La Biotecnología: su esencia y aplicaciones para el bienestar de la
humanidad
Jefferson Alejandro Dominguez
Escuela Superior Politécnica del Litoral
Guayaquil, Ecuador
[email protected]
Victor Cruz Ruiz
Escuela Superior Politécnica del Litoral
Guayaquil, Ecuador
[email protected]
Jonathan Calle Zuñiga
Escuela Superior Politécnica del Litoral
Guayaquil, Ecuador
[email protected]
Resumen—En el presente documento abordaremos sobre la importancia de la
biotecnología en el desarrollo del ser humano, a lo largo de su existencia,
su aplicación en las diferentes áreas del conocimiento como la agricultura,
la medicina, los alimentos, y en el cuidado del medio ambiente, además de
sus características fundamentales. Se ponen en evidencias algunos avances;
el desarrollo, usos y aplicaciones en el ámbito local, así como las
temáticas relacionadas con las causas y sus efectos por el uso de esta
tecnología.
Keywords— biotecnología; cultivos; medicina; alimentos; agricultura;
medio ambiente; bioproductos; humanidad
Introduction
El uso de la biotecnología es tan antigua como la existencia humana, el
hombre la ha utilizado para mejorar las prestaciones, alterar los productos
o materias primas con procesos biológicos en beneficio propio,
proporcionando agentes exógenos tales como en la fermentación de la cerveza
o en la elaboración de quesos y sus derivados.
Podemos definir a la biotecnología como el uso integrado de la
bioquímica, la microbiología, y la ingeniería para la consecución de
aplicaciones de las capacidades de microorganismos, células cultivadas
animales o vegetales, o partes de los mismos en la industria, la
agricultura, la salud y los procesos medioambientales [1]. Otros la definen
como "la aplicación de la ciencia y la ingeniería en el uso directo o
indirecto de organismos vivos o partes de ellos, en sus formas naturales o
modificadas, en una forma innovadora para la producción de bienes y
servicios o para la mejora de procesos industriales existentes" [2]
La biotecnología es aplicada principalmente en áreas como alimentos,
medio ambiente, medicina, agricultura, y la industria farmacéutica, se ha
desarrollado en base a varias ciencias o disciplinas interrelacionadas como
la agronomía, ecología, ingeniería, medicina, química, matemáticas,
genética, bioinformática, microbiología y estadística, dándole un carácter
indivisible.
En el campo que mayormente se ha desarrollado es la agricultura, debido a
que la agricultura tiene sus reparos, pues consume grandes suministros de
agua dulce en el mundo, aproximadamente más del 80%, pero también la
contamina, causando un grave impacto en el medio ambiente, aumentando la
escasez de agua y por consiguiente también de los alimentos, debiéndose
trabajar en mejorar los métodos existentes para los cultivos en
plantaciones agrícolas.
La FAO estima que para el año 2050, se debe producir alimentos, de forma
sostenible, para 2.000 millones de persona, lo que hace pensar que con la
producción y tecnología actual no podemos lograrlo.
Una alternativa a los problemas de cultivos es los invernaderos en los
cuales se puede mejorar las limitaciones existentes en plantaciones al aire
libre. En los invernaderos se pueden controlar las condiciones ambientales
como temperatura, uso de suelo y suministro de agua. La mejora en las
instalaciones representa a largo plazo un mayor rendimiento por hectárea,
así como una mejora en la calidad y cantidad de los alimentos, con la
finalidad que sean accesibles, desde el punto de vista económico, a una
mayor cantidad de la población.
También existen iniciativas amigables con el medio ambiente denominadas
biotecnología blanca, en donde se obtienen y se genera producción
sostenible como los biocombustibles, procesamiento de materias primas,
creación de biotejidos, plásticos biodegradable y otros biomateriales como
jabón para lavar o fabricación de papel [3]
La mayor parte de los procesos y productos generados a partir de las
investigaciones biotecnológicas son patentables, la mayoría realizada por
empresas privadas que se encuentran en países desarrollados, lo que reduce
su utilización en países pobres o en vías de desarrollo, teniendo que pagar
por utilizar un procedimiento o producto.
método
Se procedió a realizar una revisión bibliográfica, de forma exhaustiva.
Entre los documentos analizados constan libros, bases de datos de
información científica, repositorios de información científica, entre
otros. Se seleccionaron documentos técnicos que proporcionan información
pertinente y objetiva, a las áreas relacionadas, contrastando y verificando
la información con la finalidad de obtener las mejores conclusiones,
comprender los principios básicos, y mejorar los conocimientos
fundamentales de la temática, así como la contribución de esta ciencia con
la humanidad.
BIOTECNOLOGIA Y SUS APLICACIONES
Actualmente la biotecnología ha permitido la producción de plantas
resistentes a insectos y plagas, patógenos; ayuda en periodos prolongados
de almacenamiento; aumento en las propiedades nutritivas y mejora en el
contenido de proteínas, aminoácidos, aceites, etc., y con mejoras en el
desarrollo del ámbito industrial [4].
La biotecnología ha hecho posible el análisis del ADN (ácido
desoxirribonucleico), del ARN (ácido ribonucleico), de las proteínas y el
general del uso de la ingeniería genética para la modificación, genética,
de los seres vivos.
Tiempo atrás el hombre sólo podía seleccionar entre las propiedades de lo
que poseía un organismo, pero actualmente puede introducir algún factor
exógeno, alterando su pool genético. En el ADN recombinante, por ejemplo,
se puede introducir una secuencia genética que modifica el interior de un
organismo, confiriéndole una característica nueva, creando un nuevo
organismo genéticamente modificado (OGM).
En el ámbito regional, Colombia ha realizado grandes avances, aunque a
nivel global, países como Brasil y China figuran entre los países con una
creciente participación significativa en el mercado de la biotecnología en
la última década [5].
En China, el uso de la biotecnología ha permitido mejorar la calidad del
grano de arroz y de trigo, ayudando a obtener mejores cosechas y
permitiendo una producción mayor que cubra la creciente demanda vinculada
al crecimiento demográfico de este país.
1 Clasificación de la biotecnología
La biotecnología puede ser aplicada a diferentes entornos, dando lugar a
la siguiente clasificación:
Biotecnología Microbiana.- la cual se da mediante la manipulación de
microorganismos como bacterias y levaduras. Es una de las más antiguas,
desde sus inicios ha sido utilizada por el hombre, por ejemplo para la
fabricación de pan o cerveza.
Biotecnología Agrícola.- utilizada en las aplicaciones agrícolas como el
desarrollo de plantas transgénicas resistentes a plagas o pestes, así como
la mejora genética para el desarrollo de una mayor cantidad y calidad de
los productos.
Biotecnología Animal.- principalmente utilizada para mejora genética,
creación de proteínas útiles para la medicina como los anticuerpos, o como
la creación de órganos para trasplante a humanos.
Biotecnología forense.- son métodos que se aplican para la detección de
huellas genéticas, mediante fluidos corporales, sangre, cabellos, etc., que
permitan la identificación de patrones genéticos únicos de un organismo.
Biorremediación.- que es el uso de la biotecnología para contribuir en la
remediación del medio ambiente, mediante la degradación de sustancias
naturales o artificiales producto de la industrialización
Biotecnología acuática.- creada para la reproducción controlada de las
crías de pescado y mariscos en beneficio del hombre. La acuicultura es una
de las áreas mejor beneficiadas, pues la demanda mundial de la producción
acuícola está vinculada con el crecimiento mundial.
Biotecnología médica.- fármacos, proteínas, aplicaciones médicas y
quirúrgicas están estrechamente ligadas a la biotecnología. Su aporte en
esta área ha sido valioso, por ejemplo para el desarrollo de medicamentos
que ayuden en la cura de enfermedades consideradas letales.
2 Biotecnología en la agricultura
La biotecnología está presente en la actividad agrícola, ganadera,
silvícola, pesca, acuicultura y la agroindustria, con la finalidad de
aliviar el hambre y la pobreza, contribuir a adaptación al cambio climático
y mantener la base de los recursos naturales [6]
La investigación en el área biotecnológica agrícola está presente, en su
mayoría, en el sector privado y en países ricos, donde existe poder
adquisitivo para el desarrollo y comercialización de este tipo de
productos. La FAO considera que los países en desarrollo y por consiguiente
sus agricultores deben ser beneficiado con el uso de la biotecnología en
aras de superar e incrementar el suministro de alimentos, inseguridad y
vulnerabilidad alimenticia [7]
La superficie mundial de cultivos biotecnológicos ha aumentado más de 100
veces, de 1.7 millones de hectáreas en 1996 a más de 175 millones de en
2013, con EEUU como la primera potencia en esta rama seguido por Brasil
(ver tabla 1), esto evidencia la creciente y rápida capacidad adoptada para
la implementación de biotecnología aplicada a los cultivos, inclusive hasta
los agricultores con mucha aversión están probando estas nuevas tecnología
de siembra [8].
Tabla 1. Cultivos biotecnológicos en 2013 (millones de hectáreas) **
En la agricultura, existen avances importantes en cuanto al estudio de
mejores plantaciones de cacao, café, tomate, maíz, papaya, etc., en el caso
de la papaya se ha creado plantas resistentes al virus PRSV (Papaya
Ringspot Virus), en el caso del café se realizan pruebas en busca una
reducción de los componentes de la cafeína, en el tomate existen los de
maduración lenta desarrollado por la empresa Calgene (tomate Flavr SavrTM),
y en China ya se comercializan tabacos resistente a virus.
Pero también existen procesos biotecnológicos que se dan de forma natural
y que sirven para que el hombre las estudie y desarrolle nuevas técnicas a
partir de estas, como el Agrobacterium Tumifaciens, que está siendo
estudiado en el área biotecnológica debido a que permite la inserción de
genes foráneos dentro de las plantas dando como resultado el desarrollo de
organismos genéticamente modificados.
Se realizan pruebas en las plantaciones para producir proteínas, hormonas
o vacunas para los humanos a partir de tabaco transgénico, algo que
beneficiaría a los agricultores, pues ampliaría su rango de producción.
Estudios recientes llevados a cabo en la Universidad de Cornell demuestra
la creación de una vacuna contra la hepatitis B a partir de la producción
de tomates y plátanos.
3 Aplicación en la industria alimenticia
La aplicación de la biotecnología en el campo alimenticio avanza de forma
acelerada, enfocada principalmente en 2 áreas de interés, que consiste en
el envasado y transporte y la aplicación que se pueda dar sobre el
producto. En cuanto al producto podemos identificar su ayuda en la
selección de marcadores y características del ADN que ayudan a desarrollar
especímenes con mejores prestaciones para su desarrollo, conservación y
distribución. A nivel mundial del total de hectáreas sembradas para el
cultivo de soya, algodón, maíz y canola; el 79%, 70%, 32%, y 24%
respectivamente están bajo cultivo biotecnológico.
En el siglo XXI se dio la llamada "revolución verde" que consistía en la
hibridación, mecanización y aplicación de productos químicos (fertilizantes
y plaguicidas) con la finalidad de satisfacer la constante demanda de
alimentos pero generando un alto costo al medio ambiente [4].
Solo en China, la producción de arroz se ha duplicado, de 304 millones de
toneladas en 1978, a 528 millones de toneladas en 2008, y aún se espera que
la población de China hacia el año 2020 llegará a 1,6 millones, para lo
cual se estima que se necesitarán 630 millones de toneladas de arroz, y
para llegar a estas cifras China ha adoptado como estrategia, de forma
planificada, los cultivos basados en biotecnología.
4 Biotecnología animal
Durante décadas los experimentos en animales, y sobre todo en ratones por
sus similitudes genéticas y fisiológicas con el hombre, ha sido relevantes
para los grandes avances científicos, de esta forma es como se ha podido
desarrollar la vacuna contra la polio, aplicar técnicas quirúrgicas para la
catarata, diálisis, enfermedades cardiovasculares y contra el HIV, que
finalmente eximen al ser humano del sufrimiento que podría padecer durante
las pruebas que buscan su efectividad.
Uno de los casos que nos evoca el uso de estas técnicas es la oveja
Dolly, producto precisamente de la manipulación genética, creada en el
Instituto Roslin de Edimburgo en 1996, a partir del ADN de una oveja
adulta.
Como alternativa al uso de animales, los investigadores utilizan cultivos
celulares y modelos informáticos para los ensayos iniciales, siendo
herramientas significativamente menos caras que la investigación en
animales y que a su vez permiten un ahorro significativo de recursos.
5 Biotecnología en la Medicina
La medicina no ha estado exenta de los estudios en biotecnología, a lo
largo de los tiempos se ha hecho grandes descubrimientos en base a esta
ciencia; los mismo van desde la aparición de la penicilina, realizada en
1928 por Alexander Fleming quien descubrió que el moho Penicillium inhibía
el crecimiento de una bacteria llamada Staphylococcus aureus, la cual
provocaba enfermedades cutáneas en humanos; hasta llegar a descubrimientos
recientes como los realizados en el Hospital Infantil de Boston donde
produjeron un pez cebra transparente llamado Casper, creado a partir de una
mutación entre un pez que carecía de pigmento reflejante con otro que
carecía de pigmento negro, todo esto con la finalidad de poder realizar
estudios in vivo sobre el desarrollo y expansión de las células madre y el
cáncer, inyectando, por ejemplo, células tumorales fluorescentes en la
cavidad abdominal del pez con la finalidad de trazar el recorrido de las
células cancerígenas [9].
Fig. 1 Pez cebra transparente producido mediante crianza selectiva
En área de los medicamentos existen avances importantes para las
enfermedades que padece el ser humano. Sólo en Estados Unidos, de todas las
empresas dedicadas a la biotecnología más de 65% se dedican al segmento
farmacéutico, muestra de ello es que en 1982 una empresa de california,
Genentech, recibió la aprobación para fabricar un medicamento, el primer
producto de este género, para el tratamiento de la diabetes (insulina
recombinante); en la actualidad sigue en aumento la cantidad de medicinas
para el desarrollo del tratamiento de cientos de enfermedades.
7 Biotecnología y Medioambiente
La contaminación medioambiental causa riesgos en la salud de los seres
vivos, con un irreparable daño ecológico, interfiriendo y dejando marcadas
huellas en el medio ambiente. En este sentido la biotecnología contribuye a
la mejora en el suelo, agua y aire. Se han desarrollado métodos que ayudan
en la limpieza de derrames de petróleo o sus derivados, o la eliminación de
metales pesados en frágiles ecosistemas.
Las aguas residuales ha sido un problema constante con el crecimiento de
grandes urbes, sobre todo en el siglo XIX, es así que en Londres el río
Támesis se convirtió en un ambiente desprovisto de vida acuática con altos
agentes anaeróbicos. El mecanismo que se utilizaba en aquella época
consistía en evacuar las aguas residuales hacia el mar o vías fluviales con
la finalidad de realizar una degradación natural de los residuos, pero el
sistema colapso lo que produjo brotes de enfermedades que fueron causales
de muerte masivas en su población.
En este aspecto también aparece la biotecnología industrial, que busca
mejorar y reemplazar los hidrocarburos de origen fósil por hidrocarburos de
origen vegetal o natural, que ayuden al cuidado del medio ambiente, una
evidencia de su avance es la producción de Bioetenol, o etanol de biomasa,
obtenido a partir de maíz (EEUU), de la caña de azúcar (Ecuador y Brasil),
y de la remolacha (Chile), y mediante el cual cada país pude producir de
forma natural y económica combustibles amigables con el medio ambiente.
8 Biotecnología en el ámbito local
En el ámbito local se evidencia poca actividad e inversión por parte de
las empresas, para el desarrollo de investigaciones vinculadas a la
biotecnología, por un lado por la falta de recepción de fondos,
financiamiento o préstamos de alto riesgo que apoyen las investigaciones
vinculadas al área, así como la falta de políticas claras que favorezcan el
inicio de operaciones, como la creación de parques tecnológicos. También
existen causales que involucran la ausencia de personal calificado, que
pueda llevar a cabo este tipo de investigaciones, o el poco desarrollo de
trabajo colaborativo y convenios con empresas que tengan una mayor
experiencia en la fabricación de productos biotecnológicos, o aunar
esfuerzos que ayuden de forma global al desarrollo de estrategias amparados
en un entorno global y regulatorio positivo.
Pero existe un interés, sobre todo de las universidades, en el CIBE
(Centro de Investigaciones Biotecnológicas del Ecuador de la ESPOL), las
investigaciones realizadas abarcan estudios en técnicas agrícolas, cultivos
de tejidos, fitopatología y microbiología, bioproductos, biología
molecular, y bioestadística con bioinformática, con importantes proyectos
en ejecución como el diseño y construcción de un equipo de electroterapia
para el saneamiento de un virus que afecta a las plantaciones de banano,
la inducción de embriones en clones de cacao o la regeneración de
plantaciones de café por embriogénesis somática a partir de segmentos de
hojas, son algunos de los trabajos que podemos mencionar.
9 Riesgos de la biotecnología
Muchos sectores, sobre todo los ambientalistas, creen que la
biotecnología pone en peligro las especies autóctonas, consideran además
que es una constante amenaza para los países pobres o en vías de desarrollo
pues creen que favorecen a los países industrializados por medio de las
empresas que se dedican a esta actividad, aunque hay quienes creen que la
biotecnología, con su correcta aplicación, solucionará los problemas de
alimentación que padece la humanidad.
La FAO identifica dos categorías de riesgos: efectos en la salud humana y
animal, y las consecuencias ambientales. Se debe actuar con mucha
precaución con la finalidad de minimizar los riegos cuando se realicen
transferencias de toxinas, creación de nuevas toxinas, o la transferencia
de nuevos alergénicos de un forma de vida a otra, dando lugar a reacciones
alérgicas no contempladas [7]
Es necesario la adopción de procedimientos y medidas que permitan
identificar plenamente cuales son los objetivos que se desean conseguir,
pero también los posibles efectos, daños o riesgos inherentes a una
modificación genética del organismo a intervenir. Medir los que son
perjudiciales al ser humano, al medio ambiente, a los animales, y los
alimentos antes, durante y después de su proceso de homologación, con un
recurso humano debidamente calificado.
El llamado "mal de la vaca loca", es un ejemplo que atañe claramente a
los errores humanos a los que nos encontramos expuestos por el mal uso de
la biotecnología, mediante el uso de alimentos artificiales carnívoros,
compuestos de harinas animales que se suministró al ganado vacuno, produjo
una enfermedad mortal, Encefalopatía Espongiforme Bovina (EEB), a un gran
número de especímenes.
Debemos entender que las transformaciones sufridas en los organismos son
casi imperceptibles para el ser humano, lo que resta capacidad y autonomía
para reconocer el organismo genéticamente modificado, por lo que se debe
pensar en responder mediante sistemas adecuados que permitan actuar, sin
coerción o restricción, mediante una clara identificación, en donde el ser
humano decida su adquisición o consumo.
Otro de los factores, no contemplados, es el desplazamiento que sufrirían
países exportadores de materias primas, como por ejemplo el coco, el cual
es muy utilizado en la industria cosmética, por los derivados del ácido
graso, esto por la creciente instalaciones de biofábricas para conseguir,
de forma artificial, los componentes que reemplacen estos insumos y por lo
tanto su afectación a los países que son altamente dependientes de este
tipo de exportaciones.
10 Futuro de la biotecnología
La biotecnología del futuro tendrá sus bases en la búsqueda de
herramientas que permitan potenciar su uso, entre los principales avances
podemos mencionar:
El desarrollo de herramientas bioinformáticas que permita predecir la
funcionalidad y bioactividad de proteínas.
Mejoras en el análisis genómicos mediante el uso de tecnologías de alta
velocidad como la ultrasecuenciación.
Experimentación y desarrollo de dispositivos biomecánicos.
Extensión y vinculación de las redes para el almacenamiento de datos por
medio de la bioinformática que ayuden en la investigación genómica y
proteómica.
Desarrollo de células y tejidos que ayuden a la recuperación o daños de
partes corporales.
Creación y miniaturización de dispositivos Biochips, receptivos
intramusculares, que permitan el monitoreo y control de enfermedades.
Desarrollo de sistemas informáticos avanzados específicos que permitan
mejoras en los resultados derivados de los análisis genómicos y
proteómicos.
Mejoras genéticas en la agricultura que permitan el cultivo de alimentos
con mayor resistencias a plagas con aprovechamiento de recursos
naturales en zonas limitadas, como agua, suelo, y en general en
condiciones climáticas extremas.
conclusiones
La biotecnología ha estado presente desde nuestros inicios como
humanidad, no podemos ahora ser indiferentes al uso y aplicación de esta
ciencia, pero debemos realizarlo de forma apropiada y meticulosa,
desarrollando nuevos procesos biotecnológicos que ayuden a mejorar nuestro
entorno. Los gobiernos, por su parte, deben ser los actores principales,
estableciendo mejoras en las políticas públicas que ayuden en la obtención
de mayores y mejores fuentes de financiamiento y regulación; estableciendo
mecanismos de ayuda con la finalidad de mitigar el hambre y reducir el
perjuicio que causamos al medio ambiente con las actuales prácticas de
cultivos.
El constante crecimiento de la población hará que la producción de
alimentos no sea suficiente, no podemos seguir alimentando a la gente del
mañana con la tecnología del ayer, los países en vías de desarrollo, la
sociedad y la industria, deben permitir el desarrollo de la biotecnología,
debemos tener presente que la población mundial crece a ritmo acelerado y
se calcula que llegará a los 10 mil millones para el año 2100.
Es importante que se sigan realizando experimentos en el área médica,
encontrar nuevos métodos, tratamientos o vacunas ante enfermedades que
aquejan a la humanidad.
En nuestro país la demanda de productos y servicios relacionados con la
biotecnología se encuentra en fase de desarrollo, instituciones como las
universidades ofertan como parte de sus programas académicos carreras en
biotecnología, o han permitido la creación de institutos de investigación
relacionados a esta área, lo que permitirá dotar de profesionales que
ayuden a impulsar la investigación y el desarrollo en beneficio de la
humanidad.
El futuro de la humanidad dependerá de las metas y objetivos que trace el
hombre de acuerdo a las necesidades que se avecinen, basados en los
sistemas y recursos existentes, y para lograrlo necesitara de la ciencia; y
la biotecnología es una de las ciencias, que sin duda, ayudará a alcanzar
esas metas u objetivos trazados.
Referencias
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Editorial Acribia, 2001.
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Biotecnologia." [Online]. Available:
http://www.centrobiotecnologia.cl/index.php/que-es-la-biotecnologia.
[Accessed: 10-Oct-2015].
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en movimiento," 2011. [Online]. Available:
http://www.biocat.cat/es/publicaciones/informe. [Accessed: 11-Oct-2015].
[4] M. C. S. Cuevas, "Biotecnología: Ventajas y desventajas para la
agricultura," Rev. Científica UDO Agríc., vol. 3, no. 1, pp. 1–11, 2003.
[5] H. Martinez, A. Jaime, and J. Camacho, "Biotechnology profile
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[7] FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la
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