Biotecnologia Para Pagina

Introducción La biotecnología es un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias (biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, química, medicina

y

veterinaria,

entre otras).

En términos generales biotecnología es el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor para el hombre. Como tal, ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. Históricamente implicaba el uso de organismos para realizar una tarea o función. Si se acepta esta definición, la biotecnología ha estado presente por mucho tiempo y tiene muchas aplicaciones. 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 yogurt 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”.

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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.

• A partir de microorganismos se pueden fabricar ácidos orgánicos para diferentes aplicaciones, como el ácido cítrico para endulzar gaseosas y golosinas. • Las enzimas son proteínas que tiene la función de catalizadores biológicos, que aceleran reacciones químicas, haciendo que el proceso sea más rápido y eficiente que cualquier otro proceso químico. Las enzimas se utilizan habitualmente en los detergentes o polvo para lavar la ropa. Por ejemplo, lipasas para sacar manchas de grasas, proteasas para sacar manchas de proteínas, etc. Cada tipo de enzima tiene un rango de temperaturas dentro del cual es activa. En la temperatura óptima actúa al 100% y al alejarse de esa temperatura disminuye su función. Para determinados procesos en los cuales se necesitan temperaturas extremas, se van a emplear enzimas provenientes de organismos extremófilos que pueden actuar a temperaturas extremas (altas o bajas). Por ejemplo, la ropa de hospital que requiere esterilización se lava con productos que tengan enzimas que funciones a temperaturas altas, mientras que el lavado en agua fría emplea enzimas provenientes de microorganismos que se desarrollan en temperaturas bajas. 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

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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. La biotecnología moderna está compuesta por una variedad de técnicas derivadas de la investigación en biología celular y molecular, las cuales pueden ser utilizadas en cualquier industria que utilice microorganismos o células vegetales y animales. Esta tecnología permite la transformación de la agricultura. También tiene importancia para otras industrias basadas en el carbono, como energía, productos químicos y farmacéuticos y manejo de residuos o desechos. Tiene un enorme impacto potencial, porque la investigación en ciencias biológicas está efectuando avances vertiginosos y los resultados no solamente afectan una amplitud de sectores sino que también facilitan enlace entre ellos. Por ejemplo, resultados exitosos en fermentaciones de desechos agrícolas, podrían afectar tanto la economía del sector energético como la de agroindustria y adicionalmente ejercer un efecto ambiental favorable. Una definición más exacta y específica de la biotecnología "moderna" es "la aplicación comercial de organismos vivos o sus productos, la cual involucra la manipulación deliberada de sus moléculas de DNA". Esta definición implica una serie de desarrollos en técnicas de laboratorio que, durante las últimas décadas, han sido responsables del tremendo interés científico y comercial en biotecnología, la creación de nuevas empresas y la reorientación de investigaciones y de inversiones en compañías ya establecidas y en Universidades. 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. Se están desarrollando en la actualidad importantes descubrimiento y aplicaciones comerciales en cada uno de los campos de la Biotecnología, incluyendo las que tienen lugar en las industrias de fermentación, la biotecnología de los enzimas y células inmovilizadas, el tratamiento de residuos y la utilización de subproductos. Aquellos procesos que resulten productivos serán útiles a la sociedad, atractivos para la industria por motivos comerciales y en algunos casos recibirán el apoyo de los respectivos gobiernos.

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BIOTECNOLOGÍA Y LEVADURAS. Esta actividad utiliza el conocimiento de los procesos biológicos a nivel celular y molecular y los reproduce a escala industrial. Por ello, reconocemos en la Biotecnología dos niveles de experimentación (investigación y desarrollo): el nivel superior o “upstream” y el nivel inferior o “down stream” de la Biotecnología. El up-stream abarca la experimentación a escala laboratorio de los procesos biológicos a nivel celular y molecular para conocer cómo se realizan los procesos biológicos en células, organismos, tejidos, etc., y cómo se regulan. En el down stream se lleva a cabo la ingeniería del escalado de esos procesos y de los controles de producción. Los procesos biotecnológicos, sensu lato, han sido empleados por el hombre desde la antigüedad. En efecto, la fermentación es un proceso natural que tiene lugar bajo ciertas condiciones que permite a los organismos vivos (sus agentes de cambio o “fermentos”), transformar la materia. Tal el caso de la fermentación espontánea de los macerados de granos, de los jugos de frutas, de leches y sus derivados. Mucho antes de conocer las bases científicas de la fermentación, el pueblo egipcio (primeros testimonios) y posiblemente otros más antiguos de cercano y lejano oriente aprendieron a utilizar estos procesos espontáneos en la elaboración de comidas y bebidas: cerveza, vino, yogurt, queso, el pan, o el vinagre. Estos procedimientos empíricos permitieron la conservación de alimentos así como la obtención de alimentos de mejor calidad nutricional y fueron transmitidos por tradición oral. En el ámbito de la cría del ganado y del cultivo de la tierra, es también antigua la técnica de conservación de la materia vegetal (ensilado biológico) que sirve de alimento al ganado en la temporada invernal. En este caso, también tiene lugar una fermentación que permite la conservación del alimento y su mejora en palatabilidad y digestibilidad. La biotecnología moderna se diferencia de la biotecnología tradicional no solo por este detallado entendimiento de lo que está pasando a nivel submicroscópico, sino que también porque las células y los organismos (macro o micro) tomados de la naturaleza para ser empleados como factorías, no se utilizan en general tal cual son encontrados, sino que pueden ser modificados genéticamente, dotados de habilidades completamente

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nuevas para su especie, adaptados a ciertas necesidades, o modifica-dos para incrementar su productividad. En este contexto presentamos las levaduras. Las levaduras son hongos generalmente unicelulares. Están asociadas al hombre desde antes de la historia escrita. Sin embargo integran los estudios científicos desde fines del S XIX, cuando Louis Pasteur demostró el papel que desempeñan en la transformación del azúcar en alcohol y anhídrido carbónico. Las levaduras hoy siguen ligadas a la manufactura de alimentos y bebidas tradicionales (pan,

cerveza,

vino,

whisky).

En los últimos veinte años científicos de todo el mundo han confirmado que el uso de ciertas especies de levaduras como depósitos metabólicos, como iniciadores de fermentación o, como suplemento nutricional en la formulación de alimentos de uso humano y animal, conlleva un alto impacto económico. De hecho, desde hace algunos años algunas especies de levaduras se han posicionado en procesos biotecnológicos que las utilizan para obtener compuestos químicos de gran interés farmacológico. Ciertas sustancias orgánicas son sintetizadas por las levaduras de acuerdo a la información genética que portan en sus células y provocan un interés creciente por la demanda que existe en el mercado de sus propiedades (Ej. antioxidantes, probióticos, entre otros.). El estado del arte de los procesos de optimización y control del down stream, existentes y en desarrollo, es algo a tener en cuenta cuando desde el up stream se trabaja en la selección de una cepa para un proceso biotecnológico. Desde hace algunos años un equipo de investigación de la Universidad Nacional del Comahue lleva a cabo en Bariloche un relevamiento de especies de levaduras en ambientes

terrestres

y

acuáticos

del

Parque

Nacional

Nahuel

Huapi.

Una sorprendente biodiversidad de levaduras habita estos ambientes. Cientos de cultivos puros aislados han sido caracterizadas fisiológica y molecularmente y se han reportado especies nuevas (species nova) que no habían sido descriptas antes. Los resultados obtenidos indican la factibilidad de emplear estas especies de levaduras nativas en procesos de producción biotecnológica, de utilidad para la industria farmacéutica y cosmética.

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Biotecnología Alimentaria Procesos de fermentación en alimentos: Espontánea: cacao Inoculadas: vino, yogur, queso, sauerkraut, fiambres, etc Procesos de fermentación en medios de cultivo: Producción de biomasa: levadura de pan, proteína unicelular, starters Obtención de metabolitos: aminoácidos, ácidos orgánicos, entre otros. Obtención de aditivos y adyuvantes: sabores, aromas, espesantes y estabilizadores Producción de levaduras y subproductos: Método de Producción: Fed-batch (batch alimentado) Cultivo aeróbico Generalmente a 30 o C Medio de cultivo: Melazas de caña y/o remolacha diluidas (adicionadas durante el cultivo para minimizar la producción de Alcohol) (1% de azucares fermentables) Generalmente se agrega un suplemento de amonio y fosfatos El pH se mantiene entre 4 y 6

Procesos posteriores a la producción Levadura de compresión

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Centrifugación- Secado (por filtración, hasta 30 % de sólidos) - Mezclado (con agregado de emulsificantes y aceites vegetales)- Extrusión- Envasado- Conservación en frío Levadura seca activa Se somete a un proceso de secado en túnel con aire caliente forzado luego de la extrusión durante un periodo total de 6 horas. Se envasa a vacío o en ambiente de nitrógeno. El agregado de antioxidantes y surfactantes no iónicos permiten aumentar su estabilidad. Levadura cervecera Las cepas de S. cerevisiae y S. carlbergensis (uvarum) se usan como cultivos puros que se propagan y luego se inoculan en el mosto de fermentación. Al cabo de la misma se recuperan y vuelven a utilizarse en un nuevo proceso (previo control) o se secan y disponen para alimentación animal. Se recomiendan hasta 20 reciclados de un cultivo puro. Los cultivos starter comprenden los microorganismos que se emplean en la producción de productos lácteos fermentados, como queso y yogur. La microflora natural de la leche es ineficiente, incontrolada e impredecible, o bien es destruida durante el tratamiento térmico a que se somete la leche. Un cultivo starter en cambio provee las características particulares deseadas en forma mas controlable y predecible. La función primaria de los cultivos iniciadores lácticos es la producción de acido láctico a partir de la lactosa.

Otras funciones de los cultivos starters son: •

sabor, aroma, y producción de etanol

•

actividad proteolítica y lipolítica

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•

inhibición de microorganismos indeseables

Los grupos bacterianos mas utilizados son: Streptococcus (lactis, cremoris, S. lactis var diacetylactis), Lactobacilos (bulgaricus, acidophilus, plantarum, helveticus) y Pediococcus cerevisiae. También se pueden emplear mezclas de ambos tipos, sobre todo en la fabricación de quesos. Cultivos starters para lácteos Lactococcus lactis; Lactococcus cremoris; Streptococcus thermophillus; Lactobacillus bulgaricus; Lactobacillus casei; Propionibacterium shermani Specialty cultures for low-fat cheeses, yogurt, sour cream and other dairy products are available in frozen cans as well as in freeze-dried powder. Cultivos starters para vinos (fermentación maloláctica) Cultivos starters para panificación Lactobacillus sanfransciscus; Lactobacillus plantarum Mejoramiento genético aplicado a las levaduras de panificación * Introducción del factor killer para evitar la infección por cepas silvestres * Introducción de genes para la utilización de otros azucares durante la etapa de propagación en azúcar de remolacha (melibiosa, rafinosa)

BIBLIOGRAFÍA: Fuentes de Internet: www.ffyb.uba.ar/micro_ind/biotec_alim/PRODUCCION%20DE%20BIOMASA.ppt

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www.porquebiotecnologia.com.ar/ www.grupobiotecnologia.com.ar/

GLOSARIO:

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