1.1 biotecnologia b. herramienta para un mundo sustentable

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AD TECNOLOGICA DE ALT

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QU IM ICA INDUST RIAL

Universidad Tecnológica de AltamiraQuímica Industrial - Microbiología

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La Sustentabilidad debe ser el nuevo punto de origen de los planes de desarrollo y sus políticas. Representa la única forma de garantizar, a nosotros mismos y a las futuras generaciones, un ambiente sano, en el que se respete la diversidad biológica, cultural y humana.

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BiotecnologíaCon este nombre entendemos la aplicación de los procesos propios de los seres vivos al sistema productivo, considerado éste en su sentido más amplio (producción industrial, salud, medio ambiente, etc.)

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BIOTECNOLOGÍABIOTECNOLOGÍAOCDE: “Aplicación de la ciencia y la tecnología a los organismosvivos, así como a partes, productos y modelos de los mismos, paraalterar materiales vivos o no, con el fin de producir conocimientos,bienes o servicios.”

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Justificación tecnológica

¿Por qué tratar de copiar los procesos propios de los seres vivos para su aplicación industrial?

Esencialmente por su alta eficiencia y porque además...

En ocasiones resulta ser el único método posible para la producción del satisfactor que se desea.

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EficienciaMáquinas:En general se asume que la eficiencia en la conversión de energía de un motor eléctrico en movimiento es menor 70%. El resto se pierde por fricción y generación de calor.

Seres vivos:Un proceso electro-bioquímico que genera movimiento en un músculo, puede llegar a una eficiencia mayor al 90%.

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Eficiencia (cont.)

El proceso Haber

El químico alemán Fritz Haber ideó un proceso mediante el cual se produce NH3 (base de muchos fertilizantes), haciendo reaccionar nitrógeno con hidrógeno a elevadas presiones y temperaturas (y por tanto, gran consumo de energía). 3N2 + H2 2 NH3

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• Las bacterias fijadoras de nitrógeno resuelven este mismo problema a la presión atmosférica y a la temperatura ambiente. Si conseguimos utilizar estas enzimas de la fijación de nitrógeno con biotecnología,

podremos tener un considerable ahorro energético.

Eficiencia (cont.)

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TIPOS DE BIOTECNOLOGÍA

• Biotecnología microbiana

• Biotecnología agrícola

• Biotecnología animal

• Biotecnología forense

• Biorremediación

• Biotecnología acuática

• Biotecnología medica

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Se puede clasificar la biotecnología en grandes 5 áreas

Farmacéutica

Alimentaría

Genética animal

Industrial

Ambiental

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1. Biotecnología Farmacéutica Líneas de Investigación:

Investigación de procesos para la obtención de hormonas, enzimas, etc. (como la insulina y la hormona del crecimiento), para su producción sintética.

Clonación de células madre. La investigación tiene por objeto conocer los mecanismos de regeneración celular.

Esclarecimiento y manipulacióndel mecanismo genético que dispara la formación de órganos y extremidadesen el embrión. La investigación tiene por objeto el disminuir la probabilidad de malformaciones en el embrión.

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2. Biotecnología Alimentaría

Tiene por objeto desarrollar mejores alimentos con una mayor productividad.

Se cuenta con varias vertientes de ésta parte de la biotecnología dos de las más importantes son:

- Cultivos mejorados genéticamente. Desarrollo de cultivos resistentes a plagas, con mejor rendimiento, menor necesidad de agua, etc. Trigo, sorgo, maíz y soja son algunos de los cultivos en los que más se trabaja.- Desarrollo de la industria alimentaria basada en procesos microbiológicos. Mejora en la calidad y rendimientos de alimentos procesados: Elaboración de Cerveza, vinos, productos lácticos fermentados y pan, están entre los principales.

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3. Biotecnología Animal (Genética)

Su aplicación es dirigida a sistemas para diagnósticos. También se aplica en desarrollo de nuevos procesos para el desarrollo (laboratorio) y la producción (a nivel industrial) de vacunas, fertilización de embriones in vitro, uso de hormonas de crecimiento, etc.

Principales aplicaciones• Tecnologías reproductivas• Producción de vacunas y• Producción de nuevas bacterias(apoyándose en la ingeniería genética) y cultivos celulares que producen hormonas (biorreactores)

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4. Biotecnología Industrial

La aplicación de la biotecnología no se limita al ámbito alimentario o farmacéutico. Existen diversos procesos en pleno desarrollo que requieren de éste tipo de biotecnología

• Generación de energía. Se trabaja desde hace tiempo con reactores digestores que producen calor y gas metano.

• Protección de construcciones y materiales de revestimiento. La degradación de los materiales de construcción se realiza actualmente con microbiocidas.•Materiales de empaque.

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4. Biotecnología Industrial (continuación)

Algunos de los problemas a resolver en cuanto a la incrustación:

Grave problema de incrustación generado por la presencia del molusco zebra (Norte EEUU).

Actualmente solo se le combate por medios mecánicos o con

sóluciones de sales inorgánicas que alteran severamente el pH

del agua.

http://en.wikipedia.org/wiki/Zebra_mussel

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Algunos problemas a resolver en cuanto a la corrosiónAlgunos problemas a resolver en cuanto a la corrosión

Izquierda: bacteria Acidithiobacillus thiooxidans, causa corrosión

debido a que por su metabolismo genera ácido sulfurico en presencia de azufre (recuadro los resultados

del ataque al metal)

http://www.dnv.com/binaries/Bacterial%20corrosion%20brochure_tcm4-10613.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Acidithiobacillus

Por otra parte resulta útil en el proceso de lixiviación del cobre...

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Uso de la bacteria Acidithiobacillus thiooxidans para hidro-desulfuración

La solución a tratar pasa a través de un reactor biológico donde la bacteria Acidithiobacillus ferroxidans cataliza la reacción que transforma el Fe(II) en Fe(III):

2FeSO4 (aq) + H2SO4 (aq) + ½ O2 (g) --> Fe2(SO4)3 (aq) + H2O

Lo que implica la eliminación del ácido sulfhídrico y su transformación en azufre sólido que precipita.

http://www2.uca.es/revista/uca-investiga/noviembre02/reactoresbe.htm

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Funcionamiento del reactor

• El proceso básico consiste en poner en contacto una disolución de sulfato férrico con un gas que contiene H2S en una torre de absorción. La disolución absorbe el sulfhídrico y lo oxida a azufre elemental que precipita:

• H2S (g) + Fe(SO4) 3 (aq) S (s) + H2SO4 (aq)

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El azufre elemental se retira del medio mediante una operación de separación y, la disolución resultante, se pasa a través de un reactor biológico donde la bacteria Acidithiobacillus ferroxidans cataliza la reacción que transforma en Fe(II) en Fe(III):2FeSO4 (aq) + H2SO4 (aq) + ½ O2 (g) Fe(SO4)3 (aq) + H2OCon lo que el proceso global puede esquematizarse como:H2S (g) + ½ O2 (g) H2O (l) + S (s)Lo que implica la eliminación del ácido sulfhídrico y su transformación en azufre sólido que precipita

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El biogás es el producto que resulta de la descomposición anaerobia de la materia orgánica, posee un elevado poder calorífico y puede usarse como combustible en motores de cogeneración.

El sistema de cogeneración permite

aprovechar el calor de la combustión

para producir electricidad..

El rendimiento del proceso es del 80

al 90%, lo que supone casi el triple del

obtenido por medios convencionales.

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5. Biotecnología Ambiental

La biotecnología ambiental se refiere a la aplicación de los procesos biológicos modernos para la protección y restauración de la calidad del ambiente.

La biorremediación (uso de sistemas biológicos para la reducción de la polución del aire o de los sistemas acuáticos y terrestres) está ganando terreno y en el futuro cercano habrá gran demanda en especialistas en éste campo.

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5. Biotecnología Ambiental (continuación)

Ejemplo de biorremediación: En el derrame del barco petrolero Exxon Valdez en Alaska (1989) se utilizó biorremediación a gran escala de manera exitosa.

Se estimuló la población bacteriana suplementándole nitrógeno y fósforo que eran los limitantes del medio.

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Conclusiones

En materia de biotecnología hay mucho desarrollo disponible, sin embargo aún hay grandes retos. Desafortunadamente la investigación, desarrollo y aplicación de la biotecnología en nuestro país es mínima. Hemos jugado el rol solo de espectadores y no de participes en repetidas ocasiones.

Las puertas están abiertas para los profesionistas de diferentes disciplinas, que podrán resolver las necesidades que se plantean en la actualidad y afrontar los retos futuros.

¿Ya decidió usted que rol va a jugar en el la situación que enfrentamos?

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¿Preguntas?

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