Biotecnologia 2do Cuatrimestre

Área: Ciencias Naturales Asignatura: Biotecnología

Título

Biotecnología Prof: Petrone, Marta Saied, Judith Spinelli, Mariela

Curso 2do Año Año: Año: 2do cuatrimestre 2008

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¿Qué sabemos sobre...

...qué es la biotecnología? ...qué son los microorganismos? ...dónde los encontramos? ...qué microorganismos conocés?

...conocés algún microorganismo útil para la actividad humana?

...son todos perjudiciales para la salud?

...qué es un antibiótico?

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INTRODUCCIÓN A LA BIOTECNOLOGÍA

Biotecnología, una historia… Cuando se habla de biotecnología se incluye un conjunto de actividades que acompañan al hombre desde tiempos remotos en gran parte de su vida cotidiana. ¿Cuáles fueron los hechos históricos considerados hitos en el desarrollo de la biotecnología, desde la fabricación de cerveza en el reinado de Nabucodonosor, hasta los desarrollos modernos?

El contexto en que surge la Biotecnología La biotecnología, entendida en su sentido más amplio como “el empleo de organismos vivos y sus productos para obtener un bien o servicio”, ha formado parte de la vida cotidiana del hombre desde mucho antes que recibiera el nombre con el que se la conoce actualmente. En la transición del hábito nómada cazador-recolector a la vida en comunidad, aparecen ya indicios de actividades biotecnológicas. El comienzo de las actividades agrícolas junto con la cría de animales, el procesamiento de hierbas para uso medicinal, la preparación de pan y cerveza junto con muchos otros alimentos fermentados como el yogur, el queso y numerosos derivados de la soja (tofu, salsa de soja, etc.), son algunos ejemplos. También lo son el uso de bálsamos derivados de plantas, y remedios de origen vegetal para tratar las heridas. Los arqueólogos han descubierto indicios de estas actividades en culturas ancestrales incluyendo a los chinos, los egipcios, los griegos y romanos, los sumerios y a otras civilizaciones que habitaron el planeta hace más de 7000 años. Estas comunidades necesitaron desarrollar esas habilidades para subsistir. A medida que los conocimientos fueron aumentando, los procesos comenzaron a perfeccionarse. Cerrando el siglo XVIII, se realizó uno de los experimentos más trascendentes en la historia de la medicina, cuando el médico inglés Edward Jenner desarrolló la primer vacuna tras inyectar a un niño con el virus de la viruela bovina, a fin de inmunizarlo para prevenir la enfermedad causada por la cepa mortal de viruela humana.

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En el siglo XIX se produce el aislamiento del ADN que permitió desarrollar una serie de técnicas conocidas como Ingeniería Genética, que abrieron paso a la Biotecnología Moderna. •

6000 AC: Los sumerios y babilonios fabrican cerveza empleando levaduras.

•

4000 AC: los egipcios descubren cómo preparar pan leudado. Se establecen otros procesos de fermentación en el mundo antiguo, especialmente en China. La transformación de la leche por bacterias ácido-lácticas resulta en la preparación de yogur. Se utilizan hongos filamentosos (mohos) para producir queso, y otros procesos de fermentación para manufacturar vino y vinagre.

•

1400 DC: la destilación de una gran variedad de bebidas alcohólicas a partir de granos fermentados se distribuye mundialmente.

•

1798: El médico inglés Edward Jenner publica un trabajo donde compara la “vacunación” (infección intencional a los humanos con el virus de la viruela bovina para inducir resistencia a viruela) con la “inoculación” (infección a los humanos con una cepa suave de viruela para inducir resistencia a cepas más severas de la enfermedad). Sus ideas surgen de observar que las personas expuestas al virus de la viruela bovina, no eran vulnerables al virus de la viruela humana. La palabra vacuna deriva de la palabra en latín vaccinus ( “de las vacas”).

•

1918: Se siembran levaduras en grandes cantidades para producir glicerol, y se producen también a gran escala barros activados para el tratamiento de efluentes industriales.

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ACTIVIDAD N°1 ¿Qué es la biotecnología? Leé atentamente el siguiente texto y luego resolvé los puntos que figuran al final del mismo. El término “biotecnología” es relativamente nuevo para el público amplio. Pero, la biotecnología está presente en la vida cotidiana más de lo que la gente se imagina. De hecho, la biotecnología es una actividad antigua, que comenzó hace miles de años cuando el hombre descubrió que al fermentar las uvas se obtenía un producto como el vino. También es biotecnología la fabricación de cerveza a partir de la fermentación de cereales que el hombre empezó a elaborar hace 4.000 años, y la fermentación de jugo de manzanas para la fabricación de sidra. En estos procesos intervienen microorganismos que transforman componentes del jugo de frutas o de cereales en alcohol. También es biotecnología la fabricación de pan mediante el uso de levaduras, la elaboración de quesos mediante el agregado de bacterias, y también de salames. El yogur también es un producto que se obtiene mediante procesos biotecnológicos desde la antigüedad. Aunque en ese entonces los hombres no entendían cómo ocurrían estos procesos, ni conocían la existencia de microorganismos, podían utilizarlos para su beneficio. Estas aplicaciones constituyen lo que se conoce como biotecnología tradicional y se basa en la obtención y utilización de los productos del metabolismo de ciertos microorganismos. Se puede definir la biotecnología tradicional como “la utilización de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre”.

BIOTECNOLOGÍA TRADICIONAL APLICADA A LA INDUSTRIA La biotecnología se aplica a diferentes ramas de la industria: alimenticia, textil, detergentes, combustibles, plásticos, papel, farmacéutica. En general lo que se usa son productos del metabolismo de los microorganismos. Por ejemplo, algunas de las aplicaciones de la biotecnología tradicional a la industria son:
El alcohol que se puede usar para la industria alimenticia o farmacéutica, pero también se puede usar como combustible (en Brasil se produce alconafta a partir de la caña de azúcar).
Producción de yogures probióticos en los que se usa el microorganismo entero que está presente en el producto final.

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A partir de microorganismos se pueden fabricar ácidos orgánicos para diferentes aplicaciones, como el ácido cítrico para endulzar gaseosas y golosinas.
Muchos antibióticos son fabricados por microorganismos, como la penicilina que la fabrica un hongo del género Penicillium.
Los plásticos son polímeros de diferentes estructuras químicas. La mayoría de ellos se producen a partir de derivados del petróleo. Pero hay microorganismos que fabrican polímeros que son biodegradables.

LA BIOTECNOLOGÍA MODERNA

Actualmente, los científicos comprenden mucho más cómo ocurren los procesos biológicos que permiten la fabricación de productos biotecnológicos. Esto les ha permitido desarrollar nuevas técnicas a fin de modificar o imitar algunos de esos procesos y lograr una variedad mucho más amplia de productos. Los científicos hoy saben, además, que los microorganismos sintetizan compuestos químicos y enzimas que pueden emplearse eficientemente en procesos industriales. Estos conocimientos dieron lugar al desarrollo de la biotecnología moderna. A diferencia de la biotecnología tradicional, la biotecnología moderna surge en la década de los ’80, y utiliza técnicas, denominadas en su conjunto ingeniería genética, para modificar y transferir genes de un organismo a otro. El siguiente esquema resume la definición actual del término biotecnología:

Biotecnología tradicional Empleo de organismos para la obtención de un producto útil para la industria

+ Biotecnología moderna Es la que emplea las técnicas de ingeniería genética

La biotecnología es el empleo de organismos vivos para la obtención de un bien o servicio útil para el hombre, e incluye la producción de proteínas recombinantes, el mejoramiento de cultivos vegetales y del ganado y el empleo de organismos para limpiar el medio ambiente.

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A través de la biotecnología moderna es posible producir insulina humana en bacterias y, consecuentemente, mejorar el tratamiento de la diabetes. Por ingeniería genética también se fabrica la quimosina, enzima clave para la fabricación del queso y que evita el empleo del cuajo en este proceso. La ingeniería genética también es hoy una herramienta fundamental para el mejoramiento de los cultivos vegetales. Por ejemplo, es posible transferir un gen proveniente de una bacteria a una planta, tal es el ejemplo del maíz Bt. En este caso, los bacilos del suelo fabrican una proteína que mata a las larvas de un insecto que normalmente destruyen los cultivos de maíz. Al transferirle el gen correspondiente, ahora el maíz fabrica esta proteína y por lo tanto resulta refractaria al ataque del insecto. La biotecnología moderna avanza y, en la actualidad, son muchos los países que utilizan las técnicas de ingeniería genética para la obtención de diferentes productos que tienen aplicación en la producción de alimentos, de medicamentos, y de productos industriales.

A partir del texto, resolvé las siguientes consignas: 1. ¿A qué se denomina biotecnología tradicional? 2. Enumerá ejemplos de productos que se obtiene a través de la biotecnología tradicional, y que se emplean en diferentes industrias. 3. ¿Cuál es la principal diferencia entre la biotecnología tradicional y la moderna? 4. Enumerá ejemplos de productos obtenidos por biotecnología moderna.

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ACTIVIDAD N°2 ¿Qué son los antibióticos? Los antibióticos son sustancias producidas por hongos y bacterias que se utilizan para combatir a otras bacterias.

Qué nos cuenta la historia sobre la aparición de los antibióticos… Remontémonos a 1911 junto con Alexander Fleming: el científico trabajaba en su laboratorio con un cultivo de bacterias, cuando accidentalmente se introdujo un hongo microscópico en la caja de Petri. Fleming, obviamente no se dio cuenta de lo sucedido hasta unos días más tarde, al observar que algunas de las bacterias cercanas al hongo (ya desarrolladas y visibles) no habían formado colonias. El hongo que inhibía el crecimiento bacteriano fue identificado como Penicilium notatum y la sustancia fue llamada penicilina. Interesado en este hallazgo, Fleming cultivo los hongos para poder aislar la penicilina, pero la tarea le resulto muy difícil y abandono el intento. Diez años más tarde, en 1940 dos investigadores estadounidenses lograron purificar la penicilina, que comenzó a industrializarse. La segunda guerra mundial fue un gran incentivo para la producción masiva de penicilina, que lograr evitar las infecciones de heridas y salvo innumerables vidas. A partir de este experimento se investigó una gran cantidad de otros hongos, de los cuales derivan otros antibióticos utilizados actualmente. Por este descubrimiento, Fleming ganó el Premio Nobel en 1945. Tanto hongos como bacterias liberan espontáneamente distintas sustancias que se utilizan para producir antibióticos. De este modo, sustancias producidos por algunas bacterias y hongos se emplean para destruir a otras bacterias. En la actualidad, la penicilina se obtiene por técnicas de biotecnología, tal como los muestra en el esquema de la siguiente página:

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Ahora respondé: 1.

¿Qué error de procedimiento cometió Fleming que lo llevó al descubrimiento de la penicilina?

2.

¿Por qué la producción de penicilina se considera un proceso biotecnológico?

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3.

4.

¿Por qué hasta 1940 no se pudo producir la penicilina a escala industrial?

A partir de los conocimientos que has adquirido, ¿Cómo harías para obtener un antibiótico de origen bacteriano que fuera necesario para inhibir el crecimiento de una bacteria perjudicial para la salud humana? ¿Cómo probarías su eficacia?

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ACTIVIDAD N°3 Las bacterias no pueden verse a simple vista. Sin embargo, es posible observar sus colonias, que son agrupaciones de bacterias que se originan a partir de la multiplicación de una bacteria original (son genéticamente iguales). Para obtener colonias en el laboratorio se siembran bacterias en agar (medio de cultivo sólido que contiene los nutrientes necesarios para el crecimiento bacteriano). Para medir la efectividad de un antibiótico, se realiza un antibiograma. Para ello se hacen crecer bacterias sobre una superficie de agar contenida en una caja de Petri que se incuba a una temperatura similar a la del cuerpo humano durante 48 horas y se colocan sobre ella discos embebidos en diferentes antibióticos. Cuando el antibiotico se difunde fuera del disco, inhibe el crecimiento de las bacterias sensibles, dejando un espacio libre en el agar (halo de inhibición). Cuanto mayor es el diámetro del halo de inhibición alrededor del disco mas efectivo es el antibiótico frente a ese tipo de bacterias.

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ANTIBIOGRAMA Te proponemos realizar un Test de sensibilidad a los antibióticos en un cultivo de una bacteria y la posterior presentacion del informe correspondiente.

Materiales necesarios: • • • •

Cajas de Petri Discos de antibiograma Anza rulo Cultivos bacterianos

Procedimiento: 1) Sembrar las bacterias para un crecimiento en césped. 2) Colocar un disco de antibiograma sobre el medio ya sembrado. 3) Incubar en estufa a 37ºC por 48hs. • ¿Qué creés que sucederá?

Una vez concluida la experiencia: • Esquematizá claramente los resultados • Interpretá los resultados obtenidos • ¿De qué manera actúan los antibióticos? • ¿En qué casos resulta conveniente realizar un antibiograma? • Elaborar un informe del trabajo realizado de acuerdo a las pautas que se encuentran el anexo de la guía.

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ACTIVIDAD Nº4 Diseñá una experiencia que te permita comprobar la eficacia de los diferentes productos de limpieza que se utilizan en el hogar y que permite eliminar gérmenes.

ACTIVIDAD Nº5

LA FERMENTACIÓN EN LAS LEVADURAS

En esta actividad podrán comprobar la producción de un producto gaseoso como resultado de la actividad metabólica de las levaduras. Teniendo en cuenta que se trata de un proceso anaerobio, se puede concluir que el gas desprendido es dióxido de carbono. Materiales: •

Tubos de ensayo

•

Agua

•

Azúcar

•

Levaduras

•

Baño de Hielo

•

Baño de agua tibia (30ºC)

•

Globitos de goma (“bombitas”)

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Procedimiento: La siguiente tabla muestra los materiales que se deben colocar en cada tubo: Condiciones

Resultados

Colocar en hielo

-

CADA TUBO

Colocar en agua tibia

-

Y TAPARLO

Colocar en hielo

-

CON UN

Colocar en agua tibia

-

Colocar en hielo

-

AJUSTAR EL GLOBO

Colocar en agua tibia

-

CON UN HILO.

Colocar en agua caliente

-

Tubo

Agua

1

3 ml.

1 cda.

-

2

3 ml.

1 cda.

-

3

3 ml.

-

½ cdita.

4

3 ml.

-

½ cdita.

5

3 ml.

1 cda.

½ cdita.

6

3 ml.

1 cda.

½ cdita.

7

3 ml. hirviendo

1 cda.

½ cdita.

8

3ml. hirviendo

-

½ cdita.

Colocar en agua caliente

9

3ml. hirviendo

1cda.

-

Colocar en agua caliente

Azúcar Levadura

Tratamiento AGITAR BIEN

GLOBO.

Preguntas para el análisis de la experiencia: 1. ¿Qué son las levaduras y que características presentan? 2. ¿Cuál es el proceso que estudia este experimento? Explicar en qué consiste. 3. . ¿Qué variables se probaron? 4. ¿Cómo es posible explicar las diferencias obtenidas en los diferentes tubos?

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ACTIVIDAD N°6 Producción de levaduras Los panaderos utilizan la levadura como agente estimulante del esponjado de la masa antes de su cocción. Otra aportación de la levadura al pan es su aroma. Durante el proceso de esponjado, la levadura se mezcla con la masa húmeda en presencia de una pequeña cantidad de azúcar. La levadura convierte el azúcar en alcohol y CO2, y el CO2 gaseoso difunde haciendo que se esponje la masa. Al cocinarse el pan, el calor hace que salga el CO2 y se formen los agujeros dentro de la masa del pan, dando así al pan su textura ligera. Las levaduras para panadería o para fines alimentarios se cultivan en grandes fermentadores aireados, en un medio que contiene melazas como ingredientes principales. ELABORACIÓN DE PAN

a) Siguiendo las indicaciones del siguiente protocolo procederemos a la fabricación del pan.

Materiales : • levadura de panadería 50 grs. • 3 tazas de harina común • 2 ½ tazas de agua a 30°C • 2 cucharadas soperas de azúcar • 1 cucharada sopera de aceite • 2 ½ cucharaditas de sal • un recipiente hondo Procedimiento: • Agregar al agua tibia: azúcar, aceite, sal y levadura • Volcar la harina en el recipiente hondo • Cuando el líquido este espumoso añadirlo a la harina • Amasarlo convenientemente • Dejarlo levar durante 20 minutos cerca del mechero encendido

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b) Mientras leva la masa, observá levaduras al microscopio. c) Respondé las siguientes preguntas:

1. ¿Por qué se requiere en este proceso agua tibia y azúcar? 2. ¿Por qué piensas que leva la masa del pan? 3. ¿A qué se deben los agujeritos en la miga del pan? 4. ¿Por qué se dice que la elaboración de pan es un proceso biotecnológico?

Textos extraídos de: • Brock. 1999. Biología de los Microorganismos. Prentice Hall • Programa educativo Por qué Biotecnología www.porquebiotecnologia.com.ar

de

ArgenBio.

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