el aporte de la tecnología a la biología
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El aporte de la tecnología a la biologíaA lo largo de la historia, el desarrollo de la tecnología ha impactado notablemente en el quehacer científico. En el campo de la biología, específicamente, el desarrollo disciplinar (conceptual y procedimental) ha ido siempre de la mano del desarrollo tecnológico.
En el siglo XVIII, el surgimiento de los microscopios permitió observar cosas y seres totalmente desconocidos e inexplicables en esa época. Al aumentar la capacidad de la visión humana hasta lo inimaginable, surgieron nuevas ideas, como la de que todos los seres vivos están compuestos por células.En 1895 se descubrió una forma de radiación electromagnética capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar películas fotográficas: los rayos X. Con el desarrollo de esta técnica comenzó un período de avances sin precedentes en la historia de la biología, disciplina cuyo avance estaba limitado por las tecnologías existentes en ese momento.En 1953, gracias a la difracción de rayos X, se logró uno de los conocimientos científicos más significativos: la estructura de doble hélice del ADN. Este modelo científico marcó un hito en la biología molecular, y tiene profundas consecuencias conceptuales, experimentales y tecnológicas. Nació así una nueva tecnología: la del ADN recombinante, mediante la cual se puede cortar, duplicar, identificar, secuenciar o manipular secuencias de genes. Esta tecnología ha permitido, por ejemplo, crear organismos genéticamente modificados.Finalmente, gracias a los avances tecnológicos, se gestó y llevó a cabo el proyecto más controvertido y ambicioso de la biología actual: el Proyecto Genoma Humano, mediante el cual se ha logrado leer el mapa genético humano. La magnitud de este proyecto promete revolucionar el futuro de una manera tan profunda que algunos han propuesto nombrar este siglo como el "siglo de la biología". Si bien los nuevos conocimientos reportan beneficios directos en numerosas y diversas áreas como las de medicina, ecología o agricultura, sus consecuencias éticas, sociales, legales impactan a toda la sociedad.Algunos de estos debates ya han llegado a las aulas: temas como la clonación, la amniocentesis, o los organismos genéticamente modificados son de actualidad y nuestros alumnos deben ser parte activa de la construcción de nuevas maneras de relacionarnos con la ciencia.Para profundizar sobre este tema:Núcleo teórico : Influencia de las TIC en el Espacio de Biología de [email protected]
Biotecnología
Estructura del ARN de transferencia.
La biotecnología tiene sus fundamentos en la tecnología que estudia y aprovecha los mecanismos e interacciones biológicas de los seres vivos, en especial los unicelulares, mediante un amplio campo multidisciplinario. La biología y la microbiologia son las ciencias básicas de la biotecnología, ya que aportan las herramientas fundamentales para la comprensión de la mecánica microbiana en primera instancia. La biotecnología se usa ampliamente en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medio ambiente y medicina. La biotecnología se desarrolló desde un enfoque multidisciplinario involucrando varias disciplinas y ciencias como biología, bioquímica,genética, virología, agronomía, ecología, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras. Tiene gran repercusión en lafarmacia, la medicina, la ciencia de los alimentos, el tratamiento de residuos sólidos, líquidos, gaseosos y la agricultura. LaOrganización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE) define la biotecnología como la "aplicación de principios de la ciencia y la ingeniería para tratamientos de materiales orgánicos e inorgánicos por sistemas biológicos para producir bienes y servicios".
Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Károly Ereki, en 1919, cuando lo introdujo en su libroBiotecnología en la producción cárnica y láctea de una gran explotación agropecuaria.1 2
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".3 4
El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica5 define la biotecnología moderna como la aplicación
La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales, como la
atención de la salud, con el desarrollo de nuevos enfoques para el tratamiento de
enfermedades; la agricultura con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados;
usos no alimentarios de los cultivos, por ejemplo plásticos biodegradables, aceites
vegetales y biocombustibles; y cuidado medioambiental a través de
la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza de
sitios contaminados por actividades industriales. A este uso específico de plantas
en la biotecnología se le llama biotecnología vegetal. Además se aplica en la
genética para modificar ciertos organismos.6
Las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y suelen clasificarse en:
Biotecnología roja: se aplica a la utilización de biotecnología en
procesos médicos. Algunos ejemplos son la obtención de organismos para
producir antibióticos, el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos
fármacos, los diagnósticos moleculares, las terapias regenerativas y el
desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de
la manipulación génica.
Biotecnología blanca: también conocida como biotecnología industrial, es
aquella aplicada a procesos industriales. Un ejemplo es la obtención de
microorganismos para generar un producto químico o el uso
de enzimas como catalizadores o Inhibidores enzimáticos industriales, ya sea
para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos
peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas7 ). También se aplica a los
usos de la biotecnología en la industria textil, en la creación de nuevos
materiales, como plásticos biodegradables y en la producción de
biocombustibles. Su principal objetivo es la creación de productos fácilmente
degradables, que consuman menos energía y generen menos desechos
durante su producción.8 La biotecnología blanca tiende a consumir menos
recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir bienes
industriales.9
Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un
ejemplo de ello es la obtención de plantas transgénicas capaces de crecer en
condiciones ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y
enfermedades. Se espera que la biotecnología verde produzca soluciones más
amigables con el medio ambiente que los métodos tradicionales de la
agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la ingeniería genética en plantas
para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la necesidad de la aplicación
externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt.10 La biotecnología se ha
convertido en una herramienta en diversas estrategias ecológicas para
mantener o aumentar sustancialmente recursos naturales como los bosques.
En este sentido los estudios realizados con hongos de carácter micorrízico
permiten implementar en campo plántulas de especies forestales con
micorriza, las cuales presentaran una mayor resistencia y adaptabilidad que
aquellas plántulas que no lo están.
Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término
utilizado para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes
marinos y acuáticos. Aún en una fase temprana de desarrollo, sus aplicaciones
son prometedoras para la acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y
productos alimentarios.11
Biorremediación y biodegradación[editar]
Artículos principales: Biorremediación y Biodegradación.
La biorremediación es el proceso por el cual se utilizan microorganismos para
limpiar un sitio contaminado. Los procesos biológicos desempeñan un papel
importante en la eliminación de contaminantes y la biotecnología aprovecha la
versatilidad catabólica de los microorganismos para degradar y convertir dichos
compuestos. En el ámbito de la microbiología ambiental, los estudios basados en
el genoma abren nuevos campos de investigación in silico ampliando el panorama
de las redes metabólicas y su regulación, así como pistas sobre las vías
moleculares de los procesos de degradación y las estrategias de adaptación a las
cambiantes condiciones ambientales. Los enfoques de genómica funcional y
metagenómica aumentan la comprensión de las distintas vías de regulación y de
las redes de flujo del carbono en ambientes no habituales y para compuestos
particulares, que sin duda aceleraran el desarrollo de tecnologías de
biorremediación y los procesos de biotransformación.12
Los entornos marítimos son especialmente vulnerables ya que los derrames de
petróleo en regiones costeras y en mar abierto son difíciles de contener y sus
daños difíciles de mitigar. Además de la contaminación a través de las actividades
humanas, millones de toneladas de petróleo entran en el medio ambiente marino a
través de filtraciones naturales. A pesar de su toxicidad, una considerable fracción
del petróleo que entra en los sistemas marinos se elimina por la actividad de
degradación de hidrocarburos llevada a cabo por comunidades microbianas, en
particular, por las llamadas bacterias hidrocarbonoclásticas (HCB).13 Además
varios microorganismos
como Pseudomonas,Flavobacterium, Arthrobacter y Azotobacter pueden ser
utilizados para degradar petróleo.14 El derrame del barco petrolero Exxon
Valdez en Alaska en 1989 fue el primer caso en el que se utilizó biorremediación a
gran escala de manera exitosa, estimulando la población bacteriana
suplementándole nitrógeno y fósforo que eran los limitantes del medio.15
El uso de procesos biológicos ha sido propuesto para la destoxificación de
residuos y remediación de sitios afectados debido a que han demostrado ser más
prácticos y económicamente factibles para el manejo y tratamiento de diferentes
tipos de residuos de las actividades de exploración y producción de petróleo. Los
métodos de tratamiento biológico dependen de la capacidad de los
microorganismos para degradar residuos aceitosos a productos inocuos (dióxido
de carbono, agua y biomasa) a través de reacciones bioquímicas. Sin embargo,
existen algunas limitantes que dificultan su aplicabilidad como son la disponibilidad
de nutrientes, el alto contenido de arcillas, aireación y la disponibilidad del
contaminante, sin mencionar la edad de la contaminación.Estudios realizados
recientemente en el Instituto Mexicano del Petróleo demostraron el potencial de
aplicación de las tecnologías de biorremediación en sitios contaminados con lodos
y recortes de perforación mediante la aplicación de la tecnología de composteo en
biopilas.16
El uso de nuevas tecnologías para las aplicaciones diarias como el bioplastico con
menor tiempo de degradación contribuye al mejoramiento del ambiente
disminuyendo la utilización del PET uno de los principales contaminantes.
Bioingeniería[editar]
Artículo principal: Bioingeniería
La ingeniería biológica o bioingeniería es una rama de ingeniería que se centra en
la biotecnología y en las ciencias biológicas. Incluye diferentes disciplinas, como
la ingeniería bioquímica, la ingeniería biomédica, la ingeniería de procesos
biológicos, la ingeniería de biosistemas, la ingeniería bioinformática, etc. Se trata
de un enfoque integrado de los fundamentos de las ciencias biológicas y los
principios tradicionales de la ingenierías clásicas como la química o la informática.
Los bioingenieros con frecuencia trabajan escalando procesos biológicos de
laboratorio a escalas de producción industrial. Por otra parte, a menudo atienden
problemas de gestión, económicos y jurídicos. Debido a que las patentes y los
sistemas de regulación (por ejemplo, la FDA en EE.UU.) son cuestiones de vital
importancia para las empresas de biotecnología, los bioingenieros a menudo
deben tener los conocimientos relacionados con estos temas.
Existe un creciente número de empresas de biotecnología y muchas universidades
de todo el mundo proporcionan programas en bioingeniería y biotecnología de
forma independiente. Entre ellas destacan las de la especialidad de Ingeniería
Bioinformática.
Este es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas biológicos
usando técnicas computacionales propias de la Ingeniería Informática. Esa
interdisciplinareidad hace que sea posible la rápida organización y análisis de los
datos biológicos. Este campo también puede ser denominado biología
computacional, y puede definirse como, "la conceptualización de la biología en
término de moléculas y, a continuación, la aplicación de técnicas informáticas para
comprender y organizar la información asociada a estas moléculas, a gran
escala."17 La bioinformática desempeña un papel clave en diversas áreas, tales
como la genómica funcional, la genómica estructural y la proteómica, y forma un
componente clave en el sector de la biotecnología y la farmacéutica.
Ventajas, riesgos y desventajas[editar]
Ventajas[editar]
Entre las principales ventajas de la biotecnología se tienen:
Rendimiento superior. Mediante los OGM el rendimiento de los cultivos
aumenta, dando más alimento por menos recursos, disminuyendo las
cosechas perdidas porenfermedad o plagas así como por factores
ambientales.18
Reducción de plaguicidas. Cada vez que un OGM es modificado para resistir
una determinada plaga se está contribuyendo a reducir el uso de los
plaguicidas asociados a la misma que suelen ser causantes de grandes daños
ambientales y a la salud.19
Mejora en la nutrición. Se puede llegar a introducir vitaminas20 y proteínas
adicionales en alimentos así como reducir los alergenos y toxinas naturales.
También se puede intentar cultivar en condiciones extremas lo que auxiliaría a
los países que tienen menos disposición de alimentos.
Mejora en el desarrollo de nuevos materiales.21
La aplicación de la biotecnología presenta riesgos que pueden clasificarse en dos
categorías diferentes: los efectos en la salud de los humanos y de los animales y
las consecuencias ambientales.4 Además, existen riesgos de un uso éticamente
cuestionable de la biotecnología moderna.22 (ver: Consecuencias imprevistas).
Riesgos para el medio ambiente[editar]
Entre los riesgos para el medio ambiente cabe señalar la posibilidad
de polinización cruzada, por medio de la cual el polen de los
cultivos genéticamente modificados (GM) se difunde a cultivos no GM en campos
cercanos, por lo que pueden dispersarse ciertas características como resistencia a
los herbicidas de plantas GM a aquellas que no son GM.23 Esto que podría dar
lugar, por ejemplo, al desarrollo de maleza más agresiva o de parientes silvestres
con mayor resistencia a las enfermedades o a los estreses abióticos, trastornando
el equilibrio del ecosistema.4
Otros riesgos ecológicos surgen del gran uso de cultivos modificados
genéticamente con genes que producen toxinas insecticidas, como el gen
del Bacillus thuringiensis. Esto puede hacer que se desarrolle una resistencia al
gen en poblaciones de insectos expuestas a cultivos GM. También puede haber
riesgo para especies que no son el objetivo, como aves y mariposas, por plantas
con genes insecticidas.23
También se puede perder biodiversidad, por ejemplo, como consecuencia del
desplazamiento de cultivos tradicionales por un pequeño número de cultivos
modificados genéticamente".4
En general los procesos de avance de la frontera agrícola en áreas tropicales y
subtropicales suelen generar impactos ambientales negativos, entre otros:
procesos de erosión de los suelos mayor que en áreas templadas y pérdida de la
biodiversidad.
Riesgos para la salud[editar]
Existen riesgos de transferir toxinas de una forma de vida a otra, de crear nuevas
toxinas o de transferir compuestos alergénicos de una especie a otra, lo que
podría dar lugar a reacciones alérgicas imprevistas.4
Existe el riesgo de que bacterias y virus modificados escapen de los laboratorios
de alta seguridad e infecten a la población humana o animal.24
Los agentes biológicos se clasifican, en función del riesgo de infección, en cuatro
grupos:25
Agente biológico del grupo 1: aquel que resulta poco probable que cause una
enfermedad en el hombre.
Agente biológico del grupo 2: aquel que puede causar una enfermedad en el
hombre y puede suponer un peligro para los trabajadores, siendo poco
probable que se propague a la colectividad y existiendo generalmente
profilaxis o tratamiento eficaz.
Agente biológico del grupo 3: aquel con muchas probabilidades de que se
propague a la colectividad y sin que exista generalmente una profilaxis o un
tratamiento eficaz.
Desventajas[editar]
Los procesos de modernización agrícola, además del aumento de la producción y
los rendimientos, tienen otras consecuencias.
Una de ellas es la disminución de la mano de obra empleada por efectos de la
mecanización; esto genera desempleo y éxodo rural en muchas áreas.
Por otro lado, para aprovechar las nuevas tecnologías se requieren dinero y
acceso a la tierra y al agua. Los agricultores pobres que no pueden acceder a
esos recursos quedan fuera de la modernización y en peores condiciones para
competir con las producciones modernas.
Legislación y regulación[editar]
Es indispensable contar con un marco jurídico y con las instancias adecuadas que
propicien una mayor participación del sector privado en la creación de empresas
biotecnológicas competitivas que garanticen el fomento al desarrollo de la
biotecnología; que promuevan la participación de los mexicanos en la protección
de la propiedad intelectual; que establezcan los esquemas que regulen el acceso y
aprovechamiento de recursos biológicos, y que señalen también las medidas de
bioseguridad que deban adoptarse para el manejo y la liberación de cierto tipo de
productos biotecnológicos. Una de las leyes modificadas, a raíz de la aplicación de
los resultados de la biotecnología fue la de la propiedad industrial, promovida para
asegurar la inversión realizada en investigación y desarrollo. Las modificaciones
hechas a la Ley de Propiedad Industrial de México, fueron diseñadas para ampliar
el ámbito de la protección. Sin embargo, no se establecieron los mecanismos para
impulsar al investigación en el país, por lo que los efectos de los cambios, solo se
han manifestado en un incremento de las solicitudes de protección para inventores
extranjeros (Arriaga, E. y Larqué, A., 2001).
Legislación nacional en biotecnología y bioseguridad[editar]
La regulación nacional relacionada con la bioseguridad se había centrado en
aspectos de prevención y control de posibles riesgos del uso y aplicación de
OGMs para la salud humana, la sanidad vegetal y animal y el medio ambiente,
aspectos en el ámbito de competencia de las Secretarías de Salud (SS),
Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación
(SAGARPA) con base en la Ley General de Salud; Ley Federal de Sanidad
Vegetal; Ley sobre Producción, Certificación y Comercio de Semillas y en la NOM-
FITO-056. Por lo que respecta al ambiente, la Secretaría del Medio Ambiente,
Recursos Naturales (SEMARNAT), se rige por la Ley General del Equilibrio
Ecológico y la Protección al Amiente y el reglamento en materia de impacto
ambiental. Otras dependencias gubernamentales, relacionadas con los OGMs son
la Secretaría de Hacienda y Crédito Público (SHCP), aplica la normatividad
relacionada con el control sobre movimientos transfronterizos de bienes, aduanas,
imposición tributaria, etc.; la Secretaría de Economía, responsable del comercio
exterior, políticas comerciales, tratados internacionales; el IMPI, a cargo de los
aspectos relativos a la propiedad industrial (patentes, marcas, etc. ) y la Secretaría
de Educación Pública (SEP) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología
(CONACYT) indirectamente relacionadas estos dos últimos indirectamente con la
bioseguridad al aplicar normas jurídicas vinculadas con la elaboración de políticas
educativas y de investigación. En el terreno específico de la bioseguridad de las
actividades de la biotecnología moderna, la regulación vigente en el país requiere
una revisión e integración sistematizada y armónica que le permita ser congruente
con criterios internacionales, que cuente con los elementos operativos adecuados
para darle eficacia a la evaluación y al monitoreo de los riesgos biotecnológicos, y
que garanticen la seguridad jurídica de quienes realizan actividades de
investigación, producción, comercialización y, en general, manejo de los
organismos genéticamente modificados y de productos obtenidos de los mismos.
El 30 de abril del 2002, el Senado de la República ratificó el Protocolo de
Cartagena sobre la Seguridad de la Biotecnología del Convenio sobre la
Diversidad Biológica, que entró en vigor el 11 de septiembre del año 2003,
noventa días posteriores a la ratificación por 50 países. Si bien el origen y la
naturaleza del Protocolo es ambiental, su contenido y la forma en que se asimile
legalmente en nuestro país para su aplicación tendrá importantes repercusiones
en la investigación, producción y comercialización de OGMs y de productos que
los contengan, así como un efecto en la organización y participación de distintas
autoridades gubernamentales. Además también es importante recordar que el
Congreso de la Unión aprobó en diciembre de 2001, una modificación al artículo
420 Ter del Código Penal Federal, la cual pudiera traer por consecuencia que
cualquier individuo, si maneja, utiliza o transporta transgénicos, puede incurrir en
la comisión de un delito y, por lo tanto, ser sujeto de un procedimiento penal. Con
base en lo anterior, el Senado de la República en el 2002, solicitó a la Academia
Mexicana de Ciencias (AMC) el apoyo técnico para la elaboración de la Iniciativa
de la Ley de Bioseguridad de Organismos Genéticamente Modificados
(ILBOGMs).
Personajes influyentes en la biotecnología[editar]
Gregor Mendel - Describió las leyes de Mendel, que rigen la herencia genética.
Pasteur - Realizó descubrimientos importantes en el campo de las ciencias
naturales, principalmente en química y microbiología.
Describió científicamente el proceso depasteurización y la imposibilidad de
la generación espontánea y desarrolló diversas vacunas, como la de la rabia.
Franklin, Watson y Crick - Descubridores de la estructura del ADN.
Beadle y Tatum - Descubrieron que los rayos X producían mutaciones en
mohos y tras varios experimentos elaboraron la hipótesis "un gen, una
enzima", fundamental para el dogma central de la biología molecular.
Técnicas in vitro de ácido nucleico, incluidos el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos. La fusión de células más allá de la familia taxonómica, que supere las
barreras fisiológicas naturales de la reproducción o de la recombinación y que no sean técnicas utilizadas en la reproducción y selección tradicionales.