Biotecnología

Insulina cristales

La biotecnología es la tecnología basada en la biología , especialmente cuando se utiliza en la agricultura , ciencia de los alimentos y la medicina . La Naciones Unidas Convenio sobre la Diversidad Biológica define la biotecnología como:

Cualquier aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos.

La biotecnología se utiliza a menudo para referirse a tecnología de la ingeniería genética del siglo 21, sin embargo, el término abarca una gama y la historia de los procedimientos para la modificación de los organismos biológicos de acuerdo con las necesidades de la humanidad en general, que se remonta a las modificaciones iniciales de plantas nativas en una mejora de los cultivos de alimentos a través de y la selección artificial hibridación. Bioingeniería es la ciencia sobre la que se basan todas las aplicaciones biotecnológicas. Con el desarrollo de nuevos enfoques y técnicas modernas, industrias biotecnológicas tradicionales también están adquiriendo nuevos horizontes que les permitan mejorar la calidad de sus productos y aumentar la productividad de sus sistemas.

Antes de 1971, el plazo, la biotecnología, se utiliza sobre todo en la procesamiento de alimentos y la agricultura industrias. Desde la década de 1970, comenzó a ser utilizado por el establecimiento científico occidental para referirse a las técnicas basadas en el laboratorio se están desarrollando en la investigación biológica, como ADN recombinante o procesos basados en el cultivo de tejidos, o transferencia horizontal de genes en plantas vivas, usando vectores tales como el Bacteria Agrobacterium para la transferencia de ADN en un organismo huésped. De hecho, el término se debe utilizar en un sentido mucho más amplio para describir toda la gama de métodos, tanto antiguos como modernos, que se utiliza para manipular materiales orgánicos para alcanzar las demandas de producción de alimentos. Así que el término podría definirse como "La aplicación de los conocimientos indígenas y / o científica a la gestión de (parte de) los microorganismos, o de las células y los tejidos de los organismos superiores, por lo que estos suministran bienes y servicios de uso para la industria alimentaria y sus consumidores.

Biotecnología combina disciplinas como la genética , biología molecular, bioquímica , embriología y biología celular, que a su vez están vinculados a las disciplinas prácticas como ingeniería química, tecnología de la información, y robótica. Patho-biotecnología describe la explotación de los agentes patógenos o compuestos derivados de patógenos para el efecto beneficioso.

Historia

Brewing era una aplicación temprana de la biotecnología

El uso más práctico de la biotecnología, que todavía está presente en la actualidad, es el cultivo de plantas para producir alimento adecuado para los seres humanos. La agricultura se ha teorizado que se han convertido en la forma dominante de la producción de alimentos ya la Revolución Neolítica. Los procesos y los métodos de la agricultura han sido refinados por otras ciencias mecánicas y biológicas desde su creación. A través de la biotecnología temprana, los agricultores fueron capaces de seleccionar los cultivos más adecuados y de más alto rendimiento para producir alimentos suficientes para sostener a una población en crecimiento. Se requieren otros usos de la biotecnología como cultivos y campos se volvieron cada vez más grandes y difíciles de mantener. Organismos específicos y organismo subproductos se utilizaron para fertilizar, restaurar el nitrógeno , y controlar las plagas. A través de la utilización de la agricultura agricultores han alterado inadvertidamente la genética de sus cultivos a través de la introducción a nuevos entornos y les cría con otras plantas - una de las primeras formas de la biotecnología. Culturas como las de Mesopotamia , Egipto y Pakistán desarrollaron el proceso de la elaboración de cerveza. Todavía se hace por el mismo método básico de la utilización de granos malteados (que contiene enzimas) para convertir el almidón a partir de granos en azúcar y luego la adición de levaduras específicos para producir cerveza. En este proceso los carbohidratos en los granos se dividen en alcoholes como el etanol. Antiguos indios también usaban los jugos de la planta Ephedra Vulgaris y usado para llamar Soma. Otras culturas posteriores produjeron el proceso de La fermentación del ácido láctico que permitió la fermentación y la preservación de otras formas de alimentos. La fermentación se utilizó también en este período de tiempo para producir pan fermentado. Aunque el proceso de fermentación no se entendía del todo hasta Louis Pasteur trabajo 's en 1857, sigue siendo el primer uso de la biotecnología para convertir una fuente de alimento en otra forma.

Las combinaciones de plantas y otros organismos se utilizaron como medicamentos en muchas civilizaciones tempranas. Desde ya en el año 200 aC, la gente comenzó a usar cantidades discapacitados o minutos de agentes infecciosos para inmunizarse contra las infecciones. Estos y otros procesos se han refinado en la medicina moderna y han llevado a muchos desarrollos tales como antibióticos , vacunas y otros métodos de lucha contra la enfermedad.

A principios del siglo XX, los científicos obtuvieron una mayor comprensión de microbiología y formas exploradas de la fabricación de productos específicos. En 1917, Chaim Weizmann utiliza primero un cultivo microbiológico pura en un proceso industrial, que de la fabricación almidón de maíz usando Clostridium acetobutylicum para producir acetona , que el Reino Unido necesita desesperadamente para fabricar explosivos durante la Primera Guerra Mundial .

El campo de la biotecnología moderna se cree que han comenzado en gran medida de 16 de junio de 1980 , cuando la Corte Suprema de Estados Unidos dictaminó que un modificado genéticamente microorganismo podría ser patentado en el caso de Diamond v. Chakrabarty. Indian-nacido Ananda Chakrabarty, trabajando para General Electric, había desarrollado una bacteria (derivado de la Género Pseudomonas) capaces de degradar petróleo crudo, que se propone utilizar en el tratamiento de los derrames de petróleo.

Se espera que los ingresos en la industria para crecer un 12,9% en 2008. Otro factor que influye en el éxito del sector de la biotecnología se ha mejorado la legislación de derechos de propiedad intelectual - y la aplicación - en todo el mundo, así como fortalecimiento de la demanda de productos médicos y farmacéuticos para hacer frente a un envejecimiento , y la población enferma, Estados Unidos.

Se espera que la creciente demanda de biocombustibles para ser una buena noticia para el sector de la biotecnología, con el Departamento de Energía de la estimación de etanol podría reducir el uso de Estados Unidos el consumo de combustible derivado del petróleo en un 30% en 2030. El sector de la biotecnología ha permitido a la industria de la agricultura de Estados Unidos para aumentar rápidamente su oferta de maíz y soja - los principales insumos en biocombustibles - por el desarrollo de las semillas modificadas genéticamente que son resistentes a las plagas ya la sequía. Al aumentar la productividad agrícola, la biotecnología juega un papel crucial para garantizar que se cumplan los objetivos de producción de biocombustibles.

Aplicaciones

La biotecnología tiene aplicaciones en cuatro grandes áreas industriales, incluyendo el cuidado de la salud (médico), la producción de cultivos y la agricultura, productos no alimentarios (industrial) los usos de cultivos y otros productos (por ejemplo, plásticos biodegradables, aceite vegetal, biocombustibles ), y los usos ambientales.

Por ejemplo, una aplicación de la biotecnología es el uso dirigido de organismos para la fabricación de productos orgánicos (los ejemplos incluyen cerveza y leche productos). Otro ejemplo es el uso presente de forma natural bacterias por la industria de la minería en biolixiviación. La biotecnología también se utiliza para reciclar, tratar los residuos, limpieza de sitios contaminados por actividades industriales ( biorremediación), y también para producir armas biológicas.

Una serie de términos derivados han sido acuñado para identificar varias ramas de la biotecnología, por ejemplo:

• Biotecnología roja se aplica a médicos procesos. Algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir antibióticos , y la ingeniería de curas genéticos a través de la manipulación genómica.

Una planta de rosa que comenzó como células cultivadas en un cultivo de tejido

• Biotecnología verde es la biotecnología aplicada a la agricultura procesos. Un ejemplo podría ser la selección y domesticación de las plantas a través de micropropagación. Otro ejemplo es el diseño de plantas transgénicas crezcan bajo condiciones ambientales específicas o en presencia (o ausencia) de ciertos productos químicos agrícolas. Una esperanza es que la biotecnología verde podría producir soluciones más respetuosas con el medio ambiente que la agricultura industrial tradicional. Un ejemplo de esto es la ingeniería de una planta para expresar una pesticidas, eliminando así la necesidad de la aplicación externa de pesticidas. Un ejemplo de esto sería Maíz Bt. Sea o no productos de la biotecnología verde como éste son en última instancia, más el medio ambiente es un tema de considerable debate.

• La biotecnología blanca, también conocida como biotecnología industrial, es la biotecnología aplicada a la industria procesos. Un ejemplo es el diseño de un organismo para producir un producto químico útil. Otro ejemplo es el uso de de enzimas como industriales catalizadores a cualquiera producen químicos valiosos o destruir contaminantes químicos peligrosos /. La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales.

• Biotecnología azul es un término que se ha utilizado para describir la aplicaciones acuáticas de la biotecnología marina y, pero su uso es relativamente raro.

• Las inversiones y la producción económica de todos estos tipos de biotecnologías aplicadas forman lo que se ha descrito como el bioeconomía.

• Bioinformática es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas biológicos usando técnicas computacionales, y hace que la organización rápida y el análisis de datos biológicos posible. El campo también puede ser denominado como la biología computacional, y se puede definir como "la conceptualización de la biología en términos de moléculas y luego la aplicación de técnicas informáticas para entender y organizar la información asociada con estas moléculas, a gran escala." Bioinformática desempeña un papel clave en diversas áreas, tales como genómica funcional, genómica estructural, y proteómica, y forma un componente clave en el sector de la biotecnología y farmacéutica.

Medicina

En la medicina, la biotecnología moderna tiene aplicaciones prometedoras en áreas tales como

• farmacogenómica;
• la producción de drogas;
• pruebas genéticas; y
• terapia genética.

Farmacogenómica

Chip de ADN Microarray - Algunos pueden hacer tantos como un millón de pruebas de sangre a la vez

La farmacogenómica es el estudio de cómo la herencia genética de un individuo afecta a la respuesta a su / su cuerpo a las drogas. Es una palabra acuñada deriva de las palabras " farmacología "y" genómica ". Es por lo tanto el estudio de la relación entre productos farmacéuticos y la genética. La visión de la farmacogenómica es ser capaz de diseñar y producir medicamentos que se adapten a la composición genética de cada persona.

Resultados farmacogenómica en los siguientes beneficios:

1. El desarrollo de medicamentos personalizados. Uso de la farmacogenómica, las compañías farmacéuticas pueden crear fármacos basado en las proteínas , enzimas y Moléculas de ARN que están asociados con los genes y enfermedades específicas. Estos fármacos a medida prometen no sólo para maximizar los efectos terapéuticos, sino también para disminuir el daño a las células sanas cercanas.

2. Los métodos más precisos para determinar la dosis de los medicamentos apropiados. Conocer la genética de un paciente permitirá a los médicos a determinar qué tan bien puede procesar su / su cuerpo y metabolizar un medicamento. Esto maximizará el valor de la medicina y disminuir la probabilidad de sobredosis.

3. Mejoras en el proceso de descubrimiento y de aprobación de medicamentos. El descubrimiento de terapias potenciales será más fácil el uso de objetivos del genoma. Los genes se han asociado con numerosas enfermedades y trastornos. Con la biotecnología moderna, estos genes se pueden utilizar como dianas para el desarrollo de nuevas terapias eficaces, lo que puede acortar significativamente el proceso de descubrimiento de fármacos.

4. vacunas mejor. Vacunas más seguras pueden ser diseñados y producidos por organismos transformados por medio de la ingeniería genética. Estas vacunas provocará la respuesta inmune sin los riesgos concomitantes de la infección. Ellos serán barato, estable, fácil de almacenar, y capaz de ser diseñados para llevar a varias cepas de patógenos a la vez.

Productos farmaceuticos

Imagen generada por computadora de hexámeros de insulina que destacan la triple simetría , las de zinc iones mantenga unida, y la residuos de histidina implicados en la unión de cinc.

La mayoría de las drogas farmacéuticas tradicionales son moléculas relativamente simples que se han encontrado principalmente a través de ensayo y error para tratar los síntomas de una enfermedad o enfermedad. Los productos biofarmacéuticos son grandes moléculas biológicas conocidas como proteínas y éstas se dirigen generalmente los mecanismos subyacentes y las vías de una enfermedad (pero no siempre, como es el caso con el uso de la insulina para tratar diabetes mellitus tipo 1, ya que el tratamiento sólo se ocupa de los síntomas de la enfermedad, no la causa subyacente que es autoinmunidad); es una industria relativamente joven. Ellos pueden hacer frente a los objetivos en los seres humanos que pueden no ser accesibles con medicamentos tradicionales. Un paciente normalmente se dosifica con una pequeña molécula a través de un comprimido, mientras que una molécula grande se inyecta normalmente.

Las moléculas pequeñas son fabricados por la química, pero las moléculas más grandes son creados por células tales como los encontrados en el cuerpo humano vivo: por ejemplo, células bacterianas, células de levadura, animal o células vegetales.

La biotecnología moderna se asocia a menudo con el uso de alterado genéticamente microorganismos tales como E. coli o de levadura para la producción de sustancias como el sintético insulina o antibióticos . También puede referirse a animales transgénicos o plantas transgénicas, tales como Maíz Bt. Células de mamíferos genéticamente alterados, tales como Células de ovario de hámster chino (CHO), también se utilizan para la fabricación de ciertos productos farmacéuticos. Otra aplicación prometedora nueva biotecnología es el desarrollo de productos farmacéuticos producidos por plantas.

La biotecnología también se asocia comúnmente con los avances de la señal en nuevas terapias médicas para tratar hepatitis B, hepatitis C, cánceres , la artritis, la hemofilia , fracturas óseas, esclerosis múltiple , y trastornos cardiovasculares. La industria de la biotecnología también ha sido fundamental en el desarrollo de dispositivos de diagnóstico molecular que puede ser utilizado para definir la población diana de pacientes para un biofarmacéutica dado. Herceptin, por ejemplo, fue el primer fármaco aprobado para su uso con una prueba de diagnóstico a juego y se utiliza para tratar el cáncer de mama en mujeres cuyas células cancerosas expresan la proteína HER2.

La biotecnología moderna puede ser utilizado para la fabricación de medicamentos ya existentes de manera relativamente fácil y barata. Los primeros productos de ingeniería genética eran medicamentos diseñados para tratar enfermedades humanas. Para citar un ejemplo, en 1978 Genentech desarrolló humanizada sintética de insulina al unirse a su gen con una plásmido vector insertado en la bacteria Escherichia coli. La insulina, ampliamente utilizado para el tratamiento de la diabetes, se extrajo previamente de los páncreas de animales de matadero (ganado vacuno y / o cerdos). La bacteria genéticamente modificada resultante permitió a la producción de grandes cantidades de insulina humana sintética a un costo relativamente bajo, aunque se utilizó el ahorro de costes para aumentar los beneficios para los fabricantes, que no llega a los consumidores o de sus proveedores de atención médica. Según un estudio de 2003 llevado a cabo por la Federación Internacional de Diabetes (IDF) en el acceso y la disponibilidad de la insulina en sus países miembros, la insulina sintética "humano" es considerablemente más caro en la mayoría de países en los que ambos y la insulina animal "humano" sintéticos son comercialmente disponible: por ejemplo, en los países europeos el precio medio de la insulina sintética "humano" era dos veces mayor que el precio de la insulina de cerdo. Sin embargo, en su declaración de posición, las FDI escribe que "no hay pruebas contundentes para preferir una especie de la insulina sobre otra" y "[modernas, altamente purificadas] insulinas animales siguen siendo una alternativa perfectamente aceptable.

La biotecnología moderna ha evolucionado, por lo que es posible producir más fácilmente y de forma relativamente barata hormona de crecimiento humana, factores de coagulación para los hemofílicos , medicamentos para la fertilidad, eritropoyetina y otras drogas. La mayoría de los medicamentos de hoy se basan en unos 500 dianas moleculares. Se espera que el conocimiento genómico de los genes implicados en enfermedades, enfermedad de las vías y sitios droga-respuesta para conducir al descubrimiento de miles de nuevos objetivos.

Las pruebas genéticas

La electroforesis en gel

Las pruebas genéticas implica el examen directo del ADN propia molécula. Un científico escanea muestra de ADN de un paciente para secuencias mutadas.

Hay dos tipos principales de pruebas genéticas. En el primer tipo, un investigador puede diseñar piezas cortas de ADN ("sondas") cuyas secuencias son complementarias a las secuencias mutadas. Estas sondas buscarán su complemento entre los pares de bases del genoma de un individuo. Si la secuencia mutada está presente en el genoma de la paciente, la sonda se unirá a ella y la bandera de la mutación. En el segundo tipo, un investigador puede realizar la prueba de genes mediante la comparación de la secuencia de bases de ADN en el gen de un paciente a la enfermedad en individuos sanos o de su progenie.

Las pruebas genéticas se utiliza ahora para:

• Determinar el sexo
• Detección de portadores, o la identificación de los individuos no afectados que llevan una copia de un gen de una enfermedad que requiere dos copias para que la enfermedad se manifieste
• Cribado diagnóstico prenatal
• Evaluación del recién nacido
• Prueba presintomática para predecir los trastornos del adulto
• Prueba presintomática para estimar el riesgo de desarrollar cánceres del adulto
• Diagnóstico confirmatorio de individuos sintomáticos
• Pruebas forenses / identidad

Algunas pruebas genéticas ya están disponibles, aunque la mayoría de ellos se utilizan en los países desarrollados. Las pruebas disponibles actualmente puede detectar mutaciones asociadas con enfermedades genéticas raras como la fibrosis quística , anemia de células falciformes y la enfermedad de Huntington . Recientemente, se han desarrollado pruebas para detectar la mutación de un puñado de condiciones más complejas como el de mama, de ovario, y cánceres de colon. Sin embargo, las pruebas genéticas pueden no detectar cada mutación asociada con una condición particular, porque muchos están aún por descubrir, y los que no detectan pueden presentar riesgos diferentes para diferentes personas y poblaciones.

Cuestiones controvertidas

La bacteria E. coli es rutinariamente la ingeniería genética.

Se han planteado varias cuestiones sobre el uso de las pruebas genéticas:

1. Ausencia de cura. Todavía hay una falta de tratamiento efectivo o medidas preventivas para muchas enfermedades y condiciones que son diagnosticadas o pronosticados mediante pruebas genéticas. Por lo tanto, revelando información sobre el riesgo de una futura enfermedad que no tiene cura existente presenta un dilema ético para los médicos.

2. La propiedad y el control de la información genética. ¿Quién va a poseer y controlar la información genética, o información acerca de los genes, productos de genes o características heredadas derivada de un individuo o un grupo de personas como las comunidades indígenas? A nivel macro, hay una posibilidad de una brecha genética, con los países en desarrollo que no tienen acceso a las aplicaciones médicas de la biotecnología ser privados de los beneficios derivados de los productos derivados de genes obtenidos de su propia gente. Por otra parte, la información genética puede suponer un riesgo para los grupos de población minoritarios, ya que puede llevar a la estigmatización grupo.

A nivel individual, la falta de privacidad y de protección jurídica contra la discriminación en la mayoría de los países puede conducir a la discriminación en el empleo o un seguro u otro mal uso de la información genética personal. Esto plantea preguntas tales como si la intimidad genética es diferente de la privacidad médica.

3. Problemas Reproductivos. Estos incluyen el uso de la información genética en la toma de decisiones sobre la reproducción y la posibilidad de las células reproductoras que alteran genéticamente que pueden ser transmitidas a las generaciones futuras. Por ejemplo, la terapia germinal cambia para siempre la estructura genética de los descendientes de un individuo. Por lo tanto, cualquier error en la tecnología o el juicio puede tener consecuencias de largo alcance. Las cuestiones éticas como los bebés de diseño y la clonación humana también han dado lugar a controversias entre dos o más científicos y expertos en bioética, especialmente a la luz de los abusos del pasado con eugenesia.

4. Aspectos clínicos. Dichos objetivos se centran en las capacidades y limitaciones de los médicos y otros proveedores de servicios de salud, las personas identificadas con condiciones genéticas, y el público en general en el tratamiento de la información genética.

5. Efectos sobre las instituciones sociales. Las pruebas genéticas revelan información sobre los individuos y sus familias. Por lo tanto, los resultados de las pruebas pueden afectar la dinámica dentro de las instituciones sociales, particularmente la familia.

6. implicaciones conceptuales y filosóficas sobre la responsabilidad humana, el libre albedrío vis-à-vis el determinismo genético, y los conceptos de salud y enfermedad.

Terapia genética

La terapia génica utilizando una Vector de adenovirus. Un nuevo gen se inserta en un vector de adenovirus, que se utiliza para introducir el modificado de ADN en una célula humana. Si el tratamiento tiene éxito, el nuevo gen hará un funcional de proteínas .

La terapia génica se puede usar para tratar, o incluso curar, enfermedades genéticas y adquiridas como el cáncer y el SIDA mediante el uso de genes normales para complementar o reemplazar genes defectuosos o para reforzar una función normal, como la inmunidad. Se puede utilizar para apuntar somáticas (es decir, cuerpo) o germen de células (es decir, el huevo y el esperma). En la terapia génica somática, se cambia el genoma del receptor, pero este cambio no se pasa a la próxima generación. Por el contrario, en la terapia génica germinal, los óvulos y espermatozoides de los padres se cambian con el propósito de transmitir los cambios a su descendencia.

Existen básicamente dos formas de implementar un tratamiento de terapia génica:

1. Ex vivo, lo que significa "fuera del cuerpo" - Las células de la sangre o del paciente médula ósea se retiran y se cultiva en el laboratorio. A continuación, se exponen a un virus que lleva el gen deseado. El virus entra en las células, y el gen deseado se convierte en parte del ADN de las células. Las células se dejaron crecer en el laboratorio antes de ser devuelta al paciente por inyección en una vena.

2. In vivo, que significa "dentro del cuerpo" - No hay células se retiran del cuerpo del paciente. En lugar de ello, los vectores se utilizan para entregar el gen deseado a las células en el cuerpo del paciente.

Actualmente, el uso de la terapia génica es limitado. La terapia génica somática es principalmente en la etapa experimental. La terapia germinal es objeto de mucha discusión, pero no se está investigando activamente en animales más grandes y los seres humanos.

A junio de 2001, más de 500 ensayos de terapia génica clínicos con cerca de 3.500 pacientes han sido identificados en todo el mundo. Cerca del 78% de ellos están en los Estados Unidos, con Europa que tiene un 18%. Estos ensayos se centran en varios tipos de cáncer, aunque otras enfermedades multigénicas se están estudiando también. Recientemente, dos niños nacidos con trastorno de inmunodeficiencia combinada severa ("SCID") se reportaron haber sido curado tras recibir células modificadas genéticamente.

La terapia génica se enfrenta a muchos obstáculos antes de que pueda convertirse en un enfoque práctico para el tratamiento de la enfermedad. Al menos cuatro de estos obstáculos son los siguientes:

1. Herramientas de suministro de genes. Los genes se insertan en el cuerpo utilizando portadores de genes denominados vectores. Los vectores más comunes ahora son los virus, que han evolucionado de manera de encapsular y entregar sus genes a las células humanas de una manera patógena. Los científicos manipular el genoma del virus mediante la eliminación de los genes causantes de enfermedades y la inserción de los genes terapéuticos. Sin embargo, mientras que los virus son eficaces, pueden introducir problemas como la toxicidad, las respuestas inmunes e inflamatorias, y el control de genes y cuestiones de orientación.

2. El conocimiento limitado de las funciones de los genes. Actualmente, los científicos saben que las funciones de sólo unos pocos genes. Por lo tanto, la terapia génica puede abordar sólo algunos genes que causan una enfermedad particular. Peor aún, no se sabe con exactitud si los genes tienen más de una función, lo que crea incertidumbre en cuanto a si la sustitución de dichos genes es de hecho deseable.

3. Los trastornos Multigene y efecto del ambiente. La mayoría de los trastornos genéticos implican más de un gen. Por otra parte, la mayoría de las enfermedades implican la interacción de varios genes y el medio ambiente. Por ejemplo, muchas personas con cáncer no sólo heredan el gen de la enfermedad de la enfermedad, pero también pueden haber fallado a heredar los genes supresores de tumores específicos. Dieta, ejercicio, tabaquismo y otros factores ambientales también pueden haber contribuido a su enfermedad.

4. Los altos costos. Dado que la terapia génica es relativamente nuevo y en una fase experimental, es un tratamiento costoso emprender. Esto explica por qué los estudios actuales se centran en las enfermedades que comúnmente se encuentran en los países desarrollados, donde más gente puede permitirse el lujo de pagar el tratamiento. Pueden pasar décadas antes de que los países en desarrollo pueden beneficiarse de esta tecnología.

Proyecto Genoma Humano

La réplica de la imagen del Proyecto del Genoma Humano (PGH)

La Proyecto Genoma Humano es una iniciativa del Departamento de Energía de EE.UU. ("DOE") que tiene como objetivo generar una secuencia de referencia de alta calidad para todo el genoma humano e identificar todos los genes humanos.

El DOE y sus agencias predecesoras fueron asignados por el Congreso de Estados Unidos para el desarrollo de nuevas fuentes de energía y tecnologías y de procurar un entendimiento más profundo de potenciales riesgos sanitarios y medioambientales que plantea su producción y uso. En 1986, el DOE anunció su Iniciativa Genoma Humano. Poco después, el Departamento de Energía y los Institutos Nacionales de Salud elaboró un plan para un Proyecto Genoma Humano conjunta ("HGP"), que comenzó oficialmente en 1990.

El PGH fue originalmente planeado para durar 15 años. Sin embargo, los rápidos avances tecnológicos y la participación de todo el mundo aceleraron la fecha de finalización para 2003 (por lo que es un proyecto de 13 años). Ya se ha habilitado los cazadores de genes para identificar genes asociados con más de 30 trastornos.

Clonación

La clonación implica la eliminación del núcleo de una célula y su colocación en un óvulo no fertilizado cuyo núcleo ha sido o bien desactivado o eliminado.

Hay dos tipos de clonación:

1. La clonación reproductiva. Después de unas pocas divisiones, la célula huevo se coloca en un útero donde se le permite convertirse en un feto que es genéticamente idéntico al donante del núcleo original.

2. La clonación terapéutica. El huevo se coloca en una Placa de Petri donde se desarrolla en las células madre embrionarias, que han mostrado potenciales para el tratamiento de varias dolencias.

En febrero de 1997, la clonación se convirtió en el foco de atención de los medios cuando Ian Wilmut y sus colegas del Instituto Roslin anunciaron la clonación exitosa de una oveja, llamada Dolly, de las glándulas mamarias de una mujer adulta. La clonación de Dolly hizo evidente para muchos que las técnicas utilizadas para producir ella algún día se podrían utilizar para clonar seres humanos. Esto despertó una gran controversia por sus implicaciones éticas.

Agricultura

Mejorar el rendimiento de los cultivos

Utilizando las técnicas de la biotecnología moderna, uno o dos genes pueden ser transferidos a una variedad de cultivo altamente desarrollado para impartir un nuevo carácter que aumentaría su rendimiento (30). Sin embargo, mientras que los aumentos en el rendimiento del cultivo son las aplicaciones más evidentes de la biotecnología moderna en la agricultura, sino que también es la más difícil. Técnicas de ingeniería genética actuales funcionan mejor para los efectos que son controlados por un solo gen. Muchas de las características genéticas asociadas con el rendimiento (por ejemplo, el crecimiento mejorada) son controlados por un gran número de genes, cada uno de los cuales tiene un efecto mínimo en el rendimiento global (31). Existe, por tanto, mucho trabajo científico que se realiza en esta área.

Reducción de la vulnerabilidad de los cultivos a las tensiones ambientales

Los cultivos que contienen genes que les permitan soportar los estreses bióticos y abióticos pueden ser desarrollados. Por ejemplo, la sequía y el suelo excesivamente salado son dos importantes factores en la productividad de los cultivos limitante. Los biotecnólogos están estudiando las plantas que pueden hacer frente a estas condiciones extremas, con la esperanza de encontrar los genes que les permiten hacerlo y, finalmente, la transferencia de estos genes a los cultivos más deseables. Una de las últimas novedades es la identificación de un gen vegetal, At-DBF2, desde berro, una pequeña mala hierba que se utiliza a menudo para la investigación de plantas, ya que es muy fácil de cultivar y su código genético está bien trazado. Cuando se insertó este gen en tomate y tabaco células (véase La interferencia de ARN), las células fueron capaces de resistir presiones ambientales como la sal, la sequía, el frío y el calor, mucho más que las células normales. Si estos resultados preliminares demuestran éxito en ensayos más grandes, a continuación, At-DBF2 genes pueden ayudar en los cultivos de ingeniería que pueden soportar mejor ambientes hostiles (32). Los investigadores también han creado plantas de arroz transgénicas que son resistentes a arroz virus del moteado amarillo (RYMV). En África, este virus destruye la mayoría de los cultivos de arroz y hace que las plantas que sobrevivieron más susceptibles a las infecciones por hongos (33).

El aumento de las cualidades nutricionales de los cultivos de alimentos

Las proteínas en los alimentos pueden ser modificados para aumentar sus cualidades nutricionales. Las proteínas en legumbres y cereales pueden ser transformadas para proporcionar los aminoácidos necesarios por los seres humanos para una dieta equilibrada (34). Un buen ejemplo es el trabajo de los profesores Ingo Potrykus y Peter Beyer en la llamada Goldenrice (discutido más adelante).

Mejora el sabor, la textura o apariencia de los alimentos

La biotecnología moderna se puede utilizar para frenar el proceso de degradación de manera que la fruta puede madurar más tiempo en la planta y luego ser transportado al consumidor con una vida útil todavía razonable. Esto mejora el sabor, la textura y la apariencia de la fruta. Más importante aún, se podría ampliar el mercado de los agricultores en los países en desarrollo debido a la reducción en el deterioro.

El primer producto alimenticio modificado genéticamente era un tomate que fue transformado para retrasar su maduración (35). Los investigadores en Indonesia , Malasia , Tailandia , Filipinas y Vietnam están trabajando actualmente en retraso de maduración de papaya en colaboración con la Universidad de Nottingham y Zeneca (36).

Biotecnología en la producción de queso: las enzimas producidas por microorganismos proporcionan una alternativa a cuajo animal - un coagulante queso - y una oferta alternativa para los fabricantes de queso. Esto también elimina posibles preocupaciones del público con materiales de origen animal, aunque actualmente no hay planes para desarrollar la leche sintética, con lo que este argumento menos convincente. Las enzimas ofrecen una alternativa respetuosa con los animales de cuajo animal. Mientras que proporciona una calidad comparable, que son teóricamente también menos costoso.

Cerca de 85 millones de toneladas de harina de trigo se utiliza cada año para hacer pan. Mediante la adición de una enzima llamada amilasa maltogénica a la harina, el pan se mantiene fresco por más tiempo. Suponiendo que el 10-15% de los panes se tira, si sólo podía mantenerse fresco otros 5-7 días después se salvarían 2 millones de toneladas de harina por año. Esto corresponde al 40% del pan que se consume en un país como los EE.UU.. Esto significa más pan esté disponible sin aumento de entrada. En combinación con otras enzimas, pan también se puede hacer más grande, más apetitoso y mejor en una gama de formas.

Menor dependencia de fertilizantes, pesticidas y otros productos agroquímicos

La mayoría de las aplicaciones comerciales actuales de la biotecnología moderna en la agricultura son la reducción de la dependencia de los agricultores en productos agroquímicos. Por ejemplo, Bacillus thuringiensis (Bt) es una bacteria del suelo que produce una proteína con cualidades insecticidas. Tradicionalmente, un proceso de fermentación se ha utilizado para producir un aerosol insecticida de estas bacterias. De esta forma, la Toxina Bt se produce como una forma inactiva protoxina, que requiere la digestión por un insecto que sea eficaz. Hay varias toxinas Bt y cada uno es específico para ciertos insectos objetivo. Las plantas de cultivo ahora han sido diseñados para contener y expresar los genes de la toxina de Bt, que se producen en su forma activa. Cuando un insecto susceptible ingiere la cultivar cultivo transgénico que expresa la proteína Bt, se detiene la alimentación y poco después muere como resultado de la toxina Bt unión a su pared intestinal.El maíz Bt es ahora comercialmente disponible en un número de países para controlarel barrenador del maíz (un insecto lepidóptero), que se controla de otra manera por pulverización (un proceso más difícil).

Los cultivos también han sido diseñados genéticamente para adquirir tolerancia al amplio espectro herbicida. La falta de herbicidas rentables con actividad de amplio espectro y ningún daño al cultivo era una limitación consistente en el control de malezas de los cultivos. Múltiples aplicaciones de numerosos herbicidas se usan rutinariamente para controlar una amplia gama de especies de malas hierbas perjudiciales para cultivos agronómicos. Gestión Weed tendía a confiar en preemergencia - es decir, las aplicaciones de herbicidas se pulverizaron en respuesta a infestaciones de malezas esperados en lugar de en respuesta a las malas hierbas reales presentes. Cultivo Mecánica y deshierbe manual eran a menudo necesaria para controlar las malezas no controladas por las aplicaciones de herbicidas. La introducción de cultivos tolerantes a herbicidas tiene el potencial de reducir el número de herbicidas ingredientes activos utilizados para el control de malezas, reduciendo el número de aplicaciones de herbicidas realizadas durante una temporada, y el aumento de rendimiento debido a un mejor manejo de las malezas y menos daño al cultivo. Los cultivos transgénicos que expresan tolerancia a glifosato, glufosinato y bromoxinilo se han desarrollado. Estos herbicidas pueden ahora ser rociados sobre los cultivos transgénicos sin causar daños en los cultivos, mientras que matar malezas cercanas (37).

De 1996 a 2001, la tolerancia a herbicidas fue el rasgo más dominante introducido cultivos transgénicos disponibles en el mercado, seguida de la resistencia a insectos. En 2001, la tolerancia a herbicidas desplegado en la soja , el maíz y el algodón representó el 77% de los 626.000 kilómetros cuadrados plantada con cultivos transgénicos; Cultivos Bt representaron el 15%; y "genes apilados" para la tolerancia a herbicidas y resistencia a insectos utilizado tanto en algodón y maíz representaron el 8% (38).

Producción de sustancias novedosas en plantas de cultivo

Se está aplicando para la novela Biotecnología usos distintos de la alimentación. Por ejemplo, oleaginosa puede ser modificado para producir ácidos grasos para detergentes, sustitutos de combustibles y productos petroquímicos. Potatos , tomates, arroz , tabaco , lechuga , cártamo y otras plantas han sido con ingeniería genética para producir insulina y ciertas vacunas. Si los futuros ensayos clínicos tienen éxito, las ventajas de las vacunas comestibles serían enormes, especialmente para los países en desarrollo. Las plantas transgénicas pueden cultivarse localmente y barata. Vacunas Homegrown también evitarían problemas logísticos y económicos que plantea el tener que transportar las preparaciones tradicionales a través de largas distancias y mantenerlos mientras que el frío en tránsito. Y puesto que son comestible, no se necesitan jeringas, que son no sólo un gasto adicional en las preparaciones de vacunas tradicionales, sino también una fuente de infecciones si está contaminado. En el caso de la insulina crecido en plantas transgénicas, es bien establecido que el sistema gastrointestinal rompe la proteína hacia abajo por lo tanto este momento, no podría ser administrado como una proteína comestible. Sin embargo, podría ser producido a un costo significativamente menor que la insulina producida en costoso, biorreactores. Por ejemplo, con sede en Canadá Calgary, SemBioSys Genetics, Inc. informa que su insulina producida por cártamo reducirá los costos unitarios por más del 25% o más y reducir los costos de capital asociados a la construcción de una planta de fabricación de insulina a escala comercial en aproximadamente 100 millones de dólares en comparación con las instalaciones de biofabricación tradicionales.

Crítica

Hay otro aspecto de la cuestión de la biotecnología agrícola sin embargo. Incluye incrementado el uso de herbicidas y la resistencia a herbicidas resultante, "supermalezas" residuos sobre y en los cultivos de alimentos, la contaminación genética de cultivos no modificados genéticamente que perjudicó a los agricultores orgánicos y convencionales, el daño a la vida silvestre de glifosato, etc.

Ingeniería Biológica

Ingeniería Biotecnológica o ingeniería biológica es una rama de la ingeniería que se centra en la biotecnología y las ciencias biológicas. Incluye diferentes disciplinas como la ingeniería bioquímica, ingeniería biomédica, ingeniería bio-procesos, ingeniería biosistema y así sucesivamente. Debido a la novedad del campo, la definición de un bioingeniero todavía indefinido. Sin embargo, en general se trata de un enfoque integrado de los fundamentales ciencias biológicas y los principios tradicionales de ingeniería.

Bioingenieros a menudo se emplean para ampliar los procesos biológicos de la escala de laboratorio a la escala de fabricación. Por otra parte, al igual que con la mayoría de los ingenieros, a menudo se ocupan de cuestiones de gestión, económicos y jurídicos. Desde patentes y regulación (por ejemplo, la regulación de la FDA en los EE.UU.) son cuestiones muy importantes para las empresas de biotecnología, los bioingenieros a menudo se requiere tener conocimientos relacionados con estos temas.

El creciente número de empresas de biotecnología puede crear una necesidad de bioingenieros en los años venideros. Muchas universidades de todo el mundo están proporcionando programas en bioingeniería y biotecnología (como programas independientes o programas especiales dentro de los campos de ingeniería más establecidas) ..

Investigadores notables y particulares

• Canadá:Frederick Banting,Lap-Chee Tsui,Tak Wah Mak,Lorne Babiuk
• Europa:Paul Nurse,Jacques Monod,Francis Crick
• Finlandia:Leena Palotie
• Islandia:Kari Stefansson
• India:Kiran Mazumdar-Shaw (Biocon)
• Irlanda:Timoteo O'Brien,Dermot Kelleher P
• México:Francisco Bolívar Zapata,Luis Herrera-Estrella
• Estados Unidos:David Botstein,Craig Venter, Sydney Brenner, Eric Lander,Leroy Hood,Robert Langer,James J. Collins,Roger Beachy,Herbert Boyer,Michael West,Thomas Okarma,James D. Watson