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PPT Tema3Biotecnologia

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TEMA 3: INTRODUCCIÓN A LA BIOTECNOLOGÍA
I. Introducción
II. Concepto de Biotecnología
III. Historia de la Biotecnología
IV. Ventajas y Riesgos de la Biotecnología
V. Algunas aplicaciones biotecnológicas
IES Félix Rodríguez de la Fuente
Prof: - Sara Azcona Alonso -
Biotecnología: introducción
Nos encontramos frente a una nueva “Revolución Industrial”
llamada Biotecnología, no basada en hierro y acero sino en
microbios que, en manos de científicos, se convierten en
minúsculas fábricas para producir fármacos, compuestos
químicos industriales, combustibles o alimentos
IES Félix Rodríguez de la Fuente
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Biotecnología: concepto
El prefijo “BIO” se refiere a bacterias, levaduras y otras células vivas,
así como a componentes de estas células: SERES VIVOS.
Concretamente y para este caso se referiría a la biología molecular, la
cual tiene como objetivo el estudio de los procesos que se desarrollan
en cualquier ser vivo desde el punto de vista de las moléculas que lo
componen
La “TECNOLOGIA” trata de resolver problemas del hombre y
proporcionarnos lo que necesitamos. En definitiva, será el conjunto
de saberes, conocimientos, habilidades y destrezas interrelacionados
con procedimientos para la construcción y uso de bienes y servicios,
ya sean naturales o artificiales y que permiten transformar el medio
natural para cubrir estas necesidades o anhelos humanos.
IES Félix Rodríguez de la Fuente
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Biotecnología: concepto
https://www.youtube.com/watch?v=M-7ovmhZfoA
“BIOTECNOLOGÍA”
Área multidisciplinar que utiliza los seres vivos para producir lo que
necesitamos. Afinando un poco más: Utilización de procesos biológicos
para producir bienes y servicios.
Estos bienes incluyen productos químicos, alimentos, combustibles y
medicamentos, tratamientos de residuos o control de la
contaminación, etc.
Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología
podría definirse como “toda aplicación tecnológica que utilice
sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la
creación o modificación de productos o procesos para usos
específicos”
IES Félix Rodríguez de la Fuente
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Biotecnología: concepto
Entre las disciplinas que aportan contenidos y técnicas se encuentran
la microbiología, la biología molecular, la bioquímica, la genética, la
inmunología, la química, la ingeniería industrial y la informática.
Las áreas de aplicación son muy amplias: desde la utilización de
diversos organismos unicelulares con fines prácticos (bacterias,
levaduras y mohos, principalmente), hasta la manipulación del
material genético, actividad esta última realizada por la “ingeniería
genética”, quizá más conocida por haber provocado en los últimos
tiempos una encendida polémica ética y social.
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Historia de la Biotecnología
Desde tiempos remotos y sin darle el nombre de “biotecnología” ya
se utilizaban técnicas biotecnológicas, por ejemplo para el
procesado de alimentos como pan y cerveza, utilizando bacterias y
levaduras (10.000 años a.C.).
De la misma forma, la optimización de especies vegetales y
animales, haciendo selección de semillas o de mejores ejemplares.
La disciplina como tal puede considerarse iniciada con los trabajos
para la producción industrial de la penicilina, llevados a cabo por
Florey, una vez descubierta por Fleming (1929-1932).
Probablemente, el primero que usó el término “biotecnología” fue el
ingeniero húngaro Karl Ereky, en 1919, quien la introdujo en su libro
“Biotecnología en la producción cárnica y láctea de una gran explotación
agropecuaria”.
Historia de la Biotecnología
- Neolítico:
Agricultura, Ganadería,
Fermentaciones artesanales
- Siglo XIX:
Naturaleza de las fermentaciones
- Siglo XX:
Enzimas, antibióticos y
fermentaciones industriales,
tecnología enzimática
-Neolítico:
Selección artificial de variedades
- Siglo XIX:
Naturaleza de la herencia biológica
#Charles Darwin · El origen de las especies#
#Louis Pasteur · microbiología#
- Siglo XX:
Naturaleza química del material genético; ingeniería
genética
#Gregor Mendel · caracteres/genes#
#James Watson y Francis Crick · estructura del ADN#
#1973: 1ª aplicación tomando ADN de un organismo a
otro
#1978: Boyer tomó trozos de ADN humano, aislando
un gen de insulina
#1980: inicio de resultados: alimentos, cultivos,
fármacos, etc.
#2001: publicación genoma humano – enfermedades.
Biotecnología hoy
James D. Watson: “Antes pensábamos que nuestro futuro
estaba en las estrellas. Ahora creemos que está en los genes”.
La Biotecnología, a día de hoy:
• Motor de investigación científica
• Mayor parte presupuesto gubernamental
• Posible solución a problemas de salud, alimentación y medio
ambiente.
• Rentable económicamente (inversión pública y privada)
Biotecnología del mañana
Una muestra cualquiera obtenida del mar, un tipo de suelo o
animal, contiene cerca de un 99% de microorganismos
desconocidos para la ciencia. Para la biotecnología, cada uno de
ellos presenta un mundo por explorar, una enorme diversidad
de genes y enzimas que ejecutan funciones biológicas básicas y
producen nuevas sustancias.
El potencial es enorme dada la biodiversidad existente.
Dependerá de factores sociales, políticos y económicos lo que
permitirá que estas posibilidades se hagan realidad.
IES Enrique Florez
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Biotecnología en España
Según la Fundación Genoma España (Informe de la Relevancia
de la Biotecnología en España, 2011):
• 823 Empresas biotecnológicas en 2010: 395 íntegras.
De las 395 empresas biotecnológicas:
Abundacia relativa Sector empresarial
67%
Sanitario
23%
10%
Agroalimentario
Industrial
Al tratarse de un sector tecnológico en fase de maduración, las
Empresas de Biotecnología (EB) en España, son de modesto
tamaño aunque en fase de crecimiento exponencial.
Biotecnología en España
2014: Año de la Biotecnología en España
• Federación Española de Biotecnólogos.
• Sociedad Española de Biotecnología (SEBiot).
• Sociedad Española de microbiología (SEM).
• Asociación Española de Bioempresas (ASEBIO)
Además gozó de carácter “excepcional interés público”:
•
https://www.youtube.com/watch?v=6F6RnvcMXOE
IES Félix Rodríguez de la Fuente
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Ventajas de la Biotecnología
1. Rendimiento superior de los cultivos
2. Reducción de la contaminación ambiental: pesticidas
3. Mejora nutrición: arroz transgénico dorado con betacaroteno
(vitamina A) o reducción de alérgenos.
4. Mejora en el desarrollo de nuevos materiales: bioetanol
5. Alta rentabilidad económica y especifidad
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Inconvenientes o Riesgos de la Biotecnología
1. Requerimiento de muy alta tecnología y personal altamente cualificado
2. Inversiones de alto riesgo
3. Consecuencias biológicas y medioambientales difícilmente predecibles
3.1.: Polinización cruzada (resistencia a herbicidas, maleza resistente:
desequilibrio del ecosistema)
3.2.: Cultivos modificados genéticamente, con genes que producen
toxinas insecticidas
3.3.: Pérdida de biodiversidad
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IES Félix Rodríguez de la Fuente
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Inconvenientes o Riesgos de la Biotecnología
4. Riesgos para la salud
4.1.: Reacciones alérgicas imprevistas: transferir toxinas , crear nuevas
toxinas o transferir alérgenos de una especie a otra.
4.2.: Infecciones por “escapes en el laboratorio” de virus o bacterias
modificadas
4.3.: Transparencia en la información al consumidor: Productos
genéticamente modificados
¿Cómo evaluar los riesgos de los OMG?:
Equivalencia sustancial = OMG es tan inocuo como su homólogo tradicional
• Identidad, origen y composición
• Efectos de la elaboración y cocción
• Proceso de transformación, ADN y expresión de la Proteína
introducida
• Efectos sobre la función
• Posible toxicidad, alergenicidad y efectos secundarios
• Consecuencias alimentarias de la ingesta del OMG
Inconvenientes o Riesgos de la Biotecnología
5. Preocupaciones éticas y sociales
• Clonación
• Modificación del genoma humano para “mejorar” la naturaleza del
hombre
• Sondeos genéticos y sus aplicaciones discriminatorias
(predisposición a enfermedades incurables, intimidad genética)
• Derecho individual a procrear
• Reproducción asistida del ser humano
• Estatuto ético del embrión y del feto.
https://youtu.be/5ODd01KfxVk
Bioética
BIOÉTICA: Rama de la ética que enuncia los principios para la conducta
correcta del humano respecto a la vida así como al ambiente en el que
pueden darse condiciones aceptables para la vida.
El criterio ético fundamental que regula esta disciplina es el respecto al ser
humano, a sus derechos inalienables, a su bien verdadero e integral: la
dignidad de la persona.
Se extiende a cuestiones tanto médicas, como medio ambientales, trato de
animales, etc.
• Área sanitaria: eutanasia, trasplantes de órganos, aborto…
• Investigación científica: manipulación genética, clonación
• Medio Ambiente: equilibrio entre especies y ecosistema, respeto a
los animales y naturaleza, uso de energía nuclear, crecimiento de la
población mundial
• Social y política: legislación, educación, políticas sanitarias.
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Principios fundamentales de la Bioética
1. Principio de Autonomía: Respeto a las personas, imponiendo la
obligación de asegurar las condiciones necesarias para que actúen de
forma autónoma.
2. Principio de Beneficencia: obligación de actuar en beneficio de otros,
promoviendo sus legítimos intereses y suprimiendo perjuicios. Ej.: En
medicina, se promueve el mejor interés del paciente, sin tener en cuenta
la opinión de éste.
3. Principio de no maleficencia: Abstenerse intencionalmente de realizar
acciones que puedan causar daño o perjudicar a otros.
4. Principio de justicia: Tratar a cada uno como corresponda, disminuyendo
las situaciones de desigualdad (ideológica, social, cultural, económica,
etc.)
https://www.youtube.com/watch?v=ty9cDvGL5wg&feature=youtu.be
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Aplicaciones biotecnológicas
1. Producción de alimentos:
 La fabricación de vinagre (con bacterias del ácido acético), yogur,
cuajada, queso (bacterias del ácido láctico y mohos), la cerveza, el vino o
la elaboración del pan (levaduras) representan las primeras utilizaciones
de la biotecnología en esta área. Desde su primera utilización ha habido
muchos avances.
 Los propios microorganismos son materias primas de alto contenido
proteínico. Es el caso de las proteínas PSC (proteínas de una sola célula)
que se extraen de cianobacterias, levaduras, micoalgas y hongos. Estos
productos se utilizan, en la alimentación humana y animal, aportando,
además, glúcidos, vitaminas y minerales. Destacar además las espirulinas
(rica en aa´ esenciales), levadura seca (rica en vitamina B), microalgas
(proteínas de alto valor nutritivo) o la microproteína conocida por Quorn,
producida por el moho Fusarium graminearum, rica en proteína y fibra.
 En la agricultura, la biotecnología aporta métodos y técnicas de cultivo
vegetal y de manipulación genética.
Aplicaciones biotecnológicas
Durante miles de años se ha producido selección de mejores plantas mediante un
proceso continuo, realizado tanto de manera consciente como inconsciente. Se
han seleccionado por sus facilidades de cultivo, mayor rendimiento, calidad
apropiada o resistencia a plagas y enfermedades. No obstante, la tecnología actual
de selección vegetal se ha desarrollado más recientemente durante el último siglo;
se basa en un mejor conocimiento de la base genética de los caracteres
agronómicos, fisiología, bioquímica y patología vegetal. La mejora genética puede
hacerse por varios métodos: hibridación, retrocruzamiento, manipulación
cromosómica, mutación inducida.
Por otro parte, los cultivos transgénicos, consistentes en introducir en una especie
fragmentos de cromosomas o genes portadores de ciertas características de
interés, como por ejemplo, para que puedan fijar el nitrógeno atmosférico y así
ahorrar gran cantidad de abono, etc. La siguiente generación de transgénicos,
según los científicos, beneficiará a los consumidores directamente, ya que los
productos tendrán mayor cantidad de nutrientes que ayudarán a prevenir
enfermedades y con menor cantidad de toxinas y alérgenos perjudiciales para la
salud.
Aplicaciones biotecnológicas
1. Producción de alimentos:
TRANSGÉNICOS:
https://www.youtube.com/watch?v=w7rx48Lm8YU&feature=youtu.be
 En la ganadería, la ingeniería genética pretende superar las
limitaciones a la sección de los animales domésticos. Puede
aumentarse la producción de carne, leche, lana, huevos, etc. Los
mayores éxitos en cuanto a producción de alimento se han obtenido en
acuicultura, consiguiendo especies de crecimiento más rápido (lubina,
salmón atlántico), al incorporarles la hormona de crecimiento de otras,
o salmones resistentes al frío, con el trasplante de genes de proteínas
anticongelantes de especies de mares fríos..
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Aplicaciones biotecnológicas
2. Biotecnología en sanidad:
 En la medicina, el uso de animales transgénicos con genes humanos abre
también muchas expectativas de cara al futuro, para la producción de
medicamentos o como fuente de órganos para trasplantes, fármacos, etc.
 La investigación con células madre, cuyo estudio permitirá conocer los
mecanismos de especialización celulares. Qué mecanismos hacen que un
gen sea activo y haga su trabajo y qué mecanismos inhiben la expresión de
ese gen (como ocurre en el cáncer).
Las células madre pueden servir para probar nuevos medicamentos en
todo tipo de tejidos, antes de hacer las pruebas reales en animales o en
humanos.
Muchas enfermedades son consecuencia de malfunciones celulares o
destrucción de tejidos. Uno de los remedios, en casos muy graves, es el
trasplante. También en la sustitución y reemplazo de células y tejidos
dañados, como en casos de Parkinson, Alzheimer, lesiones medulares,
quemaduras, diabetes, osteoporosis, entre otras.
Aplicaciones biotecnológicas
2. Biotecnología en sanidad:
 En la industria farmacéutica, son varias las sustancias producidas por
microorganismos siendo los antibióticos los más importantes (Ej.
Penicilinas, cefalosporinas, eritromicina, etc.). También se obtienen
hormonas, antígenos bacterianos y virales, antifúngicos, sustancias
antitumorales y vitaminas.
Hay sustancias que se obtienen a partir de tecnología transgénica,
introduciendo plásmidos recombinantes que llevan el gen del producto
deseado en bacterias, siendo la más utilizada E. coli. Los fármacos obtenidos
de mayor importancia son la insulina, la hormona del crecimiento, la
eritropoyetina, algunas vacunas (hepatitis B, sarampión, rabia), interferones
beta (para la esclerosis múltiple), proteínas plásmicas y anticuerpos.
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Aplicaciones biotecnológicas
3. Biotecnología en procesos industriales:
La obtención de enzimas, bien por su interés catalítico directo, como por los
productos que se obtienen, es un proceso muy importante en la industria
química. Se dice que gran parte de la biotecnología radica en el poder
transformador de los enzimas. Desde hace tiempo está aumentando su
obtención a partir de microorganismos seleccionados con las técnicas
genéticas actuales, que presentan una serie de ventajas: producen más
moléculas de enzimas por masa corporal, son fácilmente manipulables
genéticamente, los cultivos se realizan en condiciones controladas, no
afectadas por factores adversos, etc. Entre las aplicaciones industriales de
estas encimas se encuentran la fabricación de detergentes biológicos
(proteasas, celulasas, amilasas), la industria alimentaria para bebés (tripsina),
industria papelera (celulasas, amilasas), entre otras.
Entre los microorganismos productores de enzimas cabe citar a Bacillus
subtilis (alfa.amilasa, proteasa); Penicillium sp. (celulasa); Saccharomyces sp.
(sacarosa), etc.
Aplicaciones biotecnológicas
4. Biotecnología ambiental
En materia medioambiental, cabe destacar el desarrollo de las
ecotecnologías, que buscan crear tecnologías que reduzcan los efectos
nocivos al medio ambiente, causados por los residuos generados. A la
aplicación en este campo de los microorganismos, o productos generados por
ellos, se le llama biorremediación. Cunado quienes intervienen son las
plantas silvestres o manipuladas genéticamente, se llama fitorremediación.
La biotecnología presenta una serie de herramientas que podrían ser
compatibles con este mínimo impacto a la naturaleza. Empezó a utilizarse en
la depuración de aguas residuales pero hoy día es muy eficaz para combatir
la contaminación por multitud de agentes orgánicos. Los contaminantes
serían la fuente de alimento o energía de los microorganismos,
convirtiéndolo finalmente, en biomasa bacteriana. Ejemplo: biodesulfuración del petróleo y del carbón, en la cual se elimina el azufre de los
combustibles fósiles. Varios microorganismos puedes extraer el azufre de la
pirita del carbón.
Aplicaciones biotecnológicas
4. Biotecnología ambiental
La biotecnología también posibilita la reducción de emisiones de metano en
varias etapas del ciclo de combustible del carbón, u obtenerlo (biogás)
aprovechando la fermentación anoxibiótica de los residuos ganaderos.
Por tanto, biodegradar disolventes, mineralizar pesticidas, eliminar iones
metálicos y organometálicos, recuperar metales preciosos, y un largo etc.
Entre los microorganismos más interesantes en las actividades depurativas y
detoxificadoras se encuentran las bacterias Pseudomonas sp., Rhizobiium sp.,
Rhodobacter sp., etc.
Cabe además citar como aplicaciones de la biotecnología, la ecoingeniería,
que pretende crear ambientes que favorezcan la ocupación espontánea por
organismos que presenten actividad biorremediadora; la ingeniería
metabólica, actividad básica de la biotecnología ambiental, cuyo objetivo es
combinar actividades catalíticas de distintos organismos en función de las
necesidades (Ej. Volatilizar HG con plantas transgénicas);
Aplicaciones biotecnológicas
4. Biotecnología ambiental
La bioadsorción, que consiste en la obtención, mediante ingeniería de
proteínas, de cepas bacterianas Gram negativas, capaces de fijar ciertos
metales en superficie; o los sistemas biosensores, capaces de transformar
una señal química en una señal medible por medios electrónicos, disponiendo
así de sistemas de alerta frente a la contaminación por determinados
compuestos contaminantes.
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DEBATE: MANIPULACIÓN GENÉTICA:
TRANSGÉNICOS ¿SÍ O NO?
1. ¿CUÁNDO DEBE PERMITIRSE?
2. ¿ES UN AVANCE DE LA CIENCIA PARA MEJORAR LA SALUD?
3. ¿CUÁLES SON SUS IMPLICACIONES ÉTICAS Y RELIGIOSAS?
4. ¿ES “JUGAR A SER DIOS”?
CONSUMIDORES
AGRICULTORES
ECOLOGISTAS
CIENTÍFICOS
DEBATE: MANIPULACIÓN GENÉTICA:
CLONACIÓN ¿SÍ O NO?
1. ¿CUÁNDO DEBE PERMITIRSE?
2. ¿ES UN AVANCE DE LA CIENCIA PARA MEJORAR LA SALUD?
3. ¿CUÁLES SON SUS IMPLICACIONES ÉTICAS Y RELIGIOSAS?
4. ¿ES “JUGAR A SER DIOS”?
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