La biotecnología y la microbiología

Notas del editor

1. La Microbiología es la ciencia que estudia los organismos microscópicos. Este estudio comprende la identificación y clasificación de los microorganismos, la explicación de su origen y su evolución, la observación de las interacciones que se producen entre ellos o con otros seres vivos, y las enfermedades que pueden producir. Los microorganismos se distribuyen en tres reinos: monera (bacterias), con organización procariota, protoctistas (protozoos y algas) y fungi (hongos), estos dos últimos constituidos por células con una organización eucariota. Se incluye también dentro de esta categoría los virus, organismos acelulares. En los últimos años se ha incrementado la utilización de microorganismos en aplicaciones biotecnológicas; basándose en los conocimientos sobre la biología molecular y la genética de los microorganismos se dirige la producción de compuestos de interés (fármacos, anticuerpos), la producción de bienes agrícolas o industriales, por ejemplo.
2. Biotecnología→ aplicación práctica, orientada a necesidades humanas; consiste en la utilización de microorganismos así como de células vegetales y animales para la obtención y mejora de productos, como por ejemplo alimentos o medicamentos, y productos químicos. La biotecnología es un área multidisciplinaria, que emplea la biología, química y procesos, con gran uso en distintos campos, como en la agricultura, farmacología, ciencias forestales, ciencias de los alimentos, medicina, entre otras más.
3. Existen en la naturaleza unos centenares de especies de microorganismos (bacterias, levaduras, mohos, algas unicelulares) que producen sustancias que presentan algún interés para la especie humana. Los productos que tienen un interés comercial se pueden agrupar en cuatro clases: Productos del metabolismo primario (dióxido de carbono, etanol, ácido acético, aminoácidos, etc.). Productos del metabolismo secundario (antibióticos, toxinas). Macromoléculas (polisacáridos, enzimas) Células microbianas (pienso animal llamado proteínas microbianas).
4. Algunos ejemplos de productos industriales obtenidos con la ayuda de microorganismos: (ver imagen)
5. Se pueden utilizar diversos microorganismos para afrontar problemas de tratamiento y control de la contaminación química de distintos ecosistemas. La ingeniería genética permite combinar las características de estos microorganismos para aumentar su eficacia o generar microbios recombinantes con nuevas características. Biodegradación. Descomposición mediante microorganismos de materiales como papel, pintura, textiles, hormigón e hidrocarburos. Biorremediación. Utilización de microorganismos para eliminar del medio ambiente sustancias contaminantes. Algunas bacterias como las del género Pseudomonas degradan sustancias tóxicas como hidrocarburos, derivados de metales pesados o compuestos xenobióticos (obtenidos por síntesis química). Ejemplos: tratamiento de los vertidos de petróleo, depuración de las aguas residuales, eliminación de basuras y de residuos industriales y agrícolas. Producción microbiana de compuestos biodegradables. Los residuos plásticos constituyen un problema ecológico realmente grave. Para solucionarlo se emplean bacterias capaces de producir compuestos plásticos con la ventaja de ser biodegradables
6. Se llama marea negra al vertido masivo de petróleo debido a un accidente durante el transporte del petróleo en grandes barcos. Es posible utilizar bacterias que digieren los hidrocarburos que forman el petróleo y los transforman en sustancias químicas nada o menos contaminantes. Aunque generalmente cada tipo de bacteria utiliza una clase de hidrocarburo, se intenta combinar las características de varias bacterias para conseguir una bacteria recombinante capaz de transformar muchos hidrocarburos diferentes
7. La biotecnología tiene en la salud humana, entre otros, los siguientes campos de aplicación: Prevención de enfermedades hereditarias. Terapia génica. - Producción de vacunas. Obtención de anticuerpos monoclonales e interferones. Producción de hormonas (por ejemplo insulina y hormona del crecimiento). insulina, hormona del crecimiento, hormonas esteroides, factores de coagulación sanguínea, enzimas utilizadas en fármacos. Se emplean especies bacterianas del género Streptomyces y hongos del género Penicillium. Producción de antibióticos y otros productos farmacéuticos. La producción de vacunas. Se utilizan microorganismos patógenos, o las toxinas producidas por estos, atenuados o inactivados. Se denominan toxoides a las toxinas inactivas.
8. Antibióticos La palabra antibiótico designa a aquellas sustancias que, producidas por determinados microorganismos, pueden acabar con la vida de otros. En 1929, Alexander Fleming descubrió estas sustancias. Estaba trabajando con Staphylococcus aureus y su cultivo se contaminó con un hongo del género Penicillium, de forma que las colonias rodeadas por éste morían. Fleming supuso que el hongo producía alguna sustancia antibacteriana, por lo que hizo un filtrado, descubriendo así, la penicilina. Fue incapaz de purificarla, dado que era químicamente inestable, lo que se hizo años más tarde, gracias al desarrollo de un proceso industrial adecuado. Desde 1945 se han aislado cientos de antibióticos producidos por hongos del género Penicillium y bacterias de los géneros Bacillus y Streptomyces.
9. Hormonas Las personas que sufren diabetes mellitus deben inyectarse insulina varias veces al día. Hasta 1983 la insulina que utilizaban las personas diabéticas era insulina de cerdo purificada (diferente de la humana). Desde esa fecha se utiliza insulina obtenida por ingeniería genética: se ha introducido el gen de la insulina humana en la bacteria Escherichia coli, que la produce en cantidades masivas y con las mismas características. La insulina es la primera proteína fabricada por ingeniería genética y comercializada. También por ingeniería genética se obtiene la hormona del crecimiento. Otras hormonas como la testosterona y progesterona, hormonas sexuales masculina y femenina, utilizada ésta última en la fabricación de fármacos anticonceptivos se obtienen de la fermentación de ciertas levaduras
10. BIOTECNOLOGÍAS DE LOS ALIMENTOS El hombre desde la antigüedad ha obtenido productos alimenticios con la intervención de los microorganismos, a pesar de desconocer su existencia. Hoy día gracias al conocimiento de sus características y metabolismo, son explotados industrialmente en la fabricación de numerosos alimentos y bebidas. Por ejemplo: Pan, Yogur, Queso, Mantequilla, Vinagre, Vino, Cerveza, Encurtidos, Producción de proteínas para piensos de animales domésticos, Síntesis de vitaminas que se añaden a los alimentos o en compuestos farmacéuticos. (Por ejemplo la vitamina B12 es producida industrialmente a partir de bacterias y la riboflavina es producida por diversos microorganismos como bacterias y hongos), Síntesis de aminoácidos que se utilizan como aditivos alimentarios. (Ejemplos de aminoácidos producidos por fermentación microbiana son el ácido glutámico, la lisina, la glicina, la metionina y la alanina).