APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA

 

TRABAJO DE MARÍA ALONSO ROLDÁN

 

Índice del tema

 

1. ¿Qué es biotecnología?

2. ¿Cómo ha sido el desarrollo de los avances en biotecnología?

3. Técnicas, clasificación y aplicaciones usadas en biotecnología

Ø       Biotecnología en salud humana y animal

Ø       Biotecnología industrial

Ø       Biotecnología vegetal

Ø       Biotecnología agroalimentaria

4. Bioseguridad

5. Derechos de propiedad intelectual (DPI)

6. Aspectos éticos

7. Biodiversidad

8. Comercialización

9. Métodos (clonación de coliflor)

10. Glosario

11. Bibliografía

 

1. ¿Qué es Biotecnología?

    

     La biotecnología no es, en sí misma, una ciencia; es un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias (biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, química, medicina y veterinaria entre otras).

     Hay muchas definiciones para describir la biotecnología. En términos generales biotecnología es el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor para el hombre. Como tal, la biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. Históricamente, biotecnología implicaba el uso de organismos para realizar una tarea o función. Si se acepta esta definición, la biotecnología ha estado presente por mucho tiempo. Procesos como la producción de cerveza, vino, queso y yoghurt implican el uso de bacterias o levaduras con el fin de convertir un producto natural como leche o jugo de uvas, en un producto de fermentación más apetecible como el yoghurt o el vino. Tradicionalmente la biotecnología tiene muchas aplicaciones. Un ejemplo sencillo es el compostaje, el cual aumenta la fertilidad del suelo permitiendo que microorganismos del suelo descompongan residuos orgánicos. Otras aplicaciones incluyen la producción y uso de vacunas para prevenir enfermedades humanas y animales. En la industria alimenticia, la producción de vino y de cerveza se encuentra entre los muchos usos prácticos de la biotecnología.

     La biotecnología moderna está compuesta por una variedad de técnicas derivadas de la investigación en biología celular y molecular, las cuales pueden ser utilizadas en cualquier industria que utilice microorganismos o células vegetales y animales. Esta tecnología permite la transformación de la agricultura. También tiene importancia para otras industrias basadas en el carbono, como energía, productos químicos y farmacéuticos y manejo de residuos o desechos. Tiene un enorme impacto potencial, porque la investigación en ciencias biológicas está efectuando avances vertiginosos y los resultados no solamente afectan una amplitud de sectores sino que también facilitan enlace entre ellos. Por ejemplo, resultados exitosos en fermentaciones de desechos agrícolas, podrían afectar tanto la economía del sector energético como la de agroindustria y adicionalmente ejercer un efecto ambiental favorable.

     Una definición más exacta y específica de la biotecnología "moderna" es "la aplicación comercial de organismos vivos o sus productos, la cual involucra la manipulación deliberada de sus moléculas de ADN". Esta definición implica una serie de desarrollos en técnicas de laboratorio que, durante las últimas décadas, han sido responsables del tremendo interés científico y comercial en biotecnología, la creación de nuevas empresas y la reorientación de investigaciones y de inversiones en compañías ya establecidas y en Universidades.

     La biotecnología consiste en un gradiente de tecnologías que van desde las técnicas de la biotecnología "tradicional", largamente establecidas y ampliamente conocidas y utilizadas (ejemplo: fermentación de alimentos, control biológico), hasta la biotecnología moderna, basada en la utilización de las nuevas técnicas del ADN recombinante (llamadas de ingeniería genética), los anticuerpos monoclonales y los nuevos métodos de cultivo de células y tejidos.

 

2. ¿Cómo ha sido el desarrollo de los avances en biotecnología?

 

     La biotecnología no es nueva: sus orígenes se remontan a los albores de la historia de la humanidad. Nuestros ancestros primitivos iniciaron hace alrededor de 10.000 años, durante la Edad de Piedra, la práctica de utilizar organismos vivos y sus productos cuando comenzaron a mantener animales domésticos y a crecer plantas para su alimentación, en vez de depender únicamente en lo que pudieran cazar o recolectar. La posibilidad que ofrece la "biotecnología moderna" es que presenta sistemas radicalmente novedosos para alterar o modificar las propiedades genéticas de los organismos en una forma totalmente dirigida. Por consiguiente, es un término nuevo que se ha dado a la evolución y recientes avances de la ciencia de la genética.

     Aunque la mayor parte de la información que ha hecho posible el desarrollo de la tecnología del ADN recombinante, y por consiguiente los avances en la biotecnología moderna, ha sido lograda en las últimas 4-5 décadas, la historia realmente se inicia hace más de 130 años atrás, con las investigaciones independientes de Charles Darwin y Gregor Mendel. Las contribuciones de Darwin (considerado por algunos como el padre de la biología moderna), recibieron reconocimiento inmediato, aunque este reconocimiento no siempre era favorable. Darwin en sus estudios concluyó que las especies no son fijas e inalterables, sino que son capaces de evolucionar durante el tiempo, para producir nuevas especies. Las investigaciones de Mendel revelaron las reglas básicas que controlan la herencia. Él originó el concepto del “gen”, aunque este término no se utilizó sino hasta comienzos del siglo XX. A pesar de que Mendel describió el comportamiento esencial de los genes, sus experimentos no revelaron la naturaleza química de las unidades de la herencia. Esto ocurrió hacia la mitad del siglo XX e involucró muchos trabajos de diferentes científicos de todo el mundo, durante varias décadas.

     La identificación del material genético como ADN y la descripción y comprensión de su estructura y funciones requirieron una enorme cantidad de trabajo. Durante la década de 1970, los científicos desarrollaron nuevos métodos para combinar segmentos de ADN y para transferir porciones de ADN de un organismo a otro. Este conjunto de técnicas es conocido como la tecnología del ADN recombinante o la ingeniería genética.

     El sector de alimentos fue el primero en acoger las innovaciones biotecnológicas a mediados de 1970.

     La biotecnología animal ha venido desarrollándose durante las últimas décadas. Las aplicaciones iniciales se dirigieron principalmente a sistemas diagnósticos, nuevas vacunas y drogas, fertilización de embriones in vitro, uso de hormonas de crecimiento (administradas o vía transgénesis) con el fin de incrementar el crecimiento y la producción de leche, los alimentos animales y los aditivos de alimentos. Los animales transgénicos como el ‘ratón oncogénico’ han sido muy útiles en trabajos de laboratorio para estudios de enfermedades humanas.

     En el caso del desarrollo de la biotecnología vegetal, hay dos componentes importantes e independientes: cultivo de tejidos y biología molecular. Mientras que los inicios del cultivo de tejidos vegetales pueden encontrarse durante las primeras décadas del siglo XX, los estudios moleculares completos y rigurosos solamente se iniciaron hacia 1970.

     La biotecnología ambiental tampoco es un campo nuevo: la elaboración de compost (compostaje) y las tecnologías de aguas residuales son ejemplos conocidos de la “antigua” biotecnología ambiental. El uso de microorganismos en procesos ambientales se encuentra desde el siglo XIX, aunque esas aplicaciones pueden ser consideradas mas como destreza que como ciencia.

     Muchas otras aplicaciones benéficas de la biotecnología se encuentran en desarrollo activo. La producción de plásticos biodegradables en plantas transgénicas podría conducir a una reducción sustancial en el uso de plásticos basados en el petróleo; se están obteniendo buenos resultados con el uso de plantas transgénicas para la producción de proteínas terapéuticas y de fármacos e inclusive se están desarrollando vacunas comestibles; y plantas modificadas genéticamente han demostrado ser útiles en fitorremediación para la descontaminación de suelos que contienen metales pesados y otras sustancias tóxicas.

 

3. Técnicas, clasificación y aplicaciones usadas en biotecnología.

 

    Las técnicas biotecnológicas utilizadas son comunes en los diferentes campos de aplicación de la biotecnología, estas se pueden agrupar en dos grandes grupos de técnicas: Cultivo de tejidos y Tecnología del ADN. La primera trabaja a un nivel superior a la célula (con sus componentes: membranas, cloroplastos, mitocondria, etc.) e incluye células, tejidos y órganos que se desarrollan en condiciones controladas. La segunda, involucra la manipulación de genes que determinan las características celulares (de plantas, animales y microorganismos), lo que significa el trabajar a nivel del ADN: Aislamiento de genes, su recombinación y expresión en nuevas formas y su transferencia a células apropiadas.

 

     De acuerdo al campo de aplicación la biotecnología puede ser distribuida o clasificada en cuatro amplias áreas que interactúan, a saber:

 

Ø       Biotecnología en salud humana y animal

     Las biotecnologías proporcionan un amplio rango de usos potenciales en animales y humanos. Utilizando las técnicas de PLFRs (Polimorfismo en longitud de fragmentos de restricción) se pueden obtener ADN 'fingerprints' (identidad molecular). Cualquier organismo puede ser identificado por composición molecular, en consecuencia este 'fingerprint' puede ser usado para determinar las relaciones familiares en litigios de paternidad, para confrontar donantes de órganos con receptores en programas de transplante, unir sospechosos con la evidencia de ADN en la escena del crimen (biotecnología forense), o servir como indicativo de pedigrí para mejoramiento en semillas y ganado. Al utilizar las técnicas de secuenciación de ADN y de PCR (reacción de polimerasa en cadena) los científicos pueden diagnosticar infecciones víricas, bacterianas o fúngicas, distinguir entre individuos cercanamente emparentados, o mapear la localización específica de los genes a lo largo de la molécula de ADN en las células. La tuberculosis, el SIDA, los papilomavirus y muchas otras enfermedades infecciosas, adicionalmente a los desordenes heredados como la fibrosis quística o la anemia falciforme son diagnosticadas en pocas horas. Para las enfermedades animales, la biotecnología provee de numerosas oportunidades para combatirlas y están siendo desarrolladas vacunas contra muchas enfermedades bovinas y porcinas. Las nuevas vacunas recombinantes tienen mayor protección, son más estables y más fáciles de producir. La ingeniería genética ha hecho posible producir hormonas de crecimiento para bovinos, porcinos y aves. La modificación de los organismos iniciales proporciona oportunidades para el mejoramiento de las propiedades organolépticas y el tiempo de permanencia en estante de productos cárnicos y lácticos, así como mejores tasas de fermentación que facilitan la mecanización de los procesos.

 

Ø       Biotecnología industrial

     Las tecnologías de ADN ofrecen muchas posibilidades en el uso industrial de los microorganismos con aplicaciones que van desde producción (a través de procesos industriales y agro procesos) de vacunas recombinantes y medicinas tales como insulina, hormonas de crecimiento, enzimas y producción de proteínas especiales. Las vacunas recombinantes tiene gran aplicación no solo pueden ser producidas en forma a menor costo sino que ofrecen ventajas de seguridad y especificidad y permiten fácilmente distinguir entre animales vacunados y naturalmente infectados. La manipulación genética de vías metabólicas de los microorganismos hace posible convertir eficientemente forrajes pobres en productos de gran valor como aminoácidos, proteínas y químicos especiales.

 

Ø       Biotecnología vegetal

     La biotecnología vegetal es una extensión de la tradición de modificar las plantas, con una diferencia muy importante: la biotecnología vegetal permite la transferencia de una mayor variedad de información genética de una manera más precisa y controlada. Al contrario de la manera tradicional de modificar las plantas que incluía el cruce incontrolado de cientos o miles de genes, la biotecnología vegetal permite la transferencia selectiva de un gen o unos pocos genes deseables. Con su mayor precisión, esta técnica permite que los mejoradores puedan desarrollar variedades con caracteres específicos deseables y sin incorporar aquellos que no lo son. Muchos de estos caracteres desarrollados en las nuevas variedades defienden a las plantas de insectos, enfermedades y malas hierbas que pueden devastar el cultivo. Otros incorporan mejoras de calidad, tales como frutas y legumbres más sabrosas; ventajas para su procesado (por ejemplo tomates con un contenido mayor de sólidos); y aumento del valor nutritivo (semillas oleaginosas que producen aceites con un contenido menor de grasas saturadas). Estas mejoras en los cultivos pueden contribuir a producir una abundante y saludable oferta de alimentos y proteger nuestro medio ambiente para las futuras generaciones. En la base de las nuevas biotecnologías desarrolladas están las técnicas de aislamiento de células, tejidos y órganos de plantas y el crecimiento de estos bajo condiciones controladas (in vitro). Existe un rango considerable de técnicas disponibles que varían ampliamente en sofisticación y en el tiempo necesario para producir resultados útiles. El desarrollo más crucial para la biotecnología fue el descubrimiento de que una secuencia de ADN (gen) insertado en una bacteria induce la producción de la proteína adecuada. Esto amplió las posibilidades de la recombinación y la transferencia de genes, con implicaciones a largo plazo para la agricultura a través de la manipulación genética de microorganismos, plantas y animales.

 

Ø       Biotecnología agroalimentaria

     En el campo de la agricultura las aplicaciones de la biotecnología son innumerables. Algunas de las más importantes son:

·         Resistencia a herbicidas: La resistencia a herbicidas se basa en la transferencia de genes de resistencia a partir de bacterias y algunas especies vegetales, como la petunia. Así se ha conseguido que, plantas como la soja, sean resistentes al glifosato, a glufosinato en la colza y bromoxinil en algodón. Así con las variedades de soja, maíz, algodón o canola que las incorporan, el control de malas hierbas se simplifica para el agricultor y mejoran la compatibilidad medioambiental de su actividad, sustituyendo materias activas residuales. Otro aspecto muy importante de estas variedades es que suponen un incentivo para que los agricultores adopten técnicas de agricultura de conservación, donde se sustituyen parcial o totalmente las labores de preparación del suelo. Esta sustitución permite dejar sobre el suelo los rastrojos del cultivo anterior, evitando la erosión, conservando mejor la humedad del suelo y disminuyendo las emisiones de CO2 a la atmósfera. A largo plazo se consigue mejorar la estructura del suelo y aumentar la fertilidad del mismo. El ejemplo más destacado se ha observado en EEUU y Argentina, donde las autorizaciones de variedades de soja, tolerantes a un herbicida no selectivo y de baja peligrosidad, han tenido una rápida aceptación (14 millones de has en 1999) que ha ido acompañada de un rápido crecimiento de la siembra directa y no laboreo en este cultivo.

·         Resistencia a plagas y enfermedades: gracias a la biotecnología ha sido posible obtener cultivos que se autoprotegen sobre la base de la síntesis de proteínas u otras sustancias que tienen carácter insecticida. Este tipo de protección aporta una serie de ventajas muy importantes para el agricultor, consumidores y medio ambiente:

Þ       Reducción del consumo de insecticidas para el control de plagas.

Þ       Protección duradera y efectiva en las fases críticas del cultivo.

Þ       Ahorro de energía en los procesos de fabricación de insecticidas, así como disminución del empleo de envases difícilmente degradables. En consecuencia, hay estimaciones de que en EEUU gracias a esta tecnología hay un ahorro anual de 1 millón de litros de insecticidas (National Center for Food and Agricultural Policy), que además requerirían un importante consumo de recursos naturales para su fabricación, distribución y aplicación

Þ       Se aumentan las poblaciones de insectos beneficiosos.

Þ       Se respetan las poblaciones de fauna terrestre.

    Este tipo de resistencia se basa en la transferencia a plantas de genes codificadores de las proteínas Bt de la bacteria Bacillus thuringiensis, presente en casi todos los suelos del mundo, que confieren resistencia a insectos, en particular contra lepidópteros, coleópteros y dípteros. Hay que señalar que las proteínas Bt no son tóxicas para los otros organismos. La actividad insecticida de esta bacteria se conoce desde hace más de treinta años. La Bt es una exotoxina que produce la destrucción del tracto digestivo de casi todos los insectos ensayados. Este gen formador de una toxina bacteriana con una intensa actividad contra insectos se ha incorporado a multitud de cultivos. Destacan variedades de algodón resistentes al gusano de la cápsula, variedades de patata resistentes al escarabajo y de maíz resistentes al taladro. Los genes Bt son sin duda los más importantes pero se han descubierto otros en otras especies, a veces con efectos muy limitados (en judías silvestres a un gorgojo) y otras con un espectro más amplio de acción como los encontrados en el caupí o en la judía contra el gorgojo común de la judía. Los casos más avanzados de plantas resistentes a enfermedades son los de resistencias a virus en tabaco, patata, tomate, pimiento, calabacín, soja, papaya, alfalfa y albaricoquero. Existen ensayos avanzados en campo para el control del virus del enrollado de la hoja de la patata, mosaicos de la soja, etc.

·         Mejora de las propiedades nutritivas y organolépticas: el conocimiento del metabolismo de las plantas permite mejorar e introducir algunas características diferentes. En tomate, por ejemplo, se ha logrado mejorar la textura y la consistencia impidiendo el proceso de maduración, al incorporar un gen que inhibe la formación de pectinasa, enzima que se activa en el curso del envejecimiento del fruto y que produce una degradación de la pared celular y la pérdida de la consistencia del fruto. En maíz se trabaja en aumentar el contenido en ácido oleico y en incrementar la producción de almidones específicos. En tabaco y soja, se ha conseguido aumentar el contenido en metionina, aminoácido esencial, mejorando así la calidad nutritiva de las especies. El gen transferido procede de una planta silvestre que es abundante en el Amazonas (Bertollatia excelsia) y que posee un alto contenido en éste y otros aminoácidos.

·         Resistencia a estrés abiótico: las bacterias Pseudomonas syringae y Erwinia herbicola, cuyos hábitats naturales son las plantas, son en gran parte, responsables de los daños de las heladas y el frío en muchos vegetales, al facilitar la producción de cristales de hielo con una proteína que actúa como núcleo de cristalización. La separación del gen implicado permite obtener colonias de estas bacterias que, una vez inoculadas en grandes cantidades en la planta, le confieren una mayor resistencia a las bajas temperaturas. En cualquier caso, la resistencia a condiciones adversas como frío, heladas, salinidad, etc., es muy difícil de conseguir vía biotecnológica, ya que la genética de la resistencia suele ser poligenética, interviniendo múltiples factores.

·         Otras aplicaciones:

Þ       En el campo de la horticultura se han obtenido variedades coloreadas imposibles de obtener por cruzamiento o hibridación, como el caso de la rosa de color azul a partir de un gen de petunia y que es el responsable de la síntesis de delfinidinas (pigmento responsable del color azul). En clavel también se ha conseguido insertar genes que colorean esta planta de color violeta.

Þ       También se ha conseguido mejorar la fijación de nitrógeno por parte de las bacterias fijadoras que viven en simbiosis con las leguminosas. Otra línea de trabajo es la transferencia a cereales de los genes de nitrificación de dichas bacterias, aunque es enormemente compleja al estar implicados muchísimos genes.

Þ       En colza y tabaco, se ha logrado obtener plantas androestériles gracias a la introducción de un gen quimérico compuesto por dos partes: una que sólo se expresa en el tejido de la antera que rodea los granos de polen y otra que codifica la síntesis de una enzima que destruye el ARN en las células de dicho tejido. Este procedimiento permitirá la obtención de híbridos comerciales con mayor facilidad.

Þ       En la industria auxiliar a la agricultura destaca la producción de plásticos biodegradables procedentes de plantas en las que se les ha introducido genes codificadores del poli-b-hidroxibutirato, una sal derivada del butírico. Cuando estos genes se expresan en plantas se sabe que de cada 100 grs. De planta se puede obtener 1 gr. de plástico biodegradable.

Þ       Producción de plantas transgénicas productoras de vacunas, como tétanos, malaria en plantas de banana, lechuga, mango, etc.

 

4. Bioseguridad

    

     La novedad de estos avances y las posibilidades que abren han hecho que las administraciones de todo el mundo articulen sus legislaciones bajo el criterio de precaución, que significa que cada una de estas mejoras debe ser evaluada “caso por caso”, y como si se tratara de un nuevo medicamento se autorice o rechace ante la más mínima duda sobre su seguridad. Así, las variedades actualmente autorizadas lo han hecho de acuerdo con las pautas recomendadas por comités de expertos como los de la FAO, Organización Mundial de la Salud y otras instituciones de reconocido prestigio.

     En el periodo de aprobación, se evalúan tanto las características que corresponden a la mejora introducida (gen, proteína a la que da lugar, etc.) como el cultivo mejorado en sí (comportamiento agronómico, impacto sobre especies no-objetivo, etc.) y tanto desde el punto de vista medioambiental, como en lo que respecta a su seguridad de uso para alimentación humana o para fabricación de piensos. Ninguna de estas evaluaciones es requerida para variedades que se hayan mejorado por otras técnicas, incluyendo aquellas en las que las técnicas son mucho más agresivas con el genoma de la planta e impredecibles en los resultados.

     Podemos estar por tanto seguros de que hay una legislación estricta que vela para que ninguna de estas aplicaciones llegue a la fase comercial con posibles daños medioambientales o sanitarios que no compensen su utilidad, y la prueba fehaciente de que esto es así, es que tras cuatro años de comercialización, y cuando se suman millones de has sembradas con estas variedades, no ha habido ni un sólo incidente sanitario.

 

5. Derechos de propiedad intelectual (DPI)

 

     Derechos de propiedad intelectual es el campo de la ley que se refiere a las patentes, derechos de propiedad literaria, secretos comerciales e industriales y protección de variedades vegetales. La mayor parte de los procesos y muchos de los productos de la investigación biotecnológica son patentables. Como gran parte de la investigación biotecnológica se ha realizado en países industrializados, muy a menudo por compañías privadas, los países en desarrollo pueden tener que pagar por utilizar un nuevo procedimiento o producto. Los DPI son fundamentales para el crecimiento de la industria de la biotecnología, y la falta de protección mediante patente en un país puede limitar el acceso a los resultados de la biotecnología obtenidos en otra parte. Los problemas son complejos, con repercusiones para el comercio, la inversión técnica y el acceso a los resultados de la biotecnología. Los países necesitan evaluar cuidadosamente su posición y, si procede, introducir legislación. En particular, habrán de evaluar la forma más apropiada de protección que se ha de otorgar a las obtenciones vegetales.

 

6. Aspectos éticos

 

     La biotecnología no es sólo una cuestión científica, hay quien considera que la biotecnología "interfiere con el trabajo de la naturaleza y la creación". A la hora de establecer prioridades deben equilibrarse con claridad todas las preocupaciones, respetando los aspectos éticos, pero poniendo de manifiesto las posibilidades del aumento del suministro de alimentos y el alivio del hambre. Muchas de las cuestiones de orden ético se están discutiendo actualmente en el ámbito de la legislación sobre los DPI, pero otras siguen sin solución. Visto que tales cuestiones están relacionadas en gran parte con los antecedentes culturales y el nivel de percepción y de sensibilización del público, las decisiones sobre la utilización de tecnologías concretas deben respetar la realidad socioeconómica.

 

7. Biodiversidad

 

     La biotecnología puede contribuir a la conservación, caracterización y utilización de la biodiversidad, aumentando así su utilidad. Algunas técnicas, como el cultivo in vitro, son muy útiles para el mantenimiento de las colecciones de germoplasma ex vitro de especies vegetales de propagación asexual (banano, cebolla, ajo) y especies difíciles de mantener en forma de semillas o en bancos de germoplasma de campo. También son importantes las técnicas correspondientes para la conservación de la biodiversidad animal, por medio de la crioconservación de semen y embriones, junto con el trasplante de embriones y la inseminación artificial. Al mismo tiempo, la biotecnología puede reducir la diversidad genética de manera indirecta, desplazando variedades locales y su diversidad inherente al adoptar los agricultores variedades uniformes desde el punto de vista genético de plantas y otros organismos. También aumenta la posibilidad de conservar y utilizar de manera sostenible la diversidad. En el caso de las razas de animales en peligro, por ejemplo, la crioconservación y la clonación somática pueden fortalecer las estrategias de conservación tradicionales.

 

8. Comercialización

 

     La biotecnología está cada vez más orientada al mercado y la demanda, y la mayor parte de sus productos proceden de inversiones en investigación del sector privado en los países desarrollados. Tiene escasa utilidad perfeccionar una nueva tecnología si no hay mercado para el producto. Esto es válido también para las nuevas variedades de plantas y las nuevas razas de animales, las nuevas vacunas y los estuches de diagnóstico. Los estudios de mercado son fundamentales para definir las actividades que deben llevarse a cabo. Debido a que los aspectos comerciales no tienen por qué reflejar necesariamente las preocupaciones y las necesidades sociales, la investigación del sector público sigue teniendo una función básica.

 

9. Métodos

 

     A continuación se incluye un ejemplo de biotecnología con la clonación de una coliflor. Ejercicio adecuado a estudiantes de secundaria.

 

Micropropagación (clonación) de coliflor:

 

Ø       Introducción

     Una de las plantas usadas para experimentos de micropropagación para estudiantes de secundaria es la coliflor. Este material es ideal para cultivo de tejidos vegetales porque se encuentra fácilmente disponible, es lo suficientemente resistente para soportar su manipulación por parte de estudiantes y crece rápidamente. El crecimiento puede observarse después de 10 días y en 12 semanas se obtienen plantitas listas para ser transplantadas.

Ø       Materiales

Para cada estudiante o grupo de estudiantes:

-          El corazón de la coliflor

-          Agua destilada estéril (100 cm3)

-          Etanol al 70% (50 cm3)

-          Hipoclorito de sodio al 2.5% (a partir de blanqueador doméstico comercial dependiendo de su concentración) con unas gotas de detergente líquido (100 cm3)

-          3 Tubos de ensayo o recipientes de vidrio con 2 a 5 cm3 de medio de crecimiento vegetal descrito posteriormente.

-          Una caja de petri estéril.

-          Bisturí y pinzas mecánicas estériles.

-          Algodón no absorbente (en rama) y papel de aluminio.

Medio para cultivo de tejidos vegetales (para preparar un litro):

-          Azúcar granulada (sacarosa) 20 gr.

-          Agar de 4 a 8 g de acuerdo con la capacidad de gelificación.

-          Medio comercial Murashige y Skoog (M & S) 4.7 gr.

-          Solución Stock de kinetina 25 cm3.

     La solución stock de kinetina debe contener 0.1 g de kinetina en 1 L de agua destilada. Como la kinetina no se disuelve fácilmente en agua debe disolverse en una solución de hidróxido de sodio. La solución debe mantenerse en la nevera a 5 C.

     Para preparar el medio de cultivo disuelva el azúcar, el medio M & S y el agar en 725 cm3 de agua destilada, agregue la solución de kinetina y distribuya el medio en los tubos de ensayo. Se requerirán entre 2 y 5 ml. por tubo. Tapone los tubos con algodón no absorbente y cúbralos con papel de aluminio.

     Coloque los tubos cerrados en un autoclave a 121 C por 15 min. Cuando estén fríos los tubos pueden refrigerarse hasta que sean requeridos. El medio M&S y la kinetina se encuentran disponibles en representantes y distribuidores científicos.

Ø       Detalles prácticos:

-          Limpie el área de trabajo con etanol al 70% (mantenga el etanol alejado del fuego)

-          Trabajando sobre una de las cubiertas de la caja petri estéril corte pequeños trozos del corazón de la coliflor.

-          Coloque los trozos de coliflor dentro de la solución de blanqueador por 5 a 10 min. para la limpieza superficial del tejido.

-          Desde este punto en adelante es muy importante realizar las operaciones en forma rápida y aséptica con el fin de prevenir la contaminación.

-          Enjuague los explantes en tres beakers sucesivos con agua destilada estéril, utilice pinzas flameadas y enfriadas para hacerlo (la forma correcta de hacerlo es sumergir la parte inferior de ellos y pasarlos por la llama del mechero para encender el etanol). Con la combustión del etanol se caliente la superficie de los instrumentos causando la muerte de los organismos contaminantes. No caliente las pinzas ni bisturíes al rojo vivo y recuerde que siempre debe mantener el etanol lejos de las llamas.

-          Los explantes pueden dejarse en el beaker final de agua estéril cubiertos con una tapa estéril hasta que se necesiten.

-          Tome uno de los tubos de ensayo con el medio de crecimiento, retire el tapón de algodón y flamee ligeramente el cuello del tubo. Utilice pinzas flameadas frías y rápidamente colóquelo dentro del tubo. Vuelva a colocar las pinzas en el recipiente con etanol. Flamee nuevamente el cuello del recipiente y tápelo.

-          Repita el paso 6 con los otros tubos.

-          Los tubos deben mantenerse en un lugar iluminado y a temperatura media.

-          El crecimiento debe evidenciarse en 10 días. Si hay contaminación, esta será evidente en poco tiempo. Ausencia de crecimiento de ningún tipo generalmente indica que el blanqueador no se enjuagó en forma adecuada.

Ø       Seguridad

     Deben utilizarse guantes plásticos de seguridad al manipular la kinetina. Los estudiantes deben usar anteojos de seguridad al utilizar la solución blanqueadora. El etanol que se utiliza para limpieza de la superficie y el material debe mantenerse siempre alejado de la llama.

 

10. Glosario

 

Ácido desoxirribonucleico (ADN): Es el material genético de la mayoría de los organismos y generalmente se presenta como una molécula en cadena doble.

Ácido ribonucleico (ARN): Ácido nucleico, complementario al ADN, compuesto por nucleótidos de ribosa. Es fundamental en la síntesis celular de proteínas.

ADN fingerprint (huella molecular): El patrón único de fragmentos de ADN identificados por hibridización southern (utilizando una sonda que se une a una región polimórfica de ADN) o por reacción en cadena de la polimerasa.

ADN Polimerasa: Una enzima que sintetiza una molécula de doble cadena de ADN utilizando un primer y ADN como templete.

Anticuerpos monoclonales (AMCs): Anticuerpos idénticos que reconocen un antígeno sencillo, específico y que son producidos por clones de células especializadas.

Bacillus thuringiensis (Bt): Bacteria con la capacidad de matar insectos, componente importante en la industria de insecticidas microbianos.

Bioseguridad: Las políticas y procedimientos adoptados para garantizar la segura aplicación de la biotecnología en salud y ambiente (se aplica principalmente al uso seguro de organismos transgénicos).

Biotecnología: Cualquier técnica que utilice organismos vivos o sustancias de estos organismos para hacer o modificar un producto, mejorar plantas o animales, o desarrollar microorganismos, para usos específicos.

Clon: Una replica genética exacta de un gen específico o de un organismo completo.

Cultivo de Tejidos: Procedimientos utilizados para mantener y crecer células y tejidos vegetales o animales y órganos vegetales (tallos, raíces, embriones) en cultivo aséptico (in vitro).

Ex vitro: Crecimiento y desarrollo fuera del ambiente de cultivo de tejidos.

Fermentación: Un proceso aeróbico o anaeróbico donde la fuente de carbono es también el aceptor de electrones. La fermentación se utiliza en varios procesos industriales para la manufactura de productos tales como alcoholes, ácidos etc.

Gen: Un locus en un cromosoma que codifica una proteína específica o varias proteínas relacionadas. Se considera la unidad fundamental y funcional de la herencia, la porción de ADN que está organizada en una secuencia ordenada de pares de bases nucleótidos y que produce un producto específico o tiene una función asignada.

Germoplasma: La variabilidad genética total, representada en células o semillas, disponible para una población determinada de organismos.

In vitro: Crecimiento y desarrollo en el ambiente estéril de cultivo tejidos.

Ingeniería Genética: La manipulación de la composición genética mediante la introducción o eliminación de genes específicos a través de técnicas modernas de biología molecular y ADN recombinante.

Insulina: Una hormona proteínica pancreática esencial especialmente para el metabolismo de carbohidratos que regula el nivel de azúcar en la sangre.

Micropropagación: Término usado para la propagación in vitro de plantas.

Polimorfismos en longitud de fragmentos de restricción (PLFR): Fragmentos de ADN de diferentes longitudes, obtenidos con enzimas de restricción, que permiten distinguir a individuos. Este polimorfismo resulta de las variaciones en las secuencias de ADN y puede ser detectado por análisis con Southern y sondas marcadas. Se utilizan como marcadores en mejoramiento. Representan diferencias en secuencias de nucleótidos entre alelos en un locus cromosómico.

Propiedad intelectual: El campo de la ley que incluye patentes, derechos literarios, marcas comerciales, secretos comerciales e industriales y protección de variedades vegetales.

Reacción en cadena de la polimerasa (RCP): Un procedimiento de laboratorio que amplifica ADN enzimáticamente. Técnica poderosa para producir millones de copias de una región específica de ADN, que permite el analizarla tan rápido como se puede purificar una sustancia química. PCR ha sido el instrumento esencial en el desarrollo de técnicas de diagnóstico, medicina forense y la detección de genes asociados con errores innatos del metabolismo.

Tecnología de ADN recombinante: El proceso de cortar y recombinar fragmentos de ADN de diferentes fuentes como medio para el aislamiento de genes o para alterar su estructura y función.

Transformación: Introducción e incorporación de ADN de organismo a otro mediante la toma de ADN foráneo.

Transgénico (organismo): Un organismo (animal, vegetal o microorganismo) en el cual un gen foráneo (transgen), o una secuencia de ADN foránea ha sido incorporada a su genoma durante su desarrollo inicial. En los organismos transgénicos, en el laboratorio usando técnicas de ADN recombinantes, el ADN hereditario se incrementa por la adición de ADN de una fuente diferente al germoplasma parental. El transgen se encuentra tanto en células somáticas como germinales, se expresa en uno o más tejidos y es heredado en forma Mendeliana.

Vacuna: Sustancia que es capaz de inducir la producción de anticuerpos (o inmunidad) contra un organismo infectivo específico y que es introducido artificialmente en el cuerpo. Puede ser una preparación de patógenos muertos o debilitados, o de determinantes antigénicos derivados.

 

11. Bibliografía y enlaces

 

Ø       BIOPLANET.2000. Conceptos básicos en Biotecnología. http://www.bioplanet.net

Ø       MONSANTO ESPAÑA, S.A. 2000. Biotecnología.

http://www.monsanto.es

Ø       NOVARTIS INTERNATIONAL AG. 1998. La biotecnología. http://www.novartis.com

Ø       Sitios en Internet de protocolos e información en biotecnología:

http://www.nal.usda.gov/bic/Education_res/

http://www.biotech.iastate.edu/publications/ed_resources/Web_sites.html

http://www.biotech.iastate.edu/Educational_resources.html

http://www.bio.com/resedu/educate.html

http://www.nal.usda.gov/bic/Education_res/protocols/

http://chroma.mbt.washington.edu/outreach/outreach.html

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http://www.biotech.iastate.edu/publications/ed_resources/Web_sites.html

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