HISTORIA DE LA BIOTECNOLOGIA

Tema 2

Dra Delia Benuzzi

Curso Introducción a la Biotecnología

Responsable: Dr Ariel Ochoa

Biotecnología: es la disciplina que se refiere al uso de organismos vivos o de sus productos en procesos industriales a gran escala.

Biotecnología microbiana: se refiere específicamente a los procesos en los que intervienen microorganismos y sus enzimas. Antes llamada Microbiología Industrial.

La Microbiología o Biotecnología Industrial puede dividirse en dos fases distintas:

1. Biotecnología Microbiana Tradicional:

Implica la obtención en gran escala de productos que naturalmente los mo son capaces de fabricar.

2. Biotecnología Microbiana Moderna es obtención de productos con el uso de mo genéticamente modificados ( OGM-ingeniería genética).

Df aceptada por la OMS (2001)Biotecnología Moderna es la aplicación de (i) técnicas in vitro de ácido nucleico, incluido el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos, o (ii) la fusión de células más allá de la familia taxonómica, que superan las barreras fisiológicas naturales de reproducción o recombinación y que no son técnicas utilizadas en la reproducción y selección tradicionales.

Productos microbianos 1.Enzimas: amilasas, glucosa isomerasa,

proteasas. 2.Aditivos para alimentos: aa (fenilalanina en

Nutrasweet, glutamato monosódico), vit. (B12, riboflavina)

3.Productos químicos comunes: citrato, ác. acético, etanol. Solventes industriales, alcoholes y acetona producidos por fermentación.

4.Farmaceúticos: Ab (penicilina, estreptomicina). Por ingeniería genética las bacterias pueden producir insulina de uso humano.

5.Productos agrícolas: utilización de inoculantes de leguminosas y para silos. Control biológico ej: Bacillus thuringensis

Los mo proporcionaron alimentos y bebidas a la humanidad durante 8000 años, sin que se supiera de su existencia……………..

Fermentación alcohólicaLa capacidad de las levaduras para producir alcohol (cerveza) la conocían los sumerios y los babilonios en el 6000 a.c. Fue importado a Egipto

Más tarde , aprox en el 4000 a.c. los egipcios descubren que el CO2 generado por las levaduras de cervecería podía hinchar el pan.

•Libro del Génesis (9: 20,21): “Noé se dedicó a la labranza y plantó una viña. Bebió del vino, se embriagó…”

La fermenación lácteaSegún la tradición las leches fermentadas fueron descubiertas por los árabes en forma accidental al almacenar leche en unestómago de oveja……….Que contiene lactobacilos que realizan la fermentación

Otros…Uso de bacterias de ácido acético para fabricar vinagre (vinum

acre) El primer testimonio escrito del empleo del

vinagre viene del Imperio romano: gastrónomo Apicio (contemporáneo del emperador Tiberio, año 40 ac) y autor del libro de cocina más antiguo que se conoce en la cultura occidental, De re coquinaria, presenta recetas que emplean vinagre

Las bacterias de los odres con su fermentación láctica servían conservar la leche (yogur y leches ácidas).

•Siglo XVII: Anthony von Leeuwenhoek (1632-1723) descubre el mundo microbiano con sus microscopios primitivos.

•Siglo XIV DC: Destilación de bebidas alcohólicas.

•Siglo XIX: El desarrollo técnico de los microscopios permite demostrar el origen de los microbios y vencer la creencia de la “generación espontánea”.

La generación espontánea es una teoría que fue desarrollada por el griego Aristóteles ( alrededor del 380 A.C.)

Hablando de “generación espontánea”, veamos algunas recetas interesantes…

Van Helmont (1577-1644), el más grande fisiólogo de la época, indica lo siguiente para la obtención de ratones: un vaso lleno de trigo se cubre con una camisa sucia, preferentemente de mujer. “Un fermento originado en la camisa y transformado por el olor de los granos, convierte el trigo mismo en ratones.” Esta metamorfosis dura cerca de veintiún días, o sea el tiempo de gestación de ratón y nuestro naturalista se asombre de su notable rapidez…

…”Ello, nos dice, es tanto más admirable cuanto que los ratones originados por el trigo y la camisa no son pequeños ni lactantes, ni minúsculos, ni deformes, sino muy bien formados y pueden saltar.”

•Francesco Redi (1626-1697): Médico italiano que demostró que los gusanos de la carne son larvas de mosca y que no aparecen si la carne se guarda bien tapada (“fiambrera”).•Lázaro Spallanzani (1729-1799): Naturalista italiano, demostró que los microbios son transportados por el aire; los mismos no invaden los frascos cerrados herméticamente.

•Nicolas-Francois Appert (1750-1841): Desarrolla los primeros procedimientos de enlatado.

•Louis Pasteur (1822-1895): Fue quien sentó las bases de la futura industria biotecnológica al demostrar que todos los procesos de fermentación eran el resultado de la actividad microbiana.

Edward Buchner (1860-1917): Descubre, dentro de las células microbianas, las sustancias vitales responsables de todas las transformaciones químicas: las enzimas.

Las enzimas de origen microbiano son productos biotecnológicos muy apreciados y aplicados en la industria.

Hasta la primera guerra mundial (1914) no se usaron levaduras a nivel biotecnológico, para fabricar otra cosa que no fuera alcohol.

Sin embargo, las restricciones impuestas durante el conflicto anunciaron lo que puede llamarse como “segunda era biotecnológica.”

•La Guerra Mundial (1914-1918) supuso demandas biotecnológicas:

•Proceso Neuberg para producir glicerol (para nitroglicerina) mediante la “fermentación dirigida” de Saccharomyces cerevisiae. Agregando álcali y bisulfito de sodio al depósito de fermentación alcohólica se fomentaba la producción de glicerol.

•Proceso Weizmann, usando Clostridium acetobutylicum, para la producción de disolventes como la acetona .

•Los descubrimientos de Robert Koch (1843-1910) y Alexander Fleming (1928) revolucionaron el tratamiento de las enfermedades infecciosas con el descubrimiento accidental de los antibióticos: Penicilina

•Durante la Segunda Guerra Mundial comienza la tercera era biotecnológica, por la necesidad de contar con ciertos medicamentos para que las víctimas no murieran de sepsis bacteriana.

Puede decirse que la “cuarta era biotecnológica” comienza a principios de la década de 1970, con el advenimiento de la Ingeniería Genética.

•El descubrimiento de los sistemas de restricción y modificación en bacterias y la aplicación de las endonucleasas.

•Los trabajos de Milstein y Kohler sobre la formación de hibridomas con la posterior utilización para la producción de anticuerpos monoclonales (1975).

Un hito que merece resaltarse ocurrió en 1982 cuando la compañía Eli Lilly consiguió la aprobación de la Food and Drug Administration de los Estados Unidos de Norteamérica para la utilización de “insulina humana” clonada y producida en Escherichia coli. A esto siguieron los interferones, hormonas de crecimiento humana y bovina, el antígeno de superficie del virus de la hepatitis B, etc.

Tanques o biorreactores

50s 60s 70s 80s 90s 2000s

Primer genoma secuenciado

Primera proteína terapeutica

producida por ingeniería genéticaEl código genético

Es modelado.

Era de la genómica funcionalChips de DNADiagnóstico molecularFarmacología molecularBiomedicina

Clonación del primeranimal

Inicio de la ingeniería genética

Síntesis enzimática del ADN por PCR

Taq

Creación de bases de datos

de ADN y péptidos

Producción deSOMATOSTATINA

en bacterias

Resumen: Cronología del desarrollo de la Biotecnología

Era pre-Pasteur (anterior a 1865) Bebidas alcohólicas (cervezas, vinos) Productos lácteos (quesos, yogur) Vinagre Era Pasteur (1865 - 1940) Fermentaciones Industriales (etanol, butanol,

acetona, glicerol) Producción de ácidos orgánicos (acético, cítrico,

láctico) Era Antibiótico(1940-1960) Producción a gran escala de Antibióticos

Transformaciones esteroidales (cortisona, estrógenos) Era post-antibiótico (1960-1975) Producción de: Aminoácidos, Enzimas industriales Enzimas inmovilizadas Proteína unicelular,

Polisacáridos Era Biotecnología Molecular (1975-presente) Tecnología ADN recombinante Primeros productos aparecen en el mercado en 1982

( vacunas, insulina humana)

En América pre-hispánica…….Producción de bebidas alcohólicas

fermentadas de maíz: chicha. Los huarpes y los comechingones preparaban

un fermentado de algarrobo “La aloja”Con los granos de maíz , leche , jume y

enzima papaína ( de la rama de higuera)preparaban la “mazamorra”

La fermentación de lácteos fue introducida por los jesuitas en el siglo XVI

La vid fue introducida por los conquistadores españoles (posterior a 1492)

Chicha blanca y chicha negra

Concepto de NanotecnologíaLa nanotecnología es la rama de la tecnología

que se ocupa de manipular, moldear y controlar la materia de dimensiones muy pequeñas , de 1 a 100 nanómetros.

La nanobiotecnología es el desarrollo de técnicas biotecnológicas en escala nano. La de desarrollo más notable y espectacular es la Nanomedicina

*Nanodiagnóstico *Nanofarmacotecnia *Nanomedicina regenerativa

En tecnología alimentariaLa nanotecnología aumentaría drásticamente la

fecha de caducidad de los alimentos. La empresa Mars Inc ya cuenta con la patente de un nanoenvoltorio invisible y comestible que recubrirá los alimentos impidiendo así el intercambio de gases y de humedad.

Sin llegar a esos extremos ya conocemos los envases inteligentes que contienen nanosensores y nanopartículas con antimicrobianos, que aumentan con su acción la vida útil de los alimentos.

Las etiquetas inteligentes con sensores de temperatura ya son usadas en los envases de vacunas que la OMS distribuye en países africanos.

Biotecnología Microbiana:BiofungicidasControl biológico de enfermedades

criptogámicas en productos frutihortícolas almacenados.

Uso de levaduras como antifúngico en manzanas

Interacción directa: levaduras impiden la brotacion de la espora del hongo

Productos de Origen Vegetal Fermentados: Otros ejemplosChocolate ( americano)Té negro ( China y Japón)Café (Arabia)

Café

Cacao