INGENIERIA DE BIORREACTORES

La biotecnología, en un sentido amplio se puede definir como la aplicación de organismos, componentes o sistemas biológicos para la obtención de bienes y servicios.

Concepto y breve historia de la

biotecnología

"La Biotecnología es la aplicación de la ciencia y la tecnología a los organismos vivos, así como a partes y/o

productos de los mismos, para alterar materiales vivos o no, con el fin de producir conocimientos, bienes o servicios“

Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE)

1.1.  La biotecnología es intrínsecamente interdisciplinarLa actual biotecnología es una empresa interdisciplinaria, involucra conceptos y metodologías procedentes de numerosas ciencias para aplicarlas tanto a la investigación básica como a la resolución de problemas prácticos y la obtención de bienes y servicios.Algunas de las ramas de conocimiento implicadas en la biotecnología:MicrobiologíaBioquímicaGenéticaBiología celularQuímicaIngeniería bioquímicaIngeniería mecánicaCiencia y Tecnología de alimentosElectrónicaInformática

 

3. Impacto de la biotecnología en la economía global:

Dentro de los países de la OCDE, pueden darse algunas cifras:

Año Agricultura yAlimentación

Productos sanitarios

Productos químicos

Energía Total(mill.

Dólares)

1980 37% 37% 12% 11% 5-20000

1990 21% 29% 13% 37% 20-40000

2005 48% 22% 12% 18% 45-200000

Fuente: OCDE(Organización para la cooperación y desarrollo económico)

La investigación científica en biotecnología

La publicación a nivel mundial, de documentos pertenecientes al campo de la investigación en biotecnología disponibles en el Science Citation Index (SCI) entre los años 2000 y 2008 fue en total de 428.255,Como se puede observar en el Gráfico 1, el campo de lainvestigación en biotecnología presenta un crecimiento marcado y sostenido a nivel mundial.

En orden decreciente los principales campos de aplicación de las patentes de invención en biotecnología son:

Bioquímica, Microbiología e Ingeniería genética, (han sido dominantes en el campo de aplicación de la biotecnología )Alimentos, Ciencias médicas y veterinaria, Química orgánica, Medición y monitoreo, Agricultura, Bosques , Ganadería, Tratamiento del agua, Componentes orgánicos macromoleculares .

No podemos olvidar que muchas de las biotecnologías de las que nos beneficiamos son muy antiguas, y que en ellas se está logrando una fase de madurez auspiciada por los nuevos adelantos técnicos (p. ej., la tecnología de fermentaciones). De hecho, muchas de las innovaciones que se están produciendo no son tanto de nuevos productos, sino innovaciones o mejoras en los procesos.

De cualquier manera, actualmente se tiene la entrada de nuevos productos, en forma de nuevos fármacos y de plantas transgénicas con características novedosas.

Desde el punto comercial se requiere producir grandes cantidades de sustancias, del orden de toneladas, por lo que uno de los principales aspectos es el del "escalamiento"

Esto supone un gran reto a los ingenieros, ya que deben diseñar fermentadores de gran tamaño, donde hay que controlar diversos parámetros, como pH, temperatura, oxígeno y otros gases, etc.

La tecnología de fermentación cobró ímpetu a partir de los años 40 del siglo XX, cuando se comenzaron a fabricar antibióticos y otras moléculas (ácidos orgánicos, hormonas, enzimas, polisacáridos, etc) por medio de microorganismos

Los tres núcleos de la biotecnología

Muchos procesos biotecnológicos, especialmente los que se realizan en entornos cerrados industriales, tienen un triple núcleo:

1 Obtener el mejor catalizador biológico para una función o proceso específico

2 Obtener el mejor ambiente para la función de ese catalizador biológico, mediante una serie de diseños técnicos en los que es fundamental la ingeniería química3 Procesamiento del material, consistente en separar y eventualmente purificar el material biológico producido

1 Catalizador biológico

• En la mayoría de los casos, el catalizador biológico son células vivas, sobre todo microorganismos.

Por ello, uno de los pilares de la biotecnología es precisamente la microbiología.

Parte de lo que hemos aprendido sobre el manejo de microorganismos se puede aplicar, con modificaciones, al manejo de células de animales y plantas, que cada vez son más importantes en la biotecnología.

2. Proporcionar el mejor ambiente para la función de ese catalizador biológico

•      El segundo componente o núcleo de las biotecnologías estriba en el entorno industrial en que ponemos a funcionar las células o las enzimas.

• Esto nos lleva al concepto de biorreactor, un entorno cerrado y controlado para que nuestros catalizadores biológicos hagan lo que queremos con la máxima eficiencia. En esta parte de la biotecnología se requiere la colaboración estrecha entre los biólogos y los ingenieros de bioprocesos, incluyendo los ingenieros químicos. Se trata de diseñar biorreactores o fermentadores, especies de cubas cerradas diseñadas para controlar diversos parámetros que condicionan la buena producción: temperatura, aireación, pH, etc.

3 Separación y purificación del material biológico producido

•    Finalmente, queda el área quizá más desconocida y compleja, el procesamiento de la biomasa o de la sustancia producidas: separación de las células respecto del medio acuoso en que han funcionado, recuperación eficiente del producto buscado, purificación, etc.

La gran ventaja de los productos naturales es la novedad) de sus Estructuras, que difícilmente podrían haber sido el resultado de un razonamientohumano por muy creativo que fuese.

Pensemos en el ya citado paclitaxel, en la ivermectina, una mezcla de macrólidos aislada de Streptomyces avermitilis que es un de los antihelmínticos más eficaces que existen y genera ventas de alrededor de mil millones de dólares anuales,

O en la ciclosporina o el tracolimus (FK506) sustancias que también fueron aisladas de hongos y se emplean para evitar el rechazo de órganos trasplantados porque suprimen la respuesta inmune

Tabla 1.3 Empresas Nacionales y Transnacionales en Mexico

MEXAMA ACIDO CITRICOENZYMOLOGIA ASPARTICOCERVECERIAS MODELO Y CUAHUTEMOC-MOCTEZUMA CERVEZASLABORATORIO AGROENZYMAS CITICINASCHAMPIÑONES CAMARGO Y MONTEBLANCO CHAMPIÑONESFEMIC Y ABBOT LABORATORIES ERITROMICINAPROBIOMED INTERFERONNEOLAC Y PARMALAT LECHE DESLACTOSADAAGROINDUSTRIAS LA MODERNA SEMILLAS MEJORADAS

DE TABACOBIOCLON SUERO ANTIALACRANGERENCIA GENERAL DE BIOLÓGICOS Y REACTIVOS (SSA) VACUNA DE DIFETERIABIOTE Y BIO-ZOO VACUNA PARA MOQUILLOINGENIO SAN CRISTÓBAL DE LAS CASAS ALCOHOL ETILICOENMEX LISINA Y ASPARTICO

Fuente: Biotecnología, vol. 3 No. 3. Revista de la Sociedad Mexicana de Biotecnología y Bioingeniería AC