INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD ALTAMIRANO
TEMA:
RESUMEN DE LA UNIDAD 1
MATERIA:
BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA BIOLOGÍA
MAESTRO:
FRANCISCO JAVIER PUCHE ACOSTA
ALUMNO:
YOLANDA ELIZABETH MORENO HERNÁNDEZ.
VIII SEMESTRE DE
BIOLOGÍA
CIUDAD ALTAMIRANO GUERRERO A 5 DE FEBRERO DEL
2011
BIOTECNOLOGÍA APLICADA
1.1 Generalidades
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.
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 o animales. Podemos decir que la biotecnología abarca desde la
biotecnología tradicional, muy conocida y establecida, y por tanto utilizada,
como por ejemplo la fermentación de alimentos, hasta la biotecnología moderna,
basada en la utilización de las nuevas técnicas del DNA recombinante
(ingeniería genética), los anticuerpos monoclonales y los nuevos métodos de
cultivo de células y tejidos.
La biotecnología es
una palabra de reciente aparición que describe una disciplina antigua y
utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales
como la preparación del pan, bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos
y animales domésticos. En términos generales, Biotecnología se puede definir
como el uso de organismos vivos o compuestos obtenidos de organismos vivos para
obtener productos de valor para el hombre.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”. El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad
de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica define
la biotecnología moderna como la aplicación de: Técnicas in vitro de
ácido nucleico, incluidos el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la
inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos, o
La
fusión de células más allá de la familia taxonómica que superan las barreras
fisiológicas naturales de la reproducción o de la recombinación y que no son
técnicas utilizadas en la reproducción y selección tradicional.
1.1.1 Reseña histórica de la biotecnología
La biotecnología no es nueva, sus
orígenes se remontan a los albores de la historia de la humanidad. Nuestros
ancestros primitivos iniciaron, hace miles de años durante la Edad de Piedra,
la práctica de utilizar organismos vivos y sus productos.
La biotecnología es un término que se
ha dado a la evolución y recientes avances de la ciencia de la genética. Esta
ciencia se originó hacia finales del siglo XX con el trabajo de Gregor Joham
Mendel.
(2) "La historia realmente se
inicia con las investigaciones de Charles Darwin, considerado como el padre de
la biología moderna, que concluyó que las especies no son fijas e inalterables,
sino que son capaces de evolucionar a lo largo del tiempo, para producir nuevas
especies. La explicación de esta evolución, según sus observaciones, se basaba
en que los miembros de una determinada especie presentaban grandes variaciones
entre ellos, unos estaban más acondicionados al ambiente en que se encontraban
que otros, lo que significaba que los más aptos producirían más descendencia
que los menos aptos. Este proceso es conocido como selección natural, y suponía
la modificación de las características de la población, de manera que los
rasgos más fuertes se mantendrían y propagarían, mientras que los menos
favorables se harían menos comunes y acabarían desapareciendo."
El monje Gregor J. Mendel (1822-1884),
trabajaba en el jardín de su monasterio en Austria sin ser consciente de la
importancia de sus estudios. Mendel eligió como material de estudio una planta
común, el guisante (pisum sativum). Esta planta es de fácil obtención y
cultivo, hermafrodita y por tanto con capacidad para autofecundarse, ofreciendo
asimismo la posibilidad de realizar fecundaciones cruzadas entre distintas
variedades, muy numerosas en el guisante y fácilmente distinguibles. En sus
estudios, en lugar de analizar la transmisión global de las características de
la planta, prestó atención a un solo rasgo cada vez, permitiéndole seleccionar
determinados aspectos de la planta que presentaban alternativas claramente
diferenciables, como por ejemplo la forma de la semilla (rugosa/lisa) o su
color (amarilla/verde).
En 1866 publicó los resultados de sus
experiencias llevadas a cabo durante 7 años en el jardín de su monasterio de
los agustinos, los cuales permitieron superar las antiguas concepciones sobre
la herencia que aún prevalecían en su época, según las cuales los caracteres se
transmitían de padres a hijos a través de una serie de fluidos relacionados con
la sangre, al mezclarse las sangres en la descendencia, los caracteres de los
progenitores se fusionaban y no podían volver a separarse.
Mendel expuso una nueva concepción de
la herencia, según la cual los caracteres no se heredan como tales, sino que
solo se transmitían los factores que los determinaban. Su estudio del
comportamiento de los factores hereditarios se realizaba, con total intuición,
50 años antes de conocerse la naturaleza de estos factores (posteriormente
llamados genes).
A pesar de que describió el
comportamiento esencial de los genes, sus experimentos no revelaron la
naturaleza química de las unidades de la herencia, hecho que ocurrió hacia la
mitad del siglo XX e involucró muchos trabajos de diferentes científicos de
todo el mundo, durante varias décadas.
1.000 a. C.: Los babilonios celebraban
con ritos religiosos la polinización de las palmeras.
323 a. C.: Aristóteles especula sobre
la naturaleza de la reproducción y la herencia.
1676: Se confirma la reproducción
sexual de las plantas.
1838: Se descubre que todos los organismos
vivos están compuestos por células.
1859: Darwin hace pública su teoría
sobre la evolución de las especies.
1866. Mendel descubre en los guisantes
las unidades fundamentales de la herencia.
1871: Se aísla el ADN en el núcleo de
una célula.
1883: Francis Galton acuña el término
eugenesia.
1887: Se descubre que las células
reproductivas constituyen un linaje continuo, diferente de las otras células
del cuerpo.
1909: Las unidades fundamentales de la
herencia biológica reciben el nombre de genes.
1910: Un biólogo americano, Thomas
Morgan presenta sus experimentos con la mosca de la fruta, que revelan que
algunos fragmentos genéticos son determinados por el sexo.
1925: Se descubre que la actividad del
gen está relacionada con su posición en el cromosoma.
1927: Se descubre que los rayos X
causan mutaciones genéticas.
1933: La Alemania nazi esteriliza a
56.244 "defectuosos hereditarios".
1933 a 1945: El holocausto nazi
extermina a seis millones de judíos por medio de su política eugenésica.
1943: El ADN es identificado como la
molécula genética.
1940 a 1950: Se descubre que cada gen
codifica un única proteína.
1953: El bioquímico americano James
Watson y el biofísico Francis Crick anuncian la estructura en doble hélice del
ADN o código genético.
1956: Se identifican 23 pares de
cromosomas en las células del cuerpo humano.
1961: Desciframiento de las primeras
letras del código genético.
1966: Se descifra el código genético
completo del ADN.
1972: Se crea la primera molécula de
ADN recombinante en el laboratorio: genes de una especie son introducidos de
otras especies y funcionan correctamente.
1975: La Conferencia de Asilomar
evalúa los riesgos biológicos de las tecnologías de ADN recombinante, y agrupa
una moratoria de los experimentos con estas tecnologías. Se fundó Genentech
Incorporated, primera empresa de ingeniería genética.
1977: Se fabricó con éxito una hormona
humana en una bacteria.
1978: Se clonó el gen de la insulina
humana.
1980: El Tribunal Supremo de los
Estados Unidos de América dictamina que se pueden patentar los microbios
obtenidos mediante ingeniería genética.
1981: Primer diagnóstico prenatal de
una enfermedad humana por medio del análisis del ADN.
1982: Se crea el primer ratón
transgénico., llamado "superratón", insertando el gen de la hormona
del crecimiento de la rata en óvulos de ratona fecundados. Se produce insulina
utilizando técnicas de ADN recombinante.
1983: Se inventa la técnica PCR
(reacción en cadena de la polimerasa), que permite copiar genes específicos con
gran rapidez. Es una técnica muy poderosa para producir millones de copias de
una región específica de ADN, que permite 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.
1984: Creación de las primeras plantas
transgénicas.
1985: Se inicia el empleo de
interferones en el tratamiento de enfermedades víricas. Se utiliza por primera
vez la "huella genética" en una investigación judicial en Gran
Bretaña.
1986: Se autorizan las pruebas
clínicas de la vacuna contra la hepatitis B obtenida mediante ingeniería
genética.
1987: Propuesta comercial para
establecer la secuencia completa del genoma humano, Proyecto Genoma Humano.
Comercialización del primer anticuerpo monoclonal de uso terapéutico.
1988: La Universidad de Harvard
patenta por primera vez un organismo producido mediante ingeniería genética, un
ratón. Se crea la organización HUGO para llevar a cabo el Proyecto Genoma
Humano: identificar todos los genes del cuerpo humano.
1989: Comercialización de las primeras
máquinas automáticas de secuenciación del ADN.
1990: Primer tratamiento con éxito
mediante terapia génica en niños con trastornos inmunológicos (niños burbuja).
Se ponen en marcha numerosos protocolos experimentales de terapia génica para
intentar curar enfermedades cancerosas y metabólicas.
1994: Se comercializa en California el
primer vegetal modificado genéticamente, un tomate, y se autoriza en Holanda la
reproducción del primer toro transgénico.
1995: Se completan las primeras
secuencias de genomas de bacterias.
1996: Por primera vez se completa la
secuencia del genoma de un organismo eucariótico, la levadura de cerveza.
1997: Investigadores, liderados por
Ian Wilmut clonan al primer mamífero, la oveja Dolly.
1998: Análisis de DNA de restos de
semen cogido de ropas de Mónica Lewinsky incriminan al presidente Bill Clinton.
2001: Se publica el mapa provisional
del genoma humano.
1.1.2. Biotecnología de primera
segunda y tercera generación
1a.
Generación: procesos industriales, que aunque sean a gran escala utilizan
tecnologías elementales o avanzadas y microorganismos naturales
2a.
Generación: comprende la genética microbiana, bioquímica, enzimología,
inmunoquímica y las técnicas de cultivos celulares in vitro, contiene alta
tecnología y produce entre otros antibióticos, fármacos, proteína, a.a. etc...
3a.
Generación: surge a finales de los 70, comprende técnicas derivadas de la
“ingeniería biológica”, es el DNA recombinante y fusión celularLa biotecnología de
primera generación comenzó en 1750 antes de Cristo y incluidos los procesos
como la fermentación, microbios, natural productos y el uso de agentes de
control biológico contra animales y enfermedades de las plantas y las plagas. El
proceso de fermentación es ampliamente utilizado en las industrias para la
producción de bebidas y medicamentos. La proceso microbiano se utiliza en
la agricultura para la fijación de nitrógeno, control de la contaminación en el
medio ambiente, la bio-minería, biogás producción y también en las industrias
farmacéuticas. La biotecnología de segunda generación comenzó en 1863, cuando
Gregor
Mendel descubrió que las plantas de guisante pasó en los
rasgos de los padres a la progenie en discretas unidades biológicas que sería
más tarde conocido como los genes. También incluye el cultivo de tejidos,
anticuerpos policlonales y monoclonales, y el ADN - marcadores técnicas. cultivo
de tejidos se utiliza en la agricultura y la ganadería demultiplicación rápida
o micro-propagación y producción de agentes patógenos plantas libres, rescate
de embriones e inseminación artificial. Policlonal y técnicas de anticuerpos
monoclonales se utilizan en la producción de medicamentos y para el desarrollo
de vacunas, así como herramientas de diagnóstico para los animales y
enfermedades de las plantas. Los marcadores de ADN se utilizan técnicas en
la agricultura y ganado para la caracterización de los genomas de animales y plantas,
la selección procesos, y como una herramienta de diagnóstico.
La tercera
generación de la biotecnología que se conoce como "ingeniería genética
(GE)","La tecnología del ADN recombinante", "tecnología
genética" o "biotecnología moderna" se inició en1972, cuando los científicos pioneros en una forma
de combinar la bioquímica en una técnica que llevó a el nacimiento de
ADN recombinante, una molécula de ADN modificado creado mediante la combinación
de ADN a partir de dos organismos no emparentados. La tecnología permite la
transferencia de genes seleccionados entre los diferentes organismos, especies,
géneros y phyla. Una vez transferido, estos genes pueden ser transferidos
a la descendencia de la modificación individual a través de los procesos
reproductivos normales.
1.1.3. Importancia: Económica,
Ecológica y Agronómica.
Biotecnología se utiliza para proporcionar las
tecnologías alternativas más limpias que contribuyan a reducir aún más las
consecuencias peligrosas para el medioambiente de las tecnologías
tradicionales. Por ejemplo,
algunas de las tecnologías de fermentación tienen algunas implicaciones
ambientales graves. Varios
procesos biotecnológicos se han ideado en el que todos los nutrientes
introducidos para la fermentación son retenidos en el producto final, lo que
asegura alta eficiencia de conversión y bajo impacto ambiental. En la industria
del papel, las tecnologías de blanqueo de la pulpa están siendo sustituidas por
tecnologías más respetuosas del medio ambiente relacionado con la
biotecnología. El procesamiento
de pulpa ayuda a eliminar la lignina sin dañar valiosas fibras celulósicas pero
las técnicas disponibles sufren de las desventajas de los altos costos, uso de
energía alta y la corrosión. Una
enzima lignina degradantes y modificar (LDM) se aisló a partir Phanerochaete chrysosporum y fue utilizado, que por un lado,
ayudó a reducir los costos de la energía y la corrosión y por otro lado aumentó
la vida útil del sistema. Este
enfoque ayudó a reducir los riesgos ambientales asociados con los efluentes de
la planta de blanqueo.
Siempre existe el riesgo de estas
materias primas que escapan a la atmósfera causando por ello la contaminación. Uso de la biotecnología, más seguras
materias primas como los azúcares (glucosa) están siendo utilizados que son
enzimáticamente o mediante el uso directo de los microbios transformar en
alquenos oxides.eg Methylococcus
capsulatus se
ha utilizado para la conversión de alquenos en óxidos de alquenos. a biotecnología también se ha
utilizado en el área de la medicina y el tratamiento médico. La oferta de los
servicios médicos es un capricho muy caro y por lo tanto, las medidas adecuadas
de prevención se deben tomar para evitar los casos de alta del tratamiento de
los pacientes. Por esta razón, muchos países han
invertido en dispositivos altamente biotecnológicos y medicamentos que están
destinados a mantener a raya las enfermedades. El uso adecuado de este campo de la ciencia permite la
creación y desarrollo de vacunas más baratas, eficaces y seguros que se
utilizan para evitar que las personas de contraer ciertas enfermedades. Esto a la larga va a reducir en gran medida la afluencia
de pacientes en los hospitales y los recursos disponibles y no utilizados se
ponen a un mejor uso, tales como el desarrollo de infraestructuras o la mejora
de la calidad de los servicios públicos.
Algunas
empresas relacionadas con productos farmacéuticos y químicos también se han
beneficiado económicamente de las investigaciones llevadas a cabo en este
campo, que tiene como objetivo mejorar la eficacia y la durabilidad de ciertos
productos. Ellos usan Biotecnología que
contribuye a la reducción en la intensidad del uso de energía y materiales.
Esto viene muy bien en la preservación de los recursos que pueden ser
utilizados para otros fines.
1.2. Terminología general de la
biotecnología
na definición general de la biotecnología es el uso de
procesos biológicos o biológicos para desarrollar productos y servicios
útiles. En este sentido, los humanos han estado usando la biotecnología
(la biología para crear productos) desde hace siglos, por ejemplo, en la cría
de animales de granja para los hijos con rasgos deseables y la utilización de
la levadura para hacer pan, cerveza y vino. Una definición moderna de la
biotecnología es el conjunto de técnicas de
biología en un principio en la investigación básica, biología molecular y en
concreto de la ingeniería genética, y ahora se utiliza para la investigación y
el desarrollo de productos. Alternativamente, la biotecnología puede ser
definida como la manipulación científica de los organismos a nivel molecular genético
para hacer productos beneficiosos. La biotecnología agrícola moderna hace uso
de técnicas de ingeniería genética, la alteración del material genético a
través de la biología molecular, para modificar los organismos vivos como
plantas, animales y microbios.
Una ventaja jefe de la ingeniería genética es que un gen
específico que codifica un rasgo deseable puede ser precisamente transferido de
un organismo en otro. En el mejoramiento tradicional, un conjunto de genes
que codifican rasgos tanto deseables e indeseables se transfiere a la
descendencia, y continuó la cría, a veces durante largos períodos de tiempo, es
necesario para eliminar los rasgos no deseados (los genes).Otra ventaja de la
ingeniería genética a lo largo de cría tradicional es que los genes pueden ser
transferidos de una especie a otra, por ejemplo de un animal en un
microbio. De esta manera, el gen para la insulina humana fue transferido a
una bacteria, lo que permite una producción rápida y eficiente de grandes
cantidades de insulina para su uso por los diabéticos.
Hoy en día, la genómica, el estudio de todo el material
genético de un organismo, está dando lugar a grandes avances en la
biotecnología. La genómica, tanto en la generación de nuevas herramientas
y técnicas y la producción de enormes cantidades de datos biológicos. La
avalancha de datos genómicos ha llevado incluso a la nueva ciencia de la
bioinformática, que permite que los datos a almacenar, acceder, en comparación,
y se utiliza. Como resultado de la genómica, los genes de rasgos deseables
pueden ser identificados rápidamente y se utiliza para crear nuevos productos
de biotecnología. A través de actividades NIFA en el liderazgo y la
financiación, la biotecnología y la genómica ofrece variadas soluciones para
los problemas que enfrenta la agricultura, el medio ambiente y la sociedad de
hoy y en el futuro.
Programas NIFA en este Área de Énfasis Nacional incluyen:
Bioinformática: genómica, el estudio de toda la información genética
de un organismo que está proporcionando enormes cantidades de datos para los
científicos para analizar. La nueva ciencia de la bioinformática permite a
los científicos para almacenar, analizar y comparar las cantidades abrumadoras
de lo contrario de los datos genómicos. Bioinformática ha demostrado que los
datos genómicos microbianos pueden ayudar a los científicos a entender los
organismos complejos, tales como plantas y animales.
Bioinformática también ayuda a los científicos a predecir
qué parte de un genoma codifica un rasgo deseable. El uso de herramientas
bioinformática, los científicos pueden buscar los datos genómicos e identificar
una región importante para un rasgo deseado, y luego, a través de métodos de
biotecnología, transferencia de ese rasgo a otro organismo para crear un
producto útil o el resultado, por ejemplo, la conversión de un cultivo a la
sequía sensible a la sequía tolerante a los cultivos. Bioinformática, a
continuación, permite que los datos genómicos para ser utilizado con rapidez y
eficacia en la biotecnología.
Biotecnología: La biotecnología está dando lugar a muchos productos
nuevos y emocionantes y estrategias que pueden beneficiar a la agricultura, la
salud humana y el medio ambiente. Plantas, animales, microbios, insectos y
nematodos son todos los sujetos de la investigación en biotecnología, los usos
y productos.
A través de modificaciones de los sistemas de los animales,
las plantas, o microbiana, la biotecnología es ahora líder de un costo efectivo
de producción de materiales tales como productos farmacéuticos, vacunas y productos
químicos industriales. También está la reducción de los problemas
ambientales mediante la reducción de uso de pesticidas y remediación de suelos
contaminados. Como es requerido para cualquier nueva tecnología, la
investigación y la educación son la evaluación de los efectos positivos y
negativos de la biotecnología, así como el examen de los impactos sociales y
económicos.
Genómica Microbiana: Los microbios son la forma más antigua de vida en la
Tierra. Aunque se consideran organismos simples y son demasiado pequeños
para ser vistos a simple vista, los microbios son extremadamente diversas y
adaptables. Su impacto puede ser negativo, como la que causa la
enfermedad, o positivos, tales como el mantenimiento de la atmósfera de la
Tierra y promover el crecimiento de la planta. Ellos son la fuente de
muchos productos, incluyendo las enzimas para la investigación, los agentes
antimicrobianos y antibióticos. El estudio de los genomas microbianos (toda la
información genética de los microbios) permite a los científicos, tanto para
comprender cómo los microbios viven y para aislar los genes microbianos para su
utilización en la biotecnología. La combinación de la genómica y la
biotecnología microbiana está llevando al desarrollo de nuevas herramientas de
diagnóstico, mejores vacunas, mejores tratamientos para la enfermedad, una
mejor detección de los contaminantes, y la limpieza de ambientes contaminados.
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