Biología para ingenieros/Aplicaciones biotecnológicas

Aplicaciones prácticas de la biotecnología a la ingeniería

Tipología de las áreas biotecnológicas

Biotecnología microbiana:La manipulación de microorganismos como las bacterias o las levaduras para fermentación de alimentos y bebidas, es una de las aplicaciones biotecnológicas más antiguas. Este tipo de biotecnología ha logrado el mejoramiento de enzimas y organismos para la optimización de procesos de producción y manufacturación no solo de la industria alimenticia sino también para procesos de descontaminación de desechos industriales. En el campo de la medicina, los microorganismos han sido utilizados para clonar y producir proteínas necesarias para ciertos medicamentos, como por ejemplo la insulina.

Biotecnología agrícola: Este tipo de biotecnología se basa en la manipulación genética de plantas para producir transgénicos con alteraciones como resistencia a sequías, tolerancia al frío y una mayor producción. En cuanto al campo de la medicina, las plantas pueden ser modificadas para producir una gran variedad de proteínas farmacéuticas en diferentes tejidos de diversas cosechas. Por otra parte, las plantas representan una ventaja sobre las bacterias, ya que producir proteínas recombinantes con materia vegetal significa un menor costo que hacerlo con microorganismos. La planta del tabaco, por ejemplo, ha sido modificada genéticamente para producir proteínas recombinantes en sus hojas, estas plantas pueden crecer en grandes campos para la fabricación molecular .

Biotecnología animal Este tipo de biotecnología evoluciona muy rápido y tiene amplias aplicaciones. Una de las más importantes es utilizar los animales como biorreactores para producir productos de interés, como lo son los anticuerpos, proteínas que usa el cuerpo para combatir agentes extraños como los virus. Dado que las proteínas de interés médico se necesitan a gran escala, se suelen utilizar animales transgénicos, un ejemplo de esto es cuando se introducen genes humanos de la proteína de la coagulación en vacas para que estas expresen la proteína en su leche. Otro uso importante de la biotecnología animal, son los experimentos de Knockout, en los que se altera un determinado gen en un animal para observar qué efectos trae este cambio y así definir el papel y la importancia de este gen en el organismo.

La clonación de la Oveja Dolly es quizá el experimento más famoso de biotecnología animal que existe. A partir de 1997, cuando esto ocurrió, se han creado muchos otros animales por medio de este método llamado transferencia de núcleos celulares. El potencial de la clonación animal radica en la posibilidad de producir órganos transgénicos que puedan trasplantarse en humanos sin riesgo a que los tejidos sean rechazados.

Biotecnología forense:Gracias a la biotecnología forense es posible tener una mayor certeza de quien es sospechoso ante la ley, basándose en pruebas de ADN. Este conjunto de métodos para la detección de un patrón genético único que hace uso de rastros de tejido, pelo, sangre u otros fluidos que fueron dejados en la escena del crimen, se conoce como “huellas genéticas”. Esta técnica también puede ser utilizada para reconocer restos humanos, realizar pruebas de paternidad e identificar genéticamente a especies en peligro de extinción. La identificación genética también se usa para seguir el curso y confirmar la expansión de enfermedades como el Sida y la tuberculosis. Una reciente aplicación de las huellas genéticas fue la identificación de sustitutos de mala calidad en la industria cárnica.

Biorremediación: La biorremediación procesa y degrada sustancias que contribuyen a la contaminación del medio ambiente considerados peligros medioambientales derivados principalmente del progreso industrial. Muchos de los procesos de la biorremediación dependen de la biotecnología microbiana, esto es un ejemplo de que los diferentes tipos de biotecnología no se excluyen mutuamente sino que al contrario, trabajan mutuamente. Un famoso ejemplo de biorremediación se dio en 1989 en Prince William Sound, Alaska, donde tras ocurrir una marea negra, se estimuló el crecimiento de bacterias degradantes de petróleo, las cuales, además de estar presentes en el suelo de Alaska, fueron capaces de limpiar la costa tres veces más rápido de lo que se hubiera tardado aplicando agentes químicos de limpieza.

Biotecnología acuática: Una de sus aplicaciones más antiguas es la acuicultura, donde se hace uso de la cría selectiva de mariscos y pescados como fuente alimenticia. Gracias a los avances en ingeniería genética, se han creado vacunas para enfermedades que afectan ciertos peces, así como variedades de ostras resistentes a enfermedades y salmones transgénicos que sobre producen hormonas de crecimiento, disminuyendo el tiempo necesario para criarlos para la venta. Por otra parte, muchos de los organismos acuáticos viven bajo condiciones extremas que son de interés científico, pues se cree que tienen genes, y por ende, proteínas y procesos metabólicos que pueden ser aplicadas para beneficio humano, como por ejemplo algunas moléculas anticancerígenas que han sido descubiertas en algunas especies de plancton y caracoles.

Biotecnología médica: Esta rama de la biotecnología ha logrado mejorar la salud del hombre por medio de múltiples e importantes aplicaciones como la creación de fármacos para tratar enfermedades y vacunas para prevenirlas. Gracias a la información que surge del proyecto del Genoma Humano, se han identificado causas genéticas de muchas enfermedades y se han propuesto tratamientos innovadores como la terapia génica, en la que a pacientes se les insertan genes nuevos o se reemplazan genes enfermos por genes sanos. Otra aplicación importante es la tecnología de células madre, pues gracias a su característica totipotencialidad, estas células inmaduras pueden ser cultivadas en laboratorio y estimuladas para producir diferentes tipos de tejido humano que, en caso de requerirlo, podrían ser trasplantados.

Figura 3: Árbol de la biotecnología. Las disciplinas que contribuyen a la biotecnología son las raíces, el tronco representa el enfoque central que es la ingeniería, y las ramas son los diferentes organismos, tecnologías y aplicaciones que brotan de esta

Prospección de la tecnología: Biomimética

La biomimética, también conocida como biomímesis, es la inspiración, el estudio e implementación de conceptos y principios de la naturaleza para crear nuevos materiales, dispositivos y sistemas aplicados para resolver problemas humanos a través de modelos. El éxito de la biomimética, parte del hecho de que gracias a la evolución, los diseños de la naturaleza se han perfeccionado por prueba y error a los largo de miles de millones de años. Algunos ejemplos de este tipo de inspiración en el diseño de productos son el velcro y el tren bala japonés

Velcro:Fue inventado en 1941 por George de Mestral, quien notó lo fácil que se pegaban las bardanas al pelo de su perro. Luego de examinar las pequeñas estructuras al microscopio, se dio cuenta que cada bolito que estaba rodeada de espinas con forma de gancho en su extremo. Inspirado por este diseño. George inventó el cierre de velcro, el cual sigue teniendo múltiples usos en la actualidad

Tren bala Shinkansen:La velocidad de un tren bala japonés puede llegar a superar los $300$ ${km}/{h}$, esto supuso un desafío para los ingenieros que buscaban disminuir la contaminación acústica causada por el gran boom sónico emitido por los trenes al emerger del túnel. Para lograrlo, se inspiraron en el diseño del pico largo del Martin Pescador, un ave que puede ingresar velozmente del aire al agua generando muy pocas salpicaduras. Acoplan este diseño a la parte delantera del tren, no sólo disminuyó el ruido, también hizo al tren $10\%$ más rápido que al principio y disminuyó un $15\%$ su consumo de energía.

Anexos

Notas

Proyecto: Biología para ingenieros

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