en el interior de la célula para liberar los electrones y luego atraparlos en enlaces de alta energía denominados ATP. Este es un proceso catabólico y puede ser visto como la descarboxilación de un monómero de glucosa. La energía en forma de ATP es posteriormente usada en múltiples rutas anabólicas, por ejemplo, para síntesis de la membrana celular.

Los microorganismos se pueden clasificar según los requerimientos energéticos para realizar sus funciones biológicas como se ilustra en la Tabla 2.


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Tabla 2. Clasificación de los microorganismos según sus requerimientos energéticos

Categoría del microorganismo Requerimientos energéticos

FotótrofosEmplean la luz como fuente de energía.

QuimiótrofosObtienen la energía a través de los compuestos químicos.

Quimiorganótrofos Oxidan compuestos químicos orgánicos para la obtención de energía.

Quimiolitótrofos o quimiótrofos

Oxidan compuestos químicos inorgánicos para la obtención de energía.

También se puede considerar otro aspecto importante para la clasificación de los microorganismos según los requerimientos de carbono relacionados con sus procesos anabólicos y catabólicos. (Tabla 3)

Tabla 3. Clasificación de los microorganismos según sus requerimientos de carbono

Categoría del microorganismo Características

Autótrofos Usan el dióxido de carbono como fuente de carbono.

Heterótrofos Usan la materia orgánica como fuente de carbono.

En el metabolismo microbiano otro aspecto importante a considerar son los aceptores finales de electrones. Por ejemplo, al final de una reacción los electrones que no pasan a integrar moléculas de ATP, son captados por un aceptor externo que es el oxígeno para formar moléculas de agua. Los microorganismos que dependen del oxígeno como aceptor final externo de electrones se clasifican dentro del metabolismo aerobio. Si el aceptor externo de electrones es diferente al oxígeno, los microorganismos se clasifican dentro del metabolismo


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anaerobio. Un aceptor externo de electrones diferente al oxígeno puede ser el nitrato, el ion férrico, el sulfato y el carbonato. Los procesos descritos donde existe un aceptor externo de electrones se denominan metabolismo respiratorio.

Un ejemplo de metabolismo respiratorio lo ilustra el proceso de nitrificación realizado por las bacterias:

NH4+ + O2 + CO2 = Biomasa + NO2

- + H2O + H Amonio Nitrito

Por otro lado está el tipo de metabolismo en el cual no hay aceptor externo de electrones, en este caso el compuesto orgánico transformado por el microorganismo actúa como aceptor final de electrones, este tipo de metabolismo se clasifica como metabolismo fermentativo. Veamos el siguiente ejemplo en el cual están involucradas las levaduras:

Glucosa + 2 ADP = 2Etanol + CO2 + 2ATP

También está el metabolismo del dióxido de carbono o el acetato, los cuales son reducidos hasta metano por la acción del hidrógeno presente en el medio. Este tipo de metabolismo se caracteriza porque se realiza en ausencia de oxígeno y se denomina metabolismo metanogénico:

Oxidación: CH3COOH + 2H2O = 2CO2 + 8H Acetato

Reducción: 8H + CO2 = CH4 + 2H20 Dióxido de carbono Metano

Por último, está el metabolismo fotosintético o fototrófico en el cual la luz es la fuente de energía y actúan como donadores de electrones, el agua, el sulfuro de hidrógeno o tiosulfato. Un ejemplo lo ilustra la obtención de carbohidratos en las algas o cianobacterias:

6CO2 + 6H2O + Luz = C6H12O6 + 6CO2 Carbohidrato

El metabolismo fermentativo es más eficiente porque los compuestos o sustratos sobre los cuales actúan los microorganismos, son completamente oxidados, traduciéndose en mayor producción de ATP, a diferencia del metabolismo


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anaerobio donde la oxidación de los compuestos es incompleta y, por lo tanto, se genera menor cantidad de ATP.

Estudiar y analizar el tema del metabolismo microbiano es fundamental para comprender las técnicas de manipulación empleadas en la generación de productos o biomoléculas de interés farmacéutico, industrial y agroindustrial.

Existe un amplio espectro de técnicas biotecnológicas que pueden ser usadas para potenciar la naturaleza del microorganismo en cuestión, pero es importante considerar que las técnicas no son el fin, sino que son un medio para resolver un problema.

• A partir de la anterior lectura formule 5 preguntas sobre su contenido.

• En plenaria discutan las preguntas formuladas y busquen respuestas con base en sus conocimientos. Solicite la orientación del docente.

• En grupo definan las diferencias y las similitudes entre los metabolismos: fermentativo, respiratorio, metanogénico, y fototrófico.

• Elaboren diagramas de Venn en los que articulen las diferencias y similitudes encontradas.

• Socialice su trabajo mediante una exposición.


6.2.1 Producción de ácido cítrico: aplicación clásica de la biotecnología

Los microorganismos pueden funcionar como factorías a escala industrial para la producción de metabolitos primarios, los ácidos orgánicos y aminoácidos son los productos más importantes en esta categoría. De estos, el ácido cítrico es el producto más representativo a nivel mundial. El 99% de la producción de ácido cítrico se realiza microbiológicamente como indica la Tabla 4.


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Tabla 4. Producción mundial de metabolitos a nivel industrial

Metabolito Producción (toneladas) Mercado( millones de dólares)

Aminoácidos 1,000,000 3000L- Glutamato 800,000 915L- Lisina 20,000 100L-Treonina 13,000 198L- Aspartato 400 435’-IMO+5’-GMP 2500 350Ácidos orgánicosÁcido cítrico 400,000 1400VitaminasB12 3 100Ca 60,000 71Riboflavina 2,000 60

Fuente: Glazer, A., Nikaido, H. (2007).

El ácido cítrico es un ácido orgánico tricarboxílico presente en algunas de las frutas del género Citrus como el limón y la naranja. Este ácido es producido en la industria a partir de la fermentación de azúcares como la sacarosa o la glucosa por Aspergillus níger. Es usado como aditivo conservante y saborizante ácido de comidas, bebidas y para prevenir la oxidación y rancidez de grasas y aceites. Un proceso eficiente de fermentación convierte un 80% de la fuente de azúcar en ácido cítrico. El proceso de obtención de ácido cítrico de fuentes microbianas se viene realizando desde 1916, cuando se comenzaron a implementar las primeras fermentaciones. La producción de este metabolito por el hongo filamentoso A. niger se ha estudiado mucho más que otras rutas metabólicas de otros microrganismos, por ejemplo, la producción de alcohol por la levadura Saccharomyces cerevisiae. Por tal razón, en esta guía tomaremos como modelo de los procesos fermentativos la producción de ácidos orgánicos con fines industriales.

El ácido cítrico a diferencia del etanol, no es un producto de desecho del metabolismo, debido a que es completamente degradado a dióxido de carbono y agua. La eficiente conversión


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de azúcares de glucosa y sucrosa ocurre en la mitocondria de A. Níger, la cual contiene todas las enzimas del ciclo del ácido cítrico y se sintetiza en la fase estacionaria. Las condiciones óptimas del microrganismo para su producción en el medio deben ser específicas: pH entre 1,6 y 2.2; concentración de azúcar entre 120-250 g/L; ausencia de Manganeso Mn y altas concentraciones de amonio NH4+. Bajo estas condiciones la glucosa es fermentada rápidamente por la ruta glucolítica, en esta ruta el paso limitante es la enzima Fosfofructokinasa (PFK1); normalmente altas concentraciones de azúcar conducen a una alta producción de frutosa 2,-6 bisfosfato, el mayor activador de PFK1. Por otro lado, la enzima PFK1 puede ser inhibida por el citrato, pero esta inhibición es abolida incrementando las concentraciones de amonio (NH4). Estos factores disparan el flujo de la ruta glicolítica para la producción de piruvato y posterior generación del ácido cítrico.

Algunas moléculas de piruvato ingresan a la mitocondria y son convertidas en acetyl-CoA por la acción catalítica de la piruvato deshidrogenasa. El acetyl-CoA se condensa con el oxaloacetato para producir citrato. El citrato luego es exportado fuera de la mitocondria vía antiporte citrato/malato. El malato que entra a la mitocondria es convertido a oxaloacetato para la siguiente ronda de citrato. Las moléculas restantes de piruvato generadas a través de la glicólisis son convertidas en oxaloacetato por la piruvato carboxilasa, la cual está localizada en el citosol. El oxaloacetato citosólico es luego reducido a malato por la enzima malato deshidrogenasa y el malato entra a la mitocondria.

Existen otras especies de microorganismos productores de ácido cítrico, por ejemplo, especies de los géneros Citromyces, Penicillium, Monilia, Candida y Pichia. Pero en la producción comercial solo se utilizan mutantes de Aspergillus niger porque producen más ácido por unidad de tiempo; la explicación para este hecho de producir más ácido se encuentra a nivel metabólico debido a que las enzimas isocitrato deshidrogenasa y aconitato hidratasa presentan baja actividad, por su parte, la enzima citrato síntetasa incrementa su actividad (Figura 13). Si no se consideraran los mutantes para la producción de ácido cítrico, se tendría que generar una estrategia para bloquear la enzima aconitato hidratasa que transforma el ácido cítrico en ácido isocítrico. Otra de las ventajas metabólicas de los mutantes de A. Niger es evitar la formación de productos no deseados como ácido oxálico, ácido isocítrico y ácido glucónico. Este es un ejemplo de mejoramiento de cepas de microorganismos considerando el análisis de mutantes.


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Figura 13. Producción de ácido cítrico vía Citrato Sintasa.

En ambiente aeróbico se genera Acetil-CoA el cual ingresa al Ciclo de Krebs y reacciona con el ácido oxaloacético para formar ácido cítrico, reacción que maximizan las cepas mutantes para obtener ácido cítrico.

La producción de ácido cítrico se realiza en fermentadores aeróbicos por agitación utilizando como materia prima altas concentraciones de melaza (15- 18%). En ciertas etapas del crecimiento de A. Niger se produce ácido cítrico por degradación o descarboxilacion de la glucosa. En la etapa de la trofofase, la glucosa añadida se utiliza en la producción de micelio siendo transformada en dióxido de carbono (CO2) y durante la idiofase la glucosa se transforma en ácidos orgánicos siempre y cuando las concentraciones de la enzima citrato sintasa aumenten en un factor de 10, mientras que las enzimas que catabolizan el ácido cítrico, aconitasa e isocitrato deshidrogenasa, reducen sus concentraciones con respecto a la cantidad inicial durante la trofofase. Cuando el microorganismo está sobrecargado excreta el ácido al medio. La Figura 14 muestra cómo en el caso de A. Niger la excreción del ácido cítrico, se genera en la trofofase.

Figura 14. Etapas de producción de metabolitos primarios y secundarios.


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Responda individualmente las siguientes preguntas de acuerdo con la Figura 14:

• ¿En qué etapa ocurre la mayor tasa de crecimiento celular? • ¿De cuántas etapas se compone una curva de crecimiento

celular? • ¿En qué etapa acurre la mayor producción de ácido cítrico?

En grupos:

• Analicen la Figura 15 relacionada con la producción de ácido cítrico y expliquen qué ocurre en un microorganismo.

• Identifiquen los puntos críticos y reacciones bioquímicas limitantes en la producción de ácido cítrico señalando las enzimas y productos involucrados.

• Soliciten al docente la orientación y evaluación del desempeño.

Figura 15. Ciclo de Krebs.


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6.2.2 Metabolismo microbiano: usos potenciales para la producción de energía

La búsqueda de nuevas fuentes de energía ha sido estimulada por diversos factores como la inestabilidad de los precios del petróleo, guerras como la de Irak, y la consciencia que se ha generado sobre la reducción de emisión de CO2. En nuestro país uno de los sustitutos parciales y despreciables del petróleo es el etanol cuya producción es liderada por la industria azucarera y es mezclado con gasolina. La mezcla E15 está compuesta por 85% gasolina y 15 % de etanol. Este biocombustible se produce con el mismo método para hacer licor a base de grano si es de maíz o el bagazo de caña de azúcar; en los dos casos se fermenta la materia prima y se destila para remover el agua y obtener como producto final el etanol. ¿Cuál es el panorama en materia de producción de energía a nivel mundial? De acuerdo con la Asociación de Combustibles Renovables, que registra a Estados Unidos entre los países más consumidores y productores, se tiene lo siguiente: 95 refinerías producen 6300 millones de galones de etanol, que representan el 3% de los 800.000 millones de litros de gasolina y diésel que consume la Unión Americana (Canadá, USA y México) en un año. Por otro lado, se tiene que una hectárea de maíz produce 600 litros de etanol por temporada. Entonces, para remplazar 200.000 millones de barriles de combustibles de petróleo que consume Estados Unidos, se tendría que dedicar 1.300 millones de hectáreas a la producción de maíz, lo que representa el 71% de la tierra cultivable de ese país.

6.2.3 Producción de bioetanol: aspectos bioquímicos

La fermentación alcohólica se desarrolla por la vía de la glucólisis, en la cual la glucosa es descarboxilada a piruvato para ser posteriormente transformada en etanol en condiciones anaerobias. La producción de piruvato involucra 10 etapas, cada una mediada por una enzima específica; en la etapa inicial, una parte de la molécula de glucosa se empaqueta en los enlaces fosfato del ATP, en esta primera etapa que corresponde a la glucólisis, la molécula de seis carbonos se divide en dos moléculas, cada una de tres carbonos denominadas ácido pirúvico. Este proceso genera como resultado un rendimiento neto de dos moléculas de ATP (a partir de ADP) y dos moléculas de NADPH (a partir de NAD+), como lo muestra la Figura 16.


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Figura 16. Vía metabólica de la glicólisis.

El ácido pirúvico puede continuar desdoblándose o degradándose siguiendo varias vías, una de estas puede ser aeróbica (presencia de oxígeno) y otra anaeróbica (ausencia de oxígeno). En ausencia de oxígeno, dependiendo del tipo de microorganismo y de las enzimas, se pueden generar productos específicos.

Para que el producto sea etanol se debe desprender dióxido de carbono del ácido pirúvico y posteriormente se oxida a NADPH para reducirse a acetaldehído. La mayoría de la energía de la glucosa queda almacenada en el etanol, que es el producto final de la ruta como indica la Figura 17.


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Figura 17. Reacciones de óxido-reducción del piruvato vía anaerobia.

6.2.4 Producción de bioetanol vs fuentes de las materias primas

Para la producción de bioetanol existen varias fuentes de materias primas y dependiendo de su origen se les denomina biocombustibles de primera, segunda y tercera generación. Los biocombustibles de primera generación se extraen de cultivos como: la caña de azúcar, la remolacha, el sorgo, el maíz, el trigo y la yuca. En el caso de los biocombustibles de segunda generación no se compromete la seguridad alimentaria y el etanol se extrae de materiales lignocelulósicos provenientes de las cosechas, lo cual tiene como ventaja que la materia prima es de bajo costo, sin embargo, aún no está disponible con fines comerciales.

Uno de los cultivos para la producción de bioetanol de primera generación es la caña de azúcar (Saccharum officinarum), que pertenece a la familia Poaceae, y es una especie originaria de Nueva Guinea en el Sureste Asiático, posee varias ventajas a nivel de eficiencia fotosintética en comparación con otros cultivos, lo que explica por qué es una de las principales materias primas para la producción de energía, como en el caso de Brasil que es el principal productor de bioetanol a partir de caña de azúcar.


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El balance energético para el procesamiento de la caña como materia prima es sostenible por el propio cultivo en la medida que no necesita combustibles fósiles; el 100% del consumo de energía durante la producción de bioetanol es cubierto al reutilizar la biomasa o bagazo como fuente de calor.

La producción de bioetanol se lleva a cabo en cinco etapas principales: acondicionamiento de materia prima o molienda; hidrólisis ácida de sacarosa; fermentación de la glucosa; separación, y deshidratación del etanol y tratamiento de efluentes. En términos generales, la caña debe ser triturada para exprimir el jugo azucarado o sacarosa, el cual posteriormente es sometido a varios procesos químicos hasta conseguir la clarificación, donde se sedimentan y decantan los sólidos, el proceso continúa con la hidrólisis ácida de la sacarosa o jugo azucarado para obtener los monómeros de glucosa, para luego ser fermentada bajo condiciones anaerobias por la levadura Saccharomyces cerevisiae, obteniendo finalmente etanol, el cual es recuperado por destilación. El anterior proceso genera residuos como las vinazas, las cuales son aprovechadas en la producción de abono orgánico.

Trabajo en grupo: en plenaria lean el siguiente párrafo y discutan las preguntas que le siguen.

La producción de combustibles de primera generación proviene de cultivos como caña de azúcar, maíz, remolacha, entre otros cultivos de interés agronómico; por otro lado están los biocombustibles de segunda generación que producen etanol a partir de residuos lignocelulósicos o residuos de las cosechas.

• ¿Qué implicaciones tiene la industrialización de los combustibles de primera generación en la seguridad alimentaria de las poblaciones?

• ¿Cuál tipo de biocombustible es más rentable económicamente para la producción de bioetanol?

6.3 Ejercitación

Individualmente y con base en el análisis de la lectura de fundamentación científica, responda las siguientes preguntas.

• ¿Qué es seguridad alimentaria?


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• Mencione 5 residuos lignocelulósicos que se generan en su entorno o municipio

• ¿Qué son biocombustibles de primera generación?• ¿Qué son biocombustibles de segunda generación?

En grupo respondan las siguientes preguntas.

• ¿Qué tipo de metabolismo ocurre en la levadura Saccharomyces cerevisiae para la producción de etanol? Explique su respuesta.

a. fermentativo, b. fotosintético, c. metanogénico, d. respiratorio.

• ¿Qué tipo de proceso metabólico en el hongo filamentosos

Aspergillus niger está implicado en la producción de ácido cítrico? Explique su respuesta.

a. Anabolismo, b. Catabolismo.

• ¿Cuáles son las diferencias entre los metabolismos del alcohol y el ácido cítrico?

6.4 Aplicación

• Individualmente responda: Si tuviera que generar energía para la región a partir de bioetanol, ¿cómo involucraría la biotecnología?

• En plenaria socialicen con la orientación del docente, las respuestas de la pregunta anterior y busquen una única respuesta en consenso.

• En grupos de tres asignen los roles (relator, controlador del tiempo e investigador) y resuelvan el siguiente problema:

• En la región se necesita producir una parte de la energía total a partir de bioetanol debido a que reduce los costos y se dispone de dos cultivos para su obtención (caña de azúcar y remolacha).

• Elaboren un plan para generar energía indicando las ventajas del cultivo seleccionado como los posibles usos.


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• En plenaria sustenten el trabajo realizado, haciendo uso de la competencia argumentativa.


En casa con apoyo de las TIC´s, salas virtuales u otra fuente de información:

• Busque las diferencias y los contrastes en la producción de bioetanol entre las categorías de biocombustible de primera y segunda generación.

• Consulte cuál categoría es más eficiente para generar energía.

• Prepare una exposición de ambas consultas.

• Solicite al docente la evaluación del desempeño.

6.6 Glosario

Acetil – CoA: producto común del catabolismo de los glúcidos, lípidos y proteínas. Está presente tanto en rutas catabólicas como anabólicas. Se forma a partir de la glucosa que atraviesa la mitocondria.

Ácido cítrico: ácido orgánico tricarboxílico que está presente en la mayoría de las frutas, sobre todo en cítricos.

Ácidos orgánicos: compuestos con oxígeno que se derivan de hidrocarburos que se forman al sustituir en un carbono primario dos hidrógenos por un oxígeno. Este oxígeno se une al carbono mediante un doble enlace. El tercer hidrógeno del carbono se sustituye por un grupo OH que se une mediante un enlace simple.

Ácido pirúvico: compuesto orgánico que se produce al final de la glicólisis. El piruvato se produce por el desdoblamiento o descarboxilación de la glucosa.

Aspergillus Níger: hongo filamentoso que produce el moho negro en las frutas cítricas como en la naranja y el limón.


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Bioetanol: compuesto químico producto de la fermentación de azúcares que puede utilizarse como combustible.

Bioquímica: estudio de las rutas metabólicas y reacciones de conversión de nutrientes celulares en biomoléculas y energía.

Fermentación: proceso catabólico que no requiere oxígeno y tiene como producto final un compuesto orgánico parcialmente oxidado.

Ciclo de Krebs: ciclo de rutas metabólicas que hacen parte de la respiración celular en la degradación de la glucosa que finaliza en la mitocondria.

Idiofase: etapa de crecimiento bacteriano en la que se producen metabolitos secundarios.

Metabolismo respiratorio: conjunto de reacciones catabólicas involucradas en la degradación de sustancias orgánicas para la obtención de energía.

Residuos lignocelulosos: subproductos o biomasa vegetal sobrante compuesta por polímeros de celulosa, lignina y hemicelulosa.

Seguridad alimentaria: de acuerdo con la definición de la FAO, en la Cumbre Mundial de Alimentos en 1996, hay seguridad alimentaria cuando toda la humanidad tiene acceso físico y económico a los alimentos inocuos y nutritivos para satisfacer sus necesidades alimenticias con el fin de llevar una vida activa y sana.

Trofofase: fase de crecimiento logarítmico bacteriano donde se producen metabolitos primarios.


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Referencias

Almeida C. et Esteves, B. (2006). Nouveaux Défis pour les Biocarburants Brésiliens. Revista Biofutur, (269), 32-36.

Arlie, J.P., Ballerini, D., et Nativel, F. (1984). Les Procédés Modernes de Fabrication de l’éthanol de Fermentation. Revista del lnstitut Français du Pétrole, 39(6) 781-805.

FAO. (1996). Cumbre Mundial sobre la Alimentación. Roma: autor.

Glazer, A. & Nikaido, H. (2007). Mibrobial Biotechnology Fundamentals Of Applied Microbiology. New York: Cambridge University Press.

Velásquez, C. (2009). Biotecnología: ¿futura alternativa mundial? Orientaciones para el desarrollo de la asignatura de biotecnología. Manizales: Universidad Católica de Manizales.

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