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Evolucion de la biotecnologia y sus eventos más importantes

En contradicción con la creencia popular, la biotecnología no es un tema de creación reciente, sino que data de los sumerios y los egipcios, 6000 a 4000 años antes de Cristo. La escala de tiempo en evolución de la biotecnología se ilustra bien en la tabla prepa­rada por Houwink (1984), tabla 1.2. La evolución de la biotecnología se puede dividir en cinco eras.

Tabla1.2  Biotecnología ―calendario de eventos (según Houwink, 1984)
La era pre-Pasteur, antes de 1865
           Bebidas alñcoholicas (cerveza, vino)
           Productos lácteos (queso, yogurt)
           Otros alimentos fermentados
La era Pasteur, 1865-1940
           Etanol, butanol, acetona, glicerol
           Ácidos orgánicos (ácido cítrico)
           Tratamiento aerobio de aguas residuales
La era de los antibióticos, 1940-1960
Penicilinas: tecnología de la fermentación sumergida
Granvariedad de antibióticos
           Tecnología dela estructura dela célula animal; vacunas contra virus
Transformaciones microbiológicas de esteroides
La era post antibióticos, 1960-1975
Aminoácidos
           Proteína celular (SCP)
Enzimas (detergentes)
           Tecnología de las células y enzimas inmovilizadas (glucosa isomerasa)
Tratamiento anaerobio de aguas residuales (biogás)
           Polisacáridos bacterianos (goma de xantán)
Gasohol
La era de la nueva biotecnología, 1975-
Tecnologías de los hibridomas: anticuerpos monoclonales
Pruebas diagnósticas con anticuerpos monoclonales (1980)
Ingeniería genética (1974)
Vacunas de origen animal contra la diarrea (1982)
Insulina humana (1982)


La era anterior a Pasteur.

Esta se basaba en los alimentos y bebidas fermentadas tradicionales sin ningún conocimiento de biología. La producción de cerveza fue introducida por los sumerios hace aproximadamente 6000 años a. C. y se usaba en Egipto desde hace 4000 a. C. Fue­ron los chinos quienes inventaron la destilación en el año 14 d. C. para la producciónde bebidas con alto contenido de alcohol. El uso de levaduras para formar dióxido de carbono y, así, esponjar el pan, se introdujo también en Egipto 4000 años a. C. En esta época se crearon los otros usos de los microorganismos, en la formación de ácido acéti­co a partir de etanol (vinagre), la elaboración de queso y yogurts. Sin embargo, no fue sino hasta el siglo XVII que Antonio van Leeuwenhoek demostró por vez primera la presencia de microorganismos.

La era Pasteur.

El trabajo de Pasteur mostró por primera vez que los microorganismos eran los agentes activos en procesos como la producción de cerveza, vino y la descomposición de los alimentos. A este trabajo lo secundaron escasos progresos en el estudio de los mi­croorganismos hasta el comienzo del siglo XIX, cuando se introdujeron los procesos microbiológicos para la producción de acetona, butanol, glicerol y ácido cítrico. Quizáfue el descubrimiento de Weizmann, realizado en 1913-1915 en Manchester, de un proceso microbiológico para la producción de acetona y butanol por Clostridiumacetobutylicum, el que anunció el comienzo real de la biotecnología. Este proceso solamente se optimizó en los años 50. Otro proceso importante creado en Manchester fue el uso de lodos activados para tratar aguas negras, el cual comenzó en 1914. La Primera Guerra Mundial impulsó la producción microbiológica del glicerol a partir de glucosa en Alemania.


La era de los antibióticos.

La investigación entre 1920 y 1940 gradualmente dio como resultado una mejor comprensión de la biología, y se reconoció que las enzimas catalizan los procesos bio­lógicos. Asimismo, los estudios en genética introdujeron el concepto de qué genes indi­viduales llevan información para elaborar enzimas particulares. Aunque Flemming descubrió la penicilina en 1928, no fue sino hasta 1940 que los avances en su aislamien­to permitieron su producción en masa. Al principio la penicilina se produjo en botellas, pero se aplicaron las tecnologías de los procesos químicos y de alimentos, las cuales permitieron por primera vez el cultivo en gran escala de Penicillum en fermentadores o biorreactores. En la actualidad, cada año se producen unas 12 000 toneladas de penici­lina. A la producción de penicilina le siguieron una amplia variedad de antibióticos como la estreptomicina y la eritromicina.


La era postantibióticos.

Durante este período el conocimiento del metabolismo microbiano permitió una explotación mucho más amplia de las capacidades de una variedad de microorganismos. Éstos se usaron para producir las vitaminas B2 y B12 y los aminoácidos lisina y ácido glutámico (glutamato monosódico), los últimos en volúmenes de 40 000 y 30 000 toneladas, respectivamente. Esta era también presenció la producción masiva de enzimas para uso industrial, como la adición de proteasas a los detergentes domésticos y la transformación enzimática de glucosa a fructuosa para producir un high-fructosesyrup, HFS jarabe rico en fructuosa.

En los inicios de los años sesenta se estuvo de acuerdo en que habría escasez de proteínas, en particular en los países del tercer mundo. Entonces, se buscaron otras fuentes de proteínas; éstas incluyeron microorganismos como algas, bacterias y levaduras. En 1964 el profesor Wilson del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) acuñó las palabras single-cellproíein, SCP “proteína celular” para denominar las proteínas microbianas. Los microorganismos tienen la capacidad de crecer en una vasta combinación de compuestos; estas fuentes se dividen en dos grupos principales, renovables y no renovables. Los recursos renovables son muchos de los productos de desechos agrícolas como el bagazo (residuo de la caña de azúcar), el almidón y la celulosa. Muchas compañías grandes, entre las que está la industria petroquímica, participaron en la creación de estos procesos. La mayoría de la investigación se enfocó al mejoramiento de estos desechos agrícolas para producir alimento para animales, pero una compañía, la Rank HovisMcDougall, procedió a cultivar un moho para producir unalimento para humanos. Tuvieron que transcurrir 20 años para asegurarse de que el producto conocido como microproteína fuese apto para consumo humano. Las fuentes no renovables investigadas para usarlas en la producción de proteína celular fueron, principalmente, subproductos de la industria petroquímica, como los aléanos, el metano o el metanol. De nuevo fueron las compañías petroquímicas quienes participaron en la investigación. LaBritish Petroleum(BP) investigó el uso de los alcanos en la obtención de proteína celular a partir de levaduras (Toprina), en tanto que las industrias Shell y la Imperial Chemical Industries Ltd(ICI), utilizaron metano y metanol respectivamente. Sólo el proceso ICI alcanzó una escala comercial con el cultivo de la bacteria Melhylophilusmethylotrophusen metanol, en un proceso continuo con un volumen de 1.5 millones de litros. El mejoramiento de éste y otros procesos, condujeron a avances considerables en la tecnología de la fermentación. Sin embargo, la disponibilidad de proteína de soya barata ha hecho que el proceso SCP sea incosteable y, según parece, el mundo actual no tiene déficit de proteína.

La era postantibióticos también presenció el mejoramiento de la fermentación en la producción de etanol para que fuera usado como combustible (gasohol), provocado por la crisis del petróleo en 1974. Otros productos formados por microorganismos son los polisacáridos extracelulares, como la goma de xantano, usada para reemplazar la goma natural en los alimentos y en los lodos de perforación. Al mismo tiempo se han creado los cultivos de células vegetales y animales para la producción de compuestos especiales. Los microorganismos se han usado también como auxiliares en la lixiviación de minerales como el zinc y el cobre a partir de mineral de grado menor.


La nueva biotecnología.

Las nuevas biotecnologías se consideran a menudo como la biotecnología misma. Sus principales avances han sido los anticuerpos monoclonales y la ingeniería genética. Los anticuerpos monoclonales son los productos de la tecnología del hibridoma. Ésta se basa en la fusión de células animales, las del sistema inmune que, por lo general, no pueden ser cultivadas in vitro, con células cancerosas que sí pueden hacerlo. Las líneas de células híbridas que se forman tienen la capacidad de crecer y producir anticuerpos altamente específicos, los cuales se conocen como anticuerpos monoclonales. La producción de los anticuerpos monoclonales ha sido rápida desde su descubrimiento en 1975 y, actualmente, hay más de 50 en el mercado. Se han utilizado en pruebas de diagnóstico rápido, fármacos de acción específica purificación, y su comercialización es cada vez mayor.

La ingeniería genética se puede definir en forma simple como la capacidad para transferir genes de un organismo a otro, para cruzar las barreras que no se podrían mediante los métodos genéticos ordinarios. El avance de esta técnica dependió de tres descubrimientos independientes. El primero fue el descubrimiento de las enzimas de restricción, las cuales pueden cortar el DNA en sitios específicos para producir fragmentos discretos. El segundo descubrimiento fue la presencia, en las bacterias, de ciertas moléculas de DNA circular con reproducción independiente (plásmidos), las cuales se pueden cortar con enzimas de restricción y posteriormente repararse (reunirse) para incluir otros fragmentos de DNA. El tercer descubrimiento fue el método de tratar las bacterias para que puedan captar el DNA de un plasmidio y, por tanto, contener nuevosgenes (transformados). Estos tres descubrimientos han permitido la evolución de la in­geniería genética, la cual ha mostrado tan rápido crecimiento que ha formado la base de muchas compañías nuevas. La técnica ha encontrado aplicación en el campo de la me­dicina en la generación de muchos sistemas diagnósticos, la producción de insulina humana y de la hormona de crecimiento por bacterias y la producción de diversas vacunas. La ingeniería genética también ha tenido influencia en la agricultura y en la industria alimentaria. En la tabla 1.3 se muestran algunos conceptos de los principales sucesos que han tenido lugar en la comercialización de la ingeniería genética.

Tabla 1.3   Eventos principales en la comercialización de la nueva biotecnología.
1973
Primer gen clonado.
1974
Primera expresión de un gen clonado en diferentes especies de bacterias.
1975
Anticuerpos monoclonales
1976
Primera firma(Genetech) en explotar la tecnología de DNA recombinanante (rDNA)
1980
Informe sobre biotecnología en Reino Unido (Spinks).
1981
Primer paquete de diagnóstico con anticuerpos monoclonales aprobado en los Estados Unidos.
1982
Primera vacuna de origen animal producida con rDNA (colibacilosis) aprobada en Europa. Primer producto farmacéutico del rDNA, insulina humana.


En la tabla 1.4 se muestran otras técnicas que se están investigando en áreas importantes de la biotecnología. Éstas incluyen: el cultivo de células vegetales y animales, las células o enzimas inmovilizadas, los sensores biológicos, un sensor que detecta materiales biológicos o una sonda que contiene materiales biológicos, la modificación estructural de proteínas (ingeniería de proteínas), el uso de computadoras en las fermentaciones y nuevos biorreactores.

Tabla 1.4   Nuevas técnicas en el avance de la biotecnología.
Cultivo de tejidos, células vegetales y animales.
Fusión de protoplastos.
Modificación estructural de proteínas (ingeniería de proteínas).
Células y enzimas inmovilizadas.
Biosensores.
Uso de computadoras en fermentaciones.
Nuevos diseños de bioreactores.


Scraag, A. 2002. Biotecnología para ingenieros: sistemas biológicos en procesos tecnológicos. Ed. Limusa. 

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