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12.4. Biotecnología

Biotecnología

Biotecnología

Se puede definir biotecnología como el conjunto de técnicas que utilizan organismos vivos o sus componentes para la obtención de productos, bienes y servicios útiles para las personas. 

Biorremediación

La biorremediación (o remediación biológica) es cualquier proceso biotecnológico que utiliza microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para recuperar un medio ambiente alterado por contaminantes a su estado natural.

La biorremediación puede tener muchas utilidades:

  • Uso de microorganismos en la eliminación de mareas negras, herbicidas o pesticidas.
  • Depuración de aguas residuales y compostaje.
  • Lixiviación microbiana o biolixiviación. En menas con baja concentración de metal se utilizan bacterias como Thiobacillus ferrooxidans para solubilizar los metales y que precipiten en otro lugar.
  • Bioacumulación (líquenes, musgos, etc...)
  • Control de plagas.

Microorganismos en la industria

Los microorganismos son utilizados en distintos procesos industriales:

  • Industria farmacéutica:
    • Síntesis de antibióticos. Los antibióticos son sustancias producidas por hongos y bacterias que matan o impiden que crezcan otros microorganismos. Fueron descubiertos cuando en 1929, Alexander Fleming observó que en una placa en la que había un cultivo de la bacteria Staphylococcus aureus que había sido contaminada por un hongo (Penicillium notattum) esas bacterias no crecían.
    • Síntesis de hormonas. Las bacterias Escherichia coli se usan para la producción de insulina.
    • Síntesis de interferón. Los interferones son proteínas que intervienen en el sistema inmunológico y que pueden ser producidas por bacterias a nivel industrial.
    • Síntesis de vacunas y anticuerpos.
    • Síntesis de vitaminas, aminoácidos y enzimas.
      • Vitaminas. Algunas vitaminas, como la vitamina B12, se producen industrialmente a partir de las bacterias Pseudomonas y Propioniobacterium.
      • Aminoácidos. Aminoácidos como el ácido glutámico, la lisina, la glicina, la metionina y la alanina, útiles en la industria alimentaria, son producidos por bacterias de los géneros Corynebacterium y Brevibacterium.
      • Enzimas. Diversos hongos y bacterias producen enzimas como proteasas, amilasas, renina, etc.
  • Industria alimentaria.
  • Industria energética. Síntesis de bioalcoholes, biogás o gas natural y bioaceites.

Ingeniería genética

La ingeniería genética es la manipulación directa de los genes de un organismo usando la biotecnología para modificar los genes, eliminarlos o duplicarlos para alterar la composición genética de un organismo.

Los avances en la manipulación de genes ha permitido obtener microorganismos que produzcan moléculas importantes para los humanos, como hormonas proteicas, proteínas no hormonales, vacunas, interferón, e interleucinas.

La ingeniería genética de microorganismos se basa en introducir el gen encargado de la producción de una determinada molécula que se pretende conseguir, procedente del ADN donante, en el material genético de una bacteria, normalmente plásmidos. Después, las bacterias pueden producir dicha molécula. 

Las enzimas endonucleasas de restricción se encargan de romper el enlace entre los nucleótidos por el sitio específico. Los fragmentos del ADN donante se unen con los plásmidos rotos formando plásmidos recombinantes que contienen el ADN donante.

Algunos conceptos importantes:

  • ADN recombinante: El ADN recombinante es una molécula de ADN artificial creada en laboratorio por la unión de secuencias de ADN provenientes de dos organismos distintos. Al introducir este ADN recombinante en un organismo, se modifica su información genética y se alteran los rasgos existentes o aparecen nuevas características. La producción de una proteína no presente en un organismo determinado y producidas a partir de ADN recombinante, se llaman proteínas recombinantes.
  • Enzimas de restricción: las enzimas de restricción (o endonucleasa de restricción) son enzimas capaces de reconocer una secuencia determinada de nucleótidos dentro de una molécula de ADN y cortar en ese punto concreto. A este punto de corte se le llama sitio o diana de restricción. El corte se produce por hidrólisis del enlace fosfodiéster entre nucleótidos. Después, las ADN-ligasas son las enzimas que unirán los extremos de los fragmentos de ADN generados por las endonucleasas de restricción.
  • Vectores: Un vector génico es un agente que transfiere información genética, por algún medio, de un organismo a otro, normalmente un virus o un plásmido. En biotecnología, se utiliza un vector de clonación para llevar el ADN recombinante desde una célula donadora hasta otra célula receptora a la que se le inserta el gen que se quiere transferir. Después, se infecta la célula hospedadora con ese vector recombinante obteniéndose la célula transgénica.
  • PCR o Reacción en Cadena de la Polimerasa: mecanismo por el que se consigue obtener gran número de copias de un gen o fragmento de ADN.

OMG, organismos genéticamente modificados

Los organismos a los que se les ha aplicado la ingeniería genética para modificar su material genético se les llama “organismos genéticamente modificados”, conocidos por sus siglas en inglés, OMG. Los organismos transgénicos son OMG pero cuyos genes manipulados proceden de otro organismo.

Los organismos modificados genéticamente tienen unas propiedades que les permiten ser útiles en muchos campos:

  • En medicina (utilización de animales modificados genéticamente como modelos de enfermedades humanas, desarrollo de terapias).
  • En la industria farmacéutica (utilización de microorganismos recombinantes para la síntesis de antibióticos, hormonas como la insulina o la hormona de crecimiento, vacunas recombinantes).
  • En el medio ambiente (bacterias, cianobacterias y plantas modificadas capaces de eliminar hidrocarburos y pesticidas...).
  • En la agricultura (producción de insecticidas biológicos a través de bacterias modificadas genéticamente).
  • En la agricultura (utilización de plantas transgénicas para crear resistencia a insectos, enfermedades microbianas, herbicidas, mejorar el producto final).

Terapia génica

La terapia génica es el proceso por el que se modifica el material genético de células afectadas para reemplazar genes defectuosos y corregir el daño que causan en el organismo. Trata de eliminar las causas de la enfermedad para eliminar o reducir los síntomas que produce.

Preguntas que han salido en exámenes de acceso a la Universidad (Selectividad, EBAU, EvAU)

Aragón, Julio de 2020, cuestión 5

5. Responda las siguientes cuestiones: (2 puntos)

a) Defina biorremediación. Ponga dos ejemplos. (0,8 puntos)
b) Defina enzima de restricción, organismo modificado genéticamente (OMG) y terapia génica (1,2 puntos)

La Rioja, Julio de 2020, pregunta 18

Explique qué es el ADN recombinante. Indique qué función tienen los enzimas de restricción. ¿Qué es una PCR? ¿y una célula madre?

País Vasco, Julio de 2020, pregunta 1B

La Ingeniería Genética.

a) (0,5 puntos) Explica qué es un ADN recombinante.

b) (1 punto) Explica cómo se clona un gen y cómo se obtiene un ADN recombinante.

c) (1 punto) ¿Qué son y qué función tienen las enzimas de restricción en la ingeniería genética?

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