domingo, 13 de marzo de 2011

Procesos de producción de enzimas para detergentes


Bacillus licheniformis
¡Las enzimas limpian la ropa! Hoy en día las enzimas, presentes en numerosos procesos industriales, también forman parte de las actividades domésticas [1]. Efectivamente, tu detergente contiene minúsculas cantidades de enzimas que se encargan del trabajo sucio, quitar las manchas. Aquellas manchas que contienen proteínas, como las de vino tinto, café o tomate, son difíciles de eliminar, ya que no se disuelven en agua con facilidad y a elevadas temperaturas tienden a actuar como un pegamento en las fibras textiles de la ropa arrastrando consigo otros componentes y dificultando su extracción.


Fue el alemán Otto Röhm quien, en 1913 lanzó el primer detergente enzimático de la historia, Burnus, basado en un extracto de páncreas de cerdo que contenía tripsina, una enzima del aparato digestivo. Para comprobar su eficacia Otto y su mujer lo utilizaron para lavar su ropa interior, descubriendo que era excelente. El detergente Burnus fue algo revolucionario, se comercializaba en forma de pastilla y la enzima era tan eficaz que sólo hacia falta emplear una pequeña cantidad de producto.

En la década de los 60, el 80% de todos los detergentes de lavandería contenía ya enzimas, fundamentalmente proteasas, encargadas de digerir las proteínas que provocan la suciedad. La empresa Novo Nordisk fue la primera en comercializar una de estas enzimas limpiadoras: Alcalaseâ. A finales de los 80 el mercado de los detergentes enzimáticos estaba copado por proteasas, pero poco a poco se fueron introduciendo otras enzimas como lipasas, amilasas y reductasas.

Las ventajas que presenta la aplicación de estas enzimas en la industria de detergentes son:

•Mejora del rendimiento de lavado

•Reducción de los costes energéticos y el consumo de agua

•Bajo impacto ambiental, son biodegradables

•Cortos periodos de lavado

•Limpieza total

Muchas de estas enzimas son producidas a partir de bacterias alcalófilas, especialmente Bacillus licheniformis que produce la conocida enzima subtilisina. Presentan un pH óptimo entre 9 y 10 de tal forma que permanecen activas en la solución del detergente.

La forma de obtención de subtilisina a nivel industrial puede describirse de forma sencilla a través de los siguientes pasos:

•Las células de B. licheniformis se introducen en un tanque denominado biorreactor, con una capacidad entre 10.000 y 50.000 L, que proporciona el oxígeno necesario para vivir mediante un mecanismo de agitación.

•Allí se alimentan de una mezcla de almidón, harina de soja y proteína de leche.

•Comienzan a crecer y a las 10-20 horas se observa que excretan la proteasa al medio.


Estructura subtilisina

Por último la separación y concentración de la proteasa se lleva a cabo mediante centrifugación seguida de ultrafiltración.

En los últimos años, el desarrollo de la Enzimología combinado con el de la Ingeniería Genética ha conducido a lo que hoy se conoce como Ingeniería de enzimas o proteínas. Consiste en modificar una enzima existente o crear una nueva enzima con las propiedades específicas deseadas a través de las técnicas de modificación del material genético.

Bibliografía:

[1] http://www.adox-sa.com.ar/la/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=103

[2] Enzimas y proteínas de interés industrial. Universidad de Zaragoza. España

[3] Susan Aldridge (1999): “El hilo de la vida. De los genes a la ingeniería genética” Cambridge University Press. Madrid.

[4] http://darwin.usal.es/profesores/pfmg/sefin/MI/tema24MI.html.

[5] http://masabadell.wordpress.com/2009/03/18/636/

[6] http://www.slideshare.net/Zuleika86/metagenmica-y-sus-aplicaciones-industriales-presentation.

[7]https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2004/2/BT53C/1/material…/51235

NOMBRE:Alexander Sayago Maldonado C.I:16232455
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Desechos orgánicos urbanos, energía del futuro

Sin duda, la palabra “basura” ha significado y para mucha gente aún significa algo despectivo, algo que carece de valor y de lo que hay que deshacerse, sin embargo, la conversión de los desechos urbanos en energía es posible con el uso de nuevas tecnologías como la digestión anaerobia.



Esta tecnología, llevada a cabo en plantas de metanización, permite aprovechar el potencial energético de los residuos y contribuye a la reducción significativa de la cantidad de materia orgánica llevada a los vertederos, que se traduce en una menor emisión incontrolada de metano.


EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA

La digestión anaerobia es un proceso biológico complejo en el que la materia orgánica, en ausencia de oxígeno y mediante la acción de distintos grupos de microorganismos, se descompone en biogás (55-80% de metano, 20-45% de dióxido de carbono, 0-5% de hidrógeno, sulfuro de hidrógeno y otros gases) y en digestato, que es una mezcla de productos minerales (nitrógeno, fósforo, potasio y calcio, entre otros) y compuestos de difícil degradación. En la digestión anaerobia de la materia orgánica se distinguen cuatro fases: hidrólisis, o acidogénesis), acetogénesis y metanogénesis.

1. Hidrólisis:

Los compuestos orgánicos complejos, no pueden ser utilizados directamente por los microorganismos a menos que se hidrolicen en compuestos solubles que puedan atravesar la membrana celular. La hidrólisis es, por tanto, el primer paso necesario para la degradación anaerobia de substratos orgánicos complejos.
• Los glúcidos son hidrolizados a azúcares.
• Las proteínas son hidrolizadas a aminoácidos.
• Los lípidos son degradados a ácidos grasos de cadena larga y glicerol.

2. Fermentación acidogénica

Las bacterias acidificantes transforman la materia orgánica disuelta, originando una gran variedad de productos de fermentación. Los productos finales son principalmente ácidos grasos volátiles (acetato, propionato, butirato, succinato), así como pequeñas cantidades de ácido láctico, etanol, dióxido de carbono e hidrógeno.


3. Acetogénesis:

Mientras que algunos productos de la fermentación acidogénica pueden ser metabolizados directamente por los microorganismos metanogénicos (hidrógeno y acetato), otros (valeriato, butirato, propionato, algunos aminoácidos, etc.) necesitan ser transformados por las bacterias acetogénicas en productos más sencillos (acetato, dióxido de carbono e hidrógeno), para que sirvan de sustrato a las metanogénicas.


4. Metanogénesis:

Es la etapa final del tratamiento, que implica dos tipos de reacciones, aquellas en las que el dióxido de carbono y el hidrógeno se combinan para producir metano y agua, y las que convierten el acetato en metano y dióxido de carbono.
Los microorganismos metanogénicos pueden ser considerados como los más importantes dentro del consorcio de microorganismos anaerobios, ya que son los responsables de la formación de metano y de la eliminación del medio de los productos de los grupos anteriores, siendo, además, los que dan nombre al proceso general de biometanización.

APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS

La digestión anaerobia se produce de forma natural cuando se dan las condiciones adecuadas. A nivel industrial se puede controlar la reacción para optimizar el proceso y aprovechar el biogás desde el punto de vista energético: debido a su alto contenido en metano, tiene un poder calorífico alto (entre 4500 y 6500 kcal/m3), por lo que salvo por el contenido en H2S, es un combustible ideal.




Las aplicaciones energéticas principales del uso del biogás son las eléctricas y las térmicas, aunque se pueden dar las dos conjuntamente en instalaciones de cogeneración, siendo ésta una de las aplicaciones más racionales que se puede hacer del biogás. Por lo general, la electricidad se vende a la red y el calor se emplea en el propio ciclo industrial para el calentamiento de los digestores o en otros procesos que requieran calor.


El biogás se emplea con menos frecuencia para la iluminación (mediante lámparas especiales), para la obtención de trabajo mecánico (a través de motores) y para la calefacción (mediante quemadores y estufas adaptadas). Por otra parte, el uso del biogás para vehículos es posible, pero se encuentra muy limitado por una serie de problemas técnicos, logísticos y de seguridad.


Actualmente las principales limitaciones del proceso, es decir, los elevados costes y la baja productividad, impulsan la necesidad de futuras investigaciones encaminadas a mejorar el proceso de digestión anaerobia contribuyendo no solo a la disminución de contaminantes como el metano, sino también a la producción de fuentes de energía renovables como el biogás.


BIBLIOGRAFÍA

[1] BIO-METHANE & BIO-HYDROGEN. Status and perspectives of biological methane and hydrogen production. Dutch Biological Hydrogen Foundation.

[2]CIEMAT. La Biomasa como fuente de Energía y Productos para la Agricultura y la Industria.

[3]Flotats,X., Bonmatí,A., y Seró, M. Clasificación de tecnologías de digestión anaerobia. Aplicación al aprovechamiento energético de residuos ganaderos.

[4]Hakemian AS et al. The biochemistry of methane oxidation. Annu Rev Biochem. 2007; 26:223-41

[5]Knapp C. W. et al. Methane monooxygenase gene expression mediated by methanobactin in the presence of mineral copper sources. 2007

[6]Schäfer, G. et al. Bioenergetics of the Archaea. Microbiology and molecular biology reviews. 1999, p. 570-620

[7]Valentine, D.L. et al. New perspectives on anaerobic methane oxidation.Enviromental Microbiology. 2000 477-484

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sábado, 12 de marzo de 2011

Biocarburantes celulósicos

Se pueden producir biocombustibles es interesante por varias razones. La que te mencionaba al principio de que su uso no contribuiría de forma neta al calentamiento global (el CO2 que se emite es el CO2 que las plantas captaron), lo que convertiría al combustible en una fuente de energía renovable. ¡Claro! Las plantas toman el CO2 del aire y su transformación en combustible lo devuelve, en un bucle cerrado. Es un concepto radicalmente distinto del de usar combustibles fósiles, en el que tomas CO2 que se retiró de la atmósfera hace millones de años y lo añades. De golpe, además. Por otro lado, aumentaría probablemente los ingresos del sector agrícola. Y cambiaría la situación geopolítica al fomentar el abastecimiento local de combustibles.

Pero no todo es color de rosa. La producción de biocombustibles puede competir por los suelos cultivables con la comida. Requieren, al menos inicialmente, de subvenciones, lo que conllevaría un notable gasto público, que debe merecer la pena inequívocamente (es decir, que apostar por los biocombustibles podría desviar recursos de otras soluciones que resulten mejores, realmente). Y la generación de biocombustibles no es gratis. Incluso, durante su síntesis se produce CO2, que habría que tener en cuenta a la hora de hacer un balance completo. Sí, sé que al principio te decía que su uso no producía descarga neta de CO2. Pero su elaboración sí. Bajo la forma de fertilizantes para las plantas, combustible para las máquinas, destilado de las materias primas… Esto se podría evitar si para producir biocombustibles se usaran sólo biocombustibles. Así se evitarían emisiones netas de CO2.
Resumiendo, yo creo que los biocombustibles son una buena idea, si cumplieran tres premisas.
• Primera, no restar comida.
• Segunda, no aumentar la superficie cultivada.
• Tercera, producirse con los propios biocombustibles para evitar emisiones netas de CO2.

Son restricciones exigentes, pero inevitables. Y que no solucionan el problema de sustituir el petróleo, pero que pueden dar un 10% de alivio. Y es que es probable que el futuro no esté hecho de una solución, sino de un mosaico de ellas. Y es posible que los biocombustibles sean parte de la solución. O quizá no. Por eso te cuento. Para que puedas saber y tomar buenas decisiones.



Fuente: http://tinyurl.com/yj4ma9y

Existen biocombustibles de primera generación. Que emplean los mismos productos vegetales que nosotros comemos o que damos al ganado. Se trata de materiales fáciles de procesar y relativamente baratos. Pero no cumplen con la primera premisa. Nos quitan comida y presionan sobre los precios de la que no nos quitan. Y para evitar esos daños aparecen los biocombustibles de segunda generación.


Los de segunda generación, o celulósicos, emplean residuos vegetales. Serrín y restos de construcción, residuos agrícolas y cultivos leñosos de crecimiento rápido. Estos materiales son abundantes, baratos y no deberían afectar a la producción de alimentos. Tampoco son inocuos, ojo, que muchos de ellos deberían terminar fertilizando suelos (especialmente los residuos agrícolas). Pero a las alturas que estamos, lo inocuo no existe.


¿Cuánto petróleo ahorrarían? En EE.UU., los autores calculan que la biomasa celulósica de aquel país servirá para sustituir la mitad del consumo de combustibles para automoción. Y a nivel mundial, aunque es más difícil de calcular, es posible que la biomasa celulósica total pueda equivaler a entre 1 y 5 veces la producción mundial anual de petróleo de 2009 (unos 30.000 millones de barriles). Un enorme potencial.


Pero… Ha habido avances, sí, aunque faltan las técnicas definitivas. La materia prima es la celulosa. Que está hecha de glucosa, pero dispuesta de tal manera que forma una esqueleto molecular rígido, intrincado. Curioso que no podamos comer con provecho la celulosa, aunque esté hecha de lo mismo que el azúcar. Y es que en ella, las glucosas están ordenadas de forma diferente. Sí, sí, la celulosa es una molécula digna de conocer (te la cuento pronto, prometido).


Fuente: http://tinyurl.com/yfd9qv3

Ya existía una vieja técnica, de principios del siglo XX. Que, además, se usó profusamente durate la Segunda Guerra Mundial por el ejército alemán para convertir carbón en petróleo, por las dificultades de suministro que tenían. Si se trata la celulosa a altas temperaturas, y se añade oxígeno, rinde un gas, llamado syngas, rico en CO, H2 y alquitranes. El cual puede convertirse en combustible líquido mediante un proceso denominado de Fischer-Tropsch. es un procedimiento bien conocido, pero resulta caro y consume mucha energía.


Otra posibilidad es calentar la celulosa a menos temperatura (300-600ºC) en un entorno libre de oxígeno. Eso rinde biopetróleo y un residuo sólido parecido al carbón. el biopetróleo no es como el petróleo geológico. Es mucho más ácido y menos calorífico. Tan ácido que dejaría inservibles los motores. Por tanto, habría que refinarlo. Por cierto, que este método también acepta residuos animales. De hecho, en una refinería ubicada en Texas se logran 45.000 litros diarios de diésel a partir de los residuos orgánicos de mataderos, y a buen precio.


Hay una variante de este método que somete a la celulosa a temperaturas de 500ºC durante un segundo. Eso la descompone en moléculas pequeñas, aún rícas en O. Elemento que abunda en la celulosa y que hay que quitar si se quiere producir combustible (hecho, sobre todo, de C y H). Eso se logra con catalizadores que producen gasolinas. El proceso dura unos 14 segundos pero aún está por desarrollar una planta prototipo.


Todos esos tratamientos han de mejorarse antes de volverse prácticos, comerciales. Deben romper la celulosa de modo barato, sin producir materiales tóxicos, con bajo consumo de energía, rindiendo concentraciones elevadas de azúcares fermentables y aptos para convertirlos en biocombustibles, y a costes competitivos con el petróleo. Y, por desgracia, aún no han cumplido esos requisitos. Todos y cada uno.


Sí hay una técnica que es prometedora (AFEX, la llaman). Cocer bajo presión la biomasa a 100ºC, con amoniaco. Cuando se reduce la presión el amoniaco se evapora y se retira, con lo que sólo queda la mezcla de azúcares, con un rendimiento del 90%. Y a partir de ella, se obtendrá el biodiesel.


En resumen, las técnicas están cerca de ser comerciales y hay que ir mirando los problemas desde ya. Principalmente el problema de la competencia entre biocombustibles y comida. Ante esa disyuntiva el mercado no sabe hacer las cosas bien, no es un buen tomador de decisiones. Porque el mercado sabe asignar recursos de modo eficiente para la producción, pero no para que un recurso llegue a todos. El mercado sabe establecer precios, pero el precio marca el límite entre los que tendrán el recurso y los que no.

Y la comida es imprescindible en un mundo de más de 6.000 millones de personas. Coger un coche no.

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Láseres que simulan la excitación de neuronas ópticas


Respuesta de la “VCSEL-neurona” a un estímulo excitatorio. La inyección de luz polarizada ortogonalmente (Pin⊥) conmuta la polarización de la luz emitida por el VCSEL de paralela a ortogonal y la VCSEL-neurona pasa de estado inactivo a activo. La conmutación se produce a una potencia de entrada de tan solo 9μW. Al igual que en el caso de la excitación en neuronas un incremento en la intensidad del estímulo por encima del umbral de excitación no se traduce en un aumento de la intensidad de la respuesta.


El Dr. Antonio Hurtado, perteneciente al grupo de Optoelectrónica de la Universidad de Essex (Reino Unido), ha publicado recientemente un trabajo en el que propone el uso de un láser de semiconductor de cavidad vertical, VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, en sus siglas en inglés) para reproducir funciones básicas de una neurona. Mediante la inyección en el VCSEL de luz polarizada (proveniente de uno o dos láseres externos) esta VCSEL‐neurona es capaz de producir una respuesta “todo o nada” semejante a la que ocurre en neuronas cuando se sobrepasa el umbral de excitación para producir un potencial de acción. Además, la inyección externa de luz polarizada induce una conmutación de la polarización de la luz emitida por el VCSEL entre dos estados diferenciados (referidos como polarizaciones “paralela” y “ortogonal”) y que son utilizados para determinar el estado de la VCSEL‐neurona: cuando la polarización es “ortogonal” se considera que la VCSEL‐neurona está activa y cuando es “paralela” inactiva. Mediante esta sencilla técnica que combina la inducción de una respuesta “todo o nada” con conmutación de polarización asociada (Figura 1) es posible reproducir la respuesta de una neurona biológica a un estímulo excitatorio o inhibitorio.


Cabe destacar también que los VCSELs poseen una serie de ventajas inherentes en comparación con otro tipo de láseres, lo que los convierten en unos dispositivos idóneos para imitar el comportamiento de las neuronas biológicas. A sus bajos costes de fabricación, hay que añadir su reducido consumo de potencia, gran eficiencia de acoplo a fibras ópticas, y su facilidad para ser integrados en circuitos con gran número de elementos (arrays en 2 dimensiones por ejemplo). Por otro lado, son un buen modelo de células neuronales ya que permiten una amplia interconexión con bajos niveles de interferencia a la vez que son capaces de operar a muy alta velocidad.


Preguntado por las nuevas implicaciones y posibles aplicaciones prácticas de este trabajo el Dr. Antonio Hurtado se mostró confiado al destacar que “hemos descrito un modelo de una neurona óptica individual basada en un VCSEL que es capaz de trabajar a una velocidad mayor que las propias neuronas biológicas y que se puede desarrollar usando una técnica experimental muy sencilla. En nuestra opinión, este trabajo abre la puerta al uso de estos dispositivos para nuevas aplicaciones en campos muy diversos, que van desde las redes ópticas neuronales y la computación óptica a la neurociencia.”

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Identificada una proteína que acelera la eliminación de células enfermas

Una investigación internacional en la que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha identificado una proteína implicada en la regulación y la aceleración del mecanismo de eliminación de células potencialmente peligrosas, según recoge un estudio publicado en la edición digital de la revista ‘Nature Cell Biology’.

Los organismos multicelulares eliminan sus células muertas mediante fagocitosis a través de señales que envía la célula dañada a una célula vecina, con lo que se consigue mantener el tejido en estado óptimo. “Esta especie de suicidio celular asistido recibe el nombre de apoptosis y en los invertebrados, como Caenorhabditis elegans sobre el que se ha realizado el estudio, la célula fagocítica va envolviendo a la muerta hasta introducirla en su interior y digerirla, como una boa que se come a su presa”, explica Juan Cabello, uno de los investigadores del estudio. ”Sin embargo -apunta- en este caso la célula moribunda es la que le pide a la célula sana, mediante una señal que reproduce en su exterior, que acabe con ella. El organismo busca siempre un equilibrio, por eso hay rutas que favorecen la fagocitosis y otras que la impiden. En todo este proceso la proteína SRGP-1 actúa como interruptor”. “Si se inhibe la acción de esta proteína, la señal se prolonga y se fagocitan también células dañadas, que normalmente no se eliminan, con lo que se mantienen únicamente las sanas”, añade el investigador del CSIC Sergio Moreno, del Instituto de Biología Molecular y Celular del Cáncer.

En el artículo publicado se explica que la proteína Srgp-1 es un regulador negativo de la eliminación de las células tanto en C. elegans como en mamíferos. La pérdida de su función daría lugar a una mejora en la apoptosis celular, mientras que la sobreexpresión de Srg-1 inhibiría la eliminación de las células muertas. Se ha propuesto que C. elegans utiliza la maquinaria de eliminación como parte de un mecanismo, primitivo y altamente conservado en la evolución, que identifica y elimina células que no están unidas al tejido.


Según los especialistas los resultados de la investigación permiten entender mejor algunos aspectos del desarrollo embrionario y abren nuevas expectativas para combatir tumores. Además, el desarrollo de investigaciones terapéuticas que aumentan la actividad de la eliminación de las células dañadas podría ser útil en el tratamiento de enfermedades autoinmunes.

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Single Cell Protein (SCP): microorganismos que se comen

¿Microorganismos que se comen? Seguro que más de uno ha pensado: “yo nunca, seguro”. Sin embargo, la existencia de estos productos en el mercado es notablemente destacada desde hace años, y últimamente se podría decir que están de moda entre aquellos que buscan una dieta más rica y equilibrada.

Se entiende por “Single Cell Protein” o “biomasa microbiana” un producto formado por células secas de microorganismos que han sido cultivadas a gran escala y que actualmente se comercializan como complementos en la alimentación humana y animal.

Es cierto que su aspecto no es muy atractivo, pero suponen una fuente de alto contenido en proteínas, sobre todo de aquéllas que contienen aminoácidos esenciales como la lisina, la metionina y la cisteína. Además, es un alimento rico en vitaminas y bajo en grasas.


La biomasa microbiana se ha empleado como fuente de alimentación desde hace muchos años en regiones como África y México [2]. Ya los aztecas consumían Spirulina procedente del Lago Texococo, una bacteria precedente del grupo de las cianobacterias que crece en ambientes húmedos con alto contenido en sales. Algunas culturas asentadas en el Lago Chad, también la incorporaban a su dieta habitual en forma de galletas.


El primer gran apogeo de la producción y el consumo de las proteínas microbianas se produjo durante la Primera Guerra Mundial en Alemania, debido a la escasez de alimentos. En la Segunda Guerra Mundial también se reactivó fuertemente su producción. Desde entonces, su desarrollo ha sido creciente con el transcurso de las décadas, aunque a partir de 1980, y debido a la fuerte competencia con otras fuentes de proteínas como la soja, la producción ha perdido rentabilidad en el mercado.

La principal ventaja frente a la soja reside en que la producción es prácticamente inmediata y requiere de un bajo grado de tecnificación. Normalmente se lleva a cabo en fermentadores, donde se induce el crecimiento de las células microbianas, a las que se alimenta con subproductos agrícolas e industriales . La biomasa se recolecta posteriormente y se trata debidamente mediante procesos de secado antes de ser comercializada. Para el ser humano se requiere un tratamiento posterior que elimine ciertos compuestos que suponen riesgos nutricionales, como es el alto contenido en ácidos nucleicos, y garantice la seguridad y la calidad del producto.


Las proteínas microbianas son similares a las de la harina de pescado, la soja o el suero descremado de la leche. Sus aplicaciones alimentarias no se limitan a su consumo directo, sino que también pueden utilizarse para desarrollar muchos productos derivados como lípidos, proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN), hidratos de carbono y vitaminas.


Actualmente, se está experimentando con ellas como solución a ciertos problemas de salud; en concreto, como nutriente de control inmunitario en pacientes con anemia, hiperglucemia e hipercolesterolemia. Incluso algunas investigaciones han determinado su posible aplicación en el tratamiento de enfermedades visuales, como la retinitis pigmentaria. Es una muestra más del amplio abanico que ofrece la biotecnología para el progreso, la sostenibilidad y el bienestar del hombre. Y todo gracias a unos pequeños bichejos.

Bibliografía

[1] http://www.nutricionnatural.info/alimentos/proteina-unicelular.html
[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Spirulina.
[3] http://www.scribd.com/doc/179197/Single-Cell-Proteins.
[4] http://www.slideshare.net/tabareto/introduccion-proteinas.
[5] http://www.es.globaltalentnews.com/actualidad/noticias/4221/Una-proteina-bacteriana-que-devuelve-la-vista.html.

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34000 años de espera

En las últimas fechas, muchos medios de comunicación generalistas, se están haciendo eco de diversas noticias relacionadas con el descubrimiento de microorganismos, con capacidades “fuera de lo corriente”. Ya en este mismo blog se recogen noticias como la bacteria californiana capaz de incorporar arsénico en lugar de fosfato en su metabolismo, o los organismos (tanto eucariotas como procariotas) capaces de subsistir a pH extremadamente ácidos en el onubense Río Tinto. Los ejemplos de organismos adaptados a los más inhóspitos ambientes son muy abundantes. Prácticamente, allí donde se ha buscado vida, por extremo que fuese el entorno, allí se ha encontrado.

Ahora, parece ser, que se rompe una barrera más. La barrera temporal. En un estudio reciente, publicado en la edición de enero de GSA Today (una publicación de la Geological Society of America), un grupo de investigadores de la University of Hawaii y de la University of New York en Binghamton, identificaron en halitas (rocas formadas por cristales de cloruro sódico) de gran antigüedad, la existencia de comunidades de microorganismos, atrapados en su interior.



Los cristales de sal, adquieren este tono rosáceo, debido a los microorganismos atrapados en su interior.

Este grupo, analizó halitas antiguas, extraídas de columnas estratigráficas del subsuelo de Death Valley (California) con intención de realizar estudios climáticos. Para su sorpresa, mientras analizaban inclusiones de líquido atrapado en estas rocas de sal, descubrieron lo que parecían ser microorganismos. Los cristales de sal, se forman y “crecen” rápidamente, de modo que pueden atrapar en forma de pequeñas burbujas de pocas micras de diámetro, las sustancias o microorganismos que se encuentren en ese preciso lugar. Estas burbujas permanecerán selladas dentro de la halita, como una cápsula del tiempo.

La datación de estas rocas y por tanto la de los propios microorganismos atrapados en ellas, las sitúa entre 22000 y 34000 años de antigüedad. Propio de un guión de Parque Jurásico (salvando el lapso temporal). El análisis microscópico de estas inclusiones de líquido dentro de las halitas, reveló la existencia de un ecosistema de halófitos tanto de eucariotas como de procariotas, de los cuales una pequeña parte estaban vivos. Los procariotas presentes en los cristales, no utilizan la energía para reproducirse o desplazarse. No tienen ningún tipo de actividad, salvo la del automantenimiento. Es decir se encuentran en estado de supervivencia, con actividad metabólica prácticamente nula.


Los investigadores postulan que los procariotas sobreviven en estas inclusiones en las halitas, por tiempos tan prolongados, al utilizar como fuente de carbono y nutrientes, los metabolitos de otros organismos de esta comunidad microbiana. Concretamente identificaron células del género unicelular de algas Dunaliella (observaron células con sus orgánulos relativamente intactos y otras células bastante degradadas), que es una especie común en estos ambientes halófitos. De esta forma hipotetizaron, que estas algas puede ser en parte, responsable del mantenimiento de este ecosistema, al servir como fuente de carbono y metabolitos.


Lo que resultó también muy interesante, fue el intento de cultivar in vitro estos procariotas. De 900 cristales, en 5 se consiguió aislar procariotas que fueran viables y se reprodujeran tras 34000 años de inactividad. Estos microorganismos tardaron un par de meses, en “despertase” de su estado de inactividad, antes de poder replicarse.

El siguiente paso será estudiar en profundidad las estrategias y los mecanismos bioquímicos (como por ejemplo el mantenimiento y reparación del DNA), que permiten a estos organismos, adquirir estados de latencia que les mantiene viables durante periodos de tiempo tan extraordinariamente largos. El conjunto de todos estos nuevos hallazgos, desplazan cada vez más, las fronteras que acotan los ambientes donde, bajo nuestra perspectiva, podría desarrollarse la vida. En lugares que antes se consideraban inhabitables, ahora se descubren ricos ecosistemas repletos de biodiversidad.

¿Cuáles son los límites a la vida? ¿Podría desarrollarse en otros ambientes alejados de este planeta?


Bibliografía:

Microbial communities in fluid inclusions and long-term survival in halite. Tim K. Lowenstein, Brian A. Schubert, and Michael N. Timofeeff

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Microorganismos y las energías alternativas.






Figura 1. Esquema de producción de biogás

Cuando pensamos en energías renovables generalmente nos viene a la cabeza la energía eólica, hidráulica, solar… porque son las que conceptualmente están más alejadas de las energías no renovables. Pero en la práctica toda energía renovable es aquella “que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables” (si el petróleo se reciclase seria una energía renovable a pesar de la contaminación que produce en su utilización).

Por tanto si somos capaces de crear un proceso industrial que permita producir el combustible de una energía no renovable (véase el carburante de los motores diesel o la materia prima de las plantas productoras de electricidad), podremos convertirlo en renovable. Aquí es donde entran en juego los microorganismos ya que son los que van a ser capaces de producir nuestra fuente de energía.
A continuación se mencionan y se describen brevemente las energías y los procesos para producir las mismas a partir de microorganismos más utilizados.

•Bioalcoholes: Estos se utilizan como sustitutivos parciales o incluso totales de la gasolina en motores de explosión. A partir de microorganismos (o derivados biológicos) se produce el bioetanol, a través de fermentación microbiana, y el biobutanol que se obtiene de la fermentación ABE utilizando clostridium acetobutylicum.

•Biodiesel, diesel verde y bioeteres: Aunque estos se sinteticen a través de procesos químicos en lugar de biotecnológicos, se denominan “bio” porque los ácidos grasos que se utilizan para su síntesis son de origen biológico. Son importantes debido a que su uso está cada vez más extendido [4]. Se pueden distinguir entre los biofueles de segunda generación: Estos son los que los ácidos grasos se obtienen de cultivos de plantas los cuales no sean de consumo humano (aceite de colza, de palma) ya que si no se eleva innecesariamente el precio de los mismos. Biofueles de tercera generación: Estos biofueles se producen utilizando microalgas como fuente principal de ácidos grasos .

•Biogás: El biogás se produce a través de la digestión anaerobia de materia orgánica que puede provenir de diversas fuentes como cultivos, aguas residuales, residuos municipales o incluso estiércol Esta fermentación anaerobia [5] la suelen realizar microorganismos psicrófilos en un digestor diseñado para el caso. El biogás obtenido tiene un poder calorífico suficiente para poder ser empleado como fluido calefactor o incluso para producir electricidad. [6]. La ventaja principal de esta energía es que se puede fabricar de una manera muy sencilla y en cualquier parte. (Figura1)

•Biopetroleo: Obtenido fijando el CO2 atmosférico (con tan mala fama hoy en día) mediante fitoplancton y posteriormente refinando el producto obtenido.

Como podemos observar existen numerosas alternativas a las energías no renovables (que prácticamente es el petróleo en este caso), las cuales nos permiten producir las materias primas para la producción de energía de una manera sostenible.

Bibliografía

[1]. http://es.wikipedia.org/wiki/Energia_renovable
[2]. http://en.wikipedia.org/wiki/Digestive_enzyme
[3]. http://en.wikipedia.org/wiki/Clostridium_acetobutylicum
[4]. http://en.wikipedia.org/wiki/Biofuel
[5]. http://en.wikipedia.org/wiki/Anaerobic_digestion
[6]. http://en.wikipedia.org/wiki/Biogas
[7]. http://en.wikipedia.org/wiki/Algae_fuel
[8] http://www.biopetroleo.com/index.php?page=tecnologia

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domingo, 6 de febrero de 2011

Diagnóstico por imagen empleando espectrometría de masas

En medicina las nuevas tecnologías contribuyen enormemente al diagnóstico de muchas enfermedades. Técnicas como la resonancia magnética nuclear de imagen o TAC están en boca de todos. Sin embargo en algunos casos es insuficiente. Esto se incrementa en el campo de la anatomía patológica donde en enfermedades como el cáncer un buen estudio del tejido es fundamental para realizar un buen el diagnóstico. En los últimos años, las tecnologías avanzadas tales como microarrays de expresión génica, la proteómica, la proyección de imagen molecular, metabolómica, y lipidómica han acelerado la investigación en biología molecular y la medicina molecular. Con ellas las diferencias moleculares y genéticas entre los seres humanos se han identificado para proporcionar importantes información de diagnóstico o pronóstico.

Los patólogos, una especialidad dentro de la medicina que queda oculta a los ojos del paciente, son unos expertos estudiando los diferentes tejidos. Pero diariamente se enfrentan a diferentes problemas dentro de su complejidad. El uso de las nuevas tecnologías ha abierto un camino para poder solventar parte de esos problemas. Una de ellas es la espectrometría de masas con fuente MALDI que se ha puesto a su servicio para poder diferenciar y diagnosticar diferentes enfermedades como cáncer, la enfermedad de Parkinson o trastornos neuropsiquiátricos. La especificidad molecular y la sensibilidad de la espectrometría de masas son ideales para el mapeo directo con la proyección de la imagen de biomoléculas presentes en el tejido. En diferentes estudios se ha utilizado esta tecnología con éxito para obtener la distribución de las proteínas y metabolitos en cortes de tejido. La distribución de proteínas o metabolitos puede ser una herramienta crucial para el diagnóstico, la detección temprana y compresión de la enfermedad.

El análisis mediante los disparos de un láser sobre el tejido basta para obtener un perfil proteico. La muestra es depositada en un portaobjetos y se añade mediante spray un ácido que actúa como matriz para ayudar a ionizar a los diferentes compuestos presentes. Además con esta técnica una vez puesta a punto el tiempo de duración del análisis de un tejido es menor respecto a otras técnicas utilizadas. Es una ayuda no sólo para obtener perfiles de los compuestos presentes sino también para localizar una determinada masa y ver su distribución el tejido estudiado. Por ejemplo, podemos observar la distribución de la insulina en el páncreas y comparar un páncreas sano con uno patológico. Para ello sólo se necesita el tejido congelado sin tratamiento previo, siendo así compatible con otros estudios comunes en el estudio de dichas muestras.

Bibliografía

Inutan ED, Richards AL, Wager-Miller J, Mackie K, McEwen CN, Trimpin S. Mol Cell Proteomics. 2010 Sep 20

Lee do Y, Bowen BP, Northen TR. Biotechniques. 2010 Aug;49(2):557-65.

NOMBRE:Alexander Sayago Maldonado C.I:16232455
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Biotecnología de plantas

Durante siglos la humanidad ha introducido mejoras en las plantas que cultiva a través de la selección y la hibridación (polinización controlada de plantas). La biotecnología vegetal es una extensión de esta tradición con una diferencia: la biotecnología vegetal permite la transferencia de una mayor variedad de información genética de una manera más precisa y controlada mediante la selección de un gen o unos pocos genes deseables.

Las plantas representan un enorme potencial para las aplicaciones de la ingeniería genética. Presentan como ventaja que tienen un alto poder regenerativo, en muchos casos una sola célula puede regenerar la planta completa, y pueden expresar genes de mamíferos, por lo que se pueden utilizar como biorreactores para producir proteínas, carbohidratos o lípidos de origen animal.

La biotecnología de plantas abarca campos muy variados; se comercializan plantas resistentes a enfermedades o plagas, reduciéndose la necesidad del uso de pesticidas agroquímicos; también se han diseñado plantas resistentes a sequías y temperaturas extremas, o aptas para crecer en suelos ácidos y/o salinos, o resistentes a herbicidas, lo que permite eliminar malezas sin afectar el cultivo; además, se ha diseñado variantes con una capacidad mayor para fijar nitrógeno, lo que reduce el uso de fertilizantes. Una de las aplicaciones más demandada de la biotecnología vegetal es la mejora de la calidad nutricional, generando alimentos enriquecidos en aminoácidos, vitaminas, minerales o determinados ácidos grasos. Por último, cabe destacar las modificaciones realizadas para obtener cosechas más tempranas regulando la velocidad de maduración de frutos; esto permite un proceso de postcosecha y transporte de más larga duración sin que lleguen los alimentos al consumidor en estados avanzados de madurez.



Uno de los ejemplos de alimentos modificados genéticamente (gm) que se cultivan hoy en día es la soja resistente a glisofato, el componente activo de un herbicida; esta resistencia permite la utilización del herbicida sin afectar el cultivo, haciendo que se alcancen niveles de productividad mayor. Otro ejemplo es el maíz resistente a glufosinato, componente activo de un herbicida, y a ostrinia nubilabis, un insecto que horada el tallo de la planta destruyéndola.

Las cosechas resistentes a plagas ha sido una de las aplicaciones más exitosas de la ingeniería genética en la agricultura, ya que reducen considerablemente los riesgos y los costes derivados de la utilización de pesticidas. Además, esta tecnología ofrece protección individual a la planta transgénica, biodegradabilidad del compuesto e independencia de las condiciones climáticas en su efectividad.

Hoy en día se conocen más de 40 genes, muchos de ellos de origen bacteriano, que confieren resistencia a insectos. Uno de los más utilizados es la toxina producida por Bacillus thuringiensis; cuando esta bacteria esporula en la superficie de la hoja, produce unos cristales que se convierten en péptidos tóxicos al ser atacados por las proteasas del tracto intestinal de las larvas y orugas; las orugas que ingieren la toxina quedan paralizadas.

La toxina Bt en plantas transgénicas debe expresarse a niveles elevados para proporcionar la protección adecuada contra las plagas. La transformación del gen Bt en el genoma nuclear proporciona bajos niveles de expresión, mientras que la introducción en el genoma de los cloroplastos proporciona niveles altos. Aunque la transfección en el genoma de los cloroplastos es más complicado, se ha conseguido llevar a cabo. Además, presenta la ventaja de que los plastidios se heredan por vía materna; así pues, el trasgen del polen de los cultivos transgénicos no se dispersará a plantas no transgénicas, es decir, no se producirá lo que denomina “contaminación genética” de los cultivos transgénicos a los orgánicos. La especificidad de la toxina Bt contra especies concretas de insectos presenta la ventaja de que los efectos en otros organismos del ecosistema son mínimos.

Se han probados otras proteínas para el empleo como insecticidas, como el inhibidor alfa-amilasa, algunas lectinas, la toxina A de P luminiscens, la enzima colesterol oxidasa, avidina, citocromo P450 oxidasa y UDP-glicosiltransferasa, algunos compuestos volátiles y ARNi. Algunos de ellos son en la actualidad objeto de estudio, mientras que otros se han descartado por producir anormalidades en la planta transgénica o por inducir una respuesta del sistema inmune en los ratones alimentados con estas plantas.

La producción de plantas transgénicas debe cumplir unos requisitos legales nacionales que evalúa, entre otras cosas, la seguridad de los alimentos para el consumo.

Muchos países desarrollados se han opuesto a esta tecnología alegando el rechazo a la manipulación genética; otros, sin embargo, alegan motivos económicos, ya que el esfuerzo económico que se requiere para adquirir estas plantas transgénicas no se ve recompensado.

En los países desarrollados se mira más el aspecto económico que las ventajas que puedan ofrecer estas plantas transgénicas en el medio ambiente. Para que esta tecnología pueda continuar con su desarrollo, se necesitaría un cambio de actitud en el gobierno del país, en las empresas que lo mantienen económicamente y en la población.

Bibliografía:
Izquierdo M (2001). Ingeniería Genética y transferencia génica. Ed. Pirámide. Madrid

La granja del doctor Frankenstein I. Video-documental. http://documentalesatonline.blogspot.com/2008/02/la-granja-del-drfrankenstein-1-y-22007.html

Gatehouse J. A. (2008) Biotechnological Prospects for Engineering Insect-Resistant Plants. Plant Psichology 146: 881-887

NOMBRE:Alexander Sayago maldonado C.I:16232455
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Nanotecnología y medicina

A nadie se le escapa que la Nanotecnología es una ciencia que está empezando a ocupar un espacio relevante en nuestra sociedad. Los medios de comunicación, las administraciones públicas, las universidades y los centros de investigación hacen referencia constantemente a esta rama de la ciencia que se ocupa de lo “nano”, es decir, del control del comportamiento y de la estructura fundamental de la materia en el ámbito atómico y molecular. A escala nanométrica, los principios de la física y las propiedades de los materiales que se observan son normalmente distintos, siendo necesario recurrir a la física cuántica para poder entender ese nuevo comportamiento. Son, precisamente, los efectos cuánticos los que van a permitir desarrollar nuevos materiales y procesos.

La nanotecnología es ya una realidad y actualmente existen en el mercado varios productos desarrollados a través de las nanotecnologías. Se tratan de productos sanitarios (vendajes, válvulas cardíacas,…), pinturas resistentes al rallado, lociones solares y telas antiarrugas y anti-manchas.



De entre todos los materiales nanotecnológicos disponibles, cabe destacar los nanotubos de carbono por sus aplicaciones actuales y su gran futuro. Los nanotubos de carbono, similares a pequeñas láminas de grafito enrolladas con diámetros nanométricos y longitudes del orden de micras, son materiales únicos con propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas, térmicas y químicas excepcionales que los hacen aptos para mejorar numerosos productos ya existentes e incluso para generar otros nuevos.

Muchos son los productos que actualmente se benefician de los nanotubos de carbono, como las pantallas planas que utilizan los nanotubos como emisores de campo o el refuerzo de accesorios deportivos como raquetas de tenis o bicicletas.

Tanto es así, que Bayer inauguró en febrero de este año la fábrica de nanotubos de carbono más grande del mundo. La nueva planta, situada en el parque químico de Leverkusen, ha costado 22 millones de euros y tiene una capacidad de producción anual de 200 toneladas de Baytubes, los nanotubos de carbono de Bayer. En 2007, Bayer puso en funcionamiento una planta piloto similar a esta con capacidad para producir 60 toneladas de Baytubes con lo que se convirtieron en una de las pocas empresas de todo el mundo capaces de fabricar a escala industrial nanotubos de carbono. Los Baytubes se usan en diversas áreas, por ejemplo añadidos a termoplásticos para darles más conductividad o al aluminio con lo que este eleva enormemente su dureza (www.baytubes.com).

En medicina, los nanotubos de carbono se plantean como una promesa revolucionaria Aunque todavía no hay aplicaciones reales, el esfuerzo investigador en esta área es muy grande dado el enorme potencial que poseen para realizar diferentes funciones. Destaca la investigación para la liberación de fármacos: medicamentos encapsulados en el interior de nanotubos de carbono podrían ser ingeridos y transportados a través del torrente sanguíneo hasta el punto donde tienen que ser administrados. Además de conseguir así gran efectividad en los medicamentos, se evitarían los efectos secundarios presentes en la mayoría de los fármacos que tomamos actualmente, mejorando la calidad de vida de personas sometidas a agresivos tratamientos contra ciertas enfermedades como el cáncer. Además se evitarían las inyecciones periódicas, pues el nanotubo se puede incorporar vía oral y viaja hasta el lugar exacto donde el medicamento tiene que hacer su función.

Los nanotubos de carbono son sustancias adecuadas para ser portadores de fármacos porque:

- no interaccionarían con éste, conservando por tanto su integridad
- son suficientemente resistentes como para no ser alterados durante el tránsito por el interior del cuerpo
- por el hecho de estar formados por carbono, sustancia básica en el organismo, es de esperar que sean totalmente biocompatibles y que pudieran descomponerse y excretarse después de liberar el fármaco.
- hay estudios que demuestran que el reducido tamaño de los nanotubos de carbono los capacita para penetrar en el interior de las células, requisito necesario para esta aplicación.

Por tanto, los nanotubos de carbono dejarían obsoletas terapias farmacológicas tradicionales que implican resistencias o efectos secundarios.

Bibliografía:
- María Jesús Rivas Martínez, José Román Ganzer y María Luisa Cosme Huertas del Círculo de Innovación en Materiales, Tecnología Aeroespacial y Nanotecnología. Informe de Vigilancia Tecnológica madri+d “Aplicaciones actuales y futuras de los nanotubos de carbono”. Página 21-66.
-Kam, N.W., et al. Carbon nanotubes as multifunctional biological transporters and near-infrared agents for selective cancer cell destruction. Proceedings of the National Academy of Sciences doi: 102(33):11600-5 (2009)
-http://www.nanotubosdecarbono.com/
-http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/diccionario/nanotubos.htm

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Diagnóstico por imagen empleando espectrometría de masas

En medicina las nuevas tecnologías contribuyen enormemente al diagnóstico de muchas enfermedades. Técnicas como la resonancia magnética nuclear de imagen o TAC están en boca de todos. Sin embargo en algunos casos es insuficiente. Esto se incrementa en el campo de la anatomía patológica donde en enfermedades como el cáncer un buen estudio del tejido es fundamental para realizar un buen diagnóstico. En los últimos años, las tecnologías avanzadas tales como microarrays de expresión génica, la proteómica, la proyección de imagen molecular, metabolómica, y lipidómica han acelerado la investigación en biología molecular y la medicina molecular. Con ellas las diferencias moleculares y genéticas entre los seres humanos se han identificado para proporcionar importantes información de diagnóstico o pronóstico.

Los patólogos, una especialidad dentro de la medicina que queda oculta a los ojos del paciente, son unos expertos estudiando los diferentes tejidos. Pero diariamente se enfrentan a diferentes problemas dentro de su complejidad. El uso de las nuevas tecnologías ha abierto un camino para poder solventar parte de esos problemas. Una de ellas es la espectrometría de masas con fuente MALDI que se ha puesto a su servicio para poder diferenciar y diagnosticar diferentes enfermedades como cáncer, la enfermedad de Parkinson o trastornos neuropsiquiátricos. La especificidad molecular y la sensibilidad de la espectrometría de masas son ideales para el mapeo directo con la proyección de la imagen de biomoléculas presentes en el tejido. En diferentes estudios se ha utilizado esta tecnología con éxito para obtener la distribución de las proteínas y metabolitos en cortes de tejido. La distribución de proteínas o metabolitos puede ser una herramienta crucial para el diagnóstico, la detección temprana y compresión de la enfermedad.

El análisis mediante los disparos de un láser sobre el tejido basta para obtener un perfil proteico. La muestra es depositada en un portaobjetos y se añade mediante spray un ácido que actúa como matriz para ayudar a ionizar a los diferentes compuestos presentes. Además con esta técnica una vez puesta a punto el tiempo de duración del análisis de un tejido es menor respecto a otras técnicas utilizadas. Es una ayuda no sólo para obtener perfiles de los compuestos presentes sino también para localizar una determinada masa y ver su distribución el tejido estudiado. Por ejemplo, podemos observar la distribución de la insulina en el páncreas y comparar un páncreas sano con uno patológico. Para ello sólo se necesita el tejido congelado sin tratamiento previo, siendo así compatible con otros estudios comunes en el estudio de dichas muestras.

Bibliografía

Inutan ED, Richards AL, Wager-Miller J, Mackie K, McEwen CN, Trimpin S. Mol Cell Proteomics. 2010 Sep 20

Lee do Y, Bowen BP, Northen TR. Biotechniques. 2010 Aug;49(2):557-65.
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sábado, 5 de febrero de 2011

La papa y la biotecnología

La conservación in vitro, los marcadores moleculares y las técnicas de recombinación del ADN están creando nuevas oportunidades en la producción y elaboración de la papa.



La industria de la papa ha aprovechado los más importantes descubrimientos recientes sobre la genética, la fisiología y la patología de la planta.

La micropropagación está ayudando a los países en desarrollo a producir tubérculos “semilla” económicos y libres de enfermedades, e incrementar la productividad.

Los marcadores moleculares ayudan a encontrar las características convenientes que hay en las colecciones de papas, lo que contribuye al mejoramiento de las variedades.

La determinación de la secuencia del genoma completo de la papa, que está en elaboración, aumentará considerablemente el conocimiento y la posibilidad de entender las interacciones genéticas y las características funcionales.

Las variedades modificadas genéticamente pueden producir cosechas más estables, ofrecer una mayor calidad nutricional y facilitar los usos no alimentarios industriales, pero es necesario evaluarlas con cuidado antes de su comercialización.

Los nuevos instrumentos de la biología molecular y los cultivos de células han permitido a los científicos entender mejor la reproducción, el desarrollo y la producción de tubérculos en la papa, la interacción de esta planta con las plagas y las enfermedades, y la forma en que afrontan las presiones ambientales. Estos adelantes han ofrecido a la industria de la papa nuevas oportunidades al incrementar la producción de papa, enriquecer su valor nutritivo y permitir una variedad de usos no alimentarios del almidón de la papa, como en la producción de polímeros de plástico.

Producción de material de propagación de gran calidad

A diferencia de otros de los principales cultivos, las papas se reproducen en forma vegetativa, como clones, lo que garantiza una propagación estable, “auténtica”. Sin embargo, los tubérculos que se toman de plantas enfermas transmiten la enfermedad a las plantas que generan. Para evitarlo, el tubérculo que se usa como semilla tiene que producirse en condiciones de estricto control de las enfermedades, lo que encarece el costo del material de propagación y, de esta manera, limita su disponibilidad para los agricultores de los países en desarrollo.

La micropropagación o propagación in vitro ofrece una solución económica al problema de la presencia de patógenos en la papa semilla. Las plántulas se pueden multiplicar un número ilimitado de veces cortándolas en fracciones y sembrando estos cortes. Con las plántulas se pueden producir pequeños tubérculos en almácigas o transplantarse al terreno, donde crecen y producen papas semilla económicas y sin enfermedades. Esta técnica es muy popular y se utiliza comercialmente en muchos países en desarrollo y países en transición. En Viet Nam, por ejemplo, la micropropagación manejada directamente por los agricultores contribuyó a la duplicación de las cosechas en pocos años.

Protección e investigación de la diversidad de la papa

La papa tiene la diversidad genética más abundante de cualquier otra planta cultivada. Los recursos genéticos de las papas de los Andes sudamericanos incluyen variedades silvestres, especies autóctonas cultivadas, variedades producidas por los agricultores locales e híbridos de plantas cultivadas y plantas silvestres. Contienen una gran cantidad de características importantes, como la resistencia a plagas y enfermedades, valor nutritivo, gusto y adaptación a condiciones climáticas extremas. Constantemente se recogen, clasifican y conservan en bancos de genes, y algunas de sus características se introducen en líneas comerciales de papas mediante cruzamiento.

Para proteger las colecciones de variedades, así como las variedades silvestres y las cultivadas de posibles enfermedades y brotes de plagas, los científicos utilizan distintas técnicas de micropropagación para mantener muestras de papa in vitro, en condiciones estériles. Las accesiones se estudian intensivamente con marcadores moleculares, las secuencias del ADN que se localizan en lugares específicos de los cromosomas del genoma y se transmiten a través de las leyes normales de la herencia.

Obtención de variedades mejoradas

La genética y la herencia en las papas son complejas y la creación de variedades mejoradas mediante el cruzamiento tradicional es difícil y toma mucho tiempo. Hoy se utilizan mucho las técnicas de marcado molecular basadas en el cribado y otras técnicas moleculares, con el fin de mejorar y ampliar los métodos tradicionales utilizados para producir la papa. La aplicación de marcadores moleculares a las características de interés permite determinar los rasgos convenientes y simplifican la selección de variedades mejoradas. Estas técnicas se aplican actualmente en diversos países en desarrollo y países en transición, y se prevé que en los próximos años se comenzarán a comercializar algunas de estas variedades.

El Potato Genome Sequencing Consortium (Consorcio para la secuencia del genoma de la papa) está avanzando mucho en el trazado de la secuencia completa del ADN del genoma de la papa, lo que enriquecerá el conocimiento de los genes y proteínas de esta planta y de sus características funcionales. Los adelantos técnicos en materia de genómica estructural y funcional de la papa, y la capacidad de integrar los genes de interés en el genoma de la papa, han incrementado la posibilidad de transformación genética de esta planta con tecnologías de recombinación del ADN. A principios del decenio de 1990, en el Canadá y los Estados Unidos se comercializaron variedades transgénicas resistentes al escarabajo de la papa y a enfermedades virales, y seguramente saldrán a la venta en el futuro otras variedades mejoradas.

Las variedades transgénicas de papa permiten aumentar la productividad y la producción, y crear nuevas oportunidades para uso no alimentario industrial. Sin embargo, es necesario ponderar con atención todos los aspectos relacionados con la bioseguridad y la inocuidad antes de ponerlas en el mercado.

Glosario

cultivo celular: in vitro growth of cells isolated from multi-cellular organisms;

genómica funcional: investigación que trata de determinar expresión e interacciones génicas en el genoma;

genoma: dotación completa de material genético (genes y secuencias no codificantes) que contiene cada célula del organismo;

secuenciación genómica: procedimiento para determinar la disposición exacta de los elementos que constituyen el ADN de un organismo;

modificado genéticamente: transformado por la inserción de uno o más transgenes;

in vitro: en un medio artificial (se aplica, por ejemplo, a células, tejidos u órganos cultivados en contenedores de cristal o plástico);

micropropagación: multiplicación miniaturizada in vitro o regeneración del material vegetal bajo condiciones ambientales controladas y asépticas;

biología molecular: estudio molecular de los procesos que tienen lugar en los seres vivos;

marcador molecular: marcador genético que se utiliza en la tecnología de los ácidos nucleicos;

característica: una de las muchas propiedades que definen a un organismo;

transgén: secuencia génica aislada que se utiliza para transformar un organismo. A menudo, pero no siempre, el transgén proviene de una especie distinta a la del receptor.

Referencia bibliografica:

http://www.potato2008.org/es/lapapa/biotecnologia.html

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Estimulación de la contracción muscular con proteínas fotosensibles

Investigadores de la Universidad de Stanford han sido capaces de inducir contracción muscular utilizando luz. En el estudio se utilizaron ratones genéticamente modificados cuyas neuronas estaban cubiertas con proteínas fotosensibles.

Esto permite a los científicos reproducir con más precisión la orden de contracción muscular, lo que lo convierte en una valiosa herramienta de investigación. También creen que ésta técnica podría algún día tener aplicaciones prácticas desde la recuperación de movimiento en miembros por daño espinal o cerebral, hasta combatir la espasticidad de una parálisis cerebral.



El estudio se publicó el 26 de Septiembre de 2010 en Nature Medicine. Se empleó una tecnología llamada “Optogenetics”, la cual se basa en insertar un gen de algas (Chlamydomonas reinhardtii y Volvox carteri) en el genoma de los animales de laboratorio. Éste gen codifica para una proteína que es fotosensible y se sitúa en la superficie de la membrana de las neuronas; así al iluminarlas con una determinada longitud de onda, se excitan y provocan la contracción de los músculos inervados.

Es la primera vez que se utiliza la tecnología “Optogenetics” (inventada en la Universidad de Stanford para otro estudio) en el sistema nervioso periférico de mamíferos.

Las neuronas motoras parten de la médula agrupadas formando nervios hasta alcanzar los músculos (cada neurona inerva un conjunto de células musculares formando una unidad motora).

Las unidades motoras pueden ser de distinto tamaño, las pequeñas, que tan sólo inervan varias fibras (células) musculares, o las grandes, que inervan cientos de ellas. Las pequeñas son las que se contraen antes y sus músculos son los que realizan actividades de precisión, como coser, dibujar y tardan más en agotar las reservas de glucógeno. Las grandes, son las que mueven los músculos más potentes, los que consumen rápidamente dichas reservas.

Las tentativas anteriores de restaurar la función motora perdida usando secuencias programadas de impulsos eléctricos que se introducen a través de un cinturón colocado alrededor de un nervio, han permitido a las personas que padecen parálisis, caminar algunos minutos. Desafortunadamente, las fibras de los nervios grandes tienen más respuesta que las pequeñas al estímulo eléctrico, así los músculos se contraen de forma incorrecta, primero los músculos potentes y luego los de precisión, por eso se produce tal fatiga después del movimiento.

Para el estudio publicado en la revista, el autor principal, Michael Llewellyn, PhD del laboratorio de Delp, formó un cinturón óptico de diodos alineados que podían colocarse alrededor de los nervios ciáticos de los ratones cuyas neuronas exponían en su membrana los fotorreceptores. Los LED emitían breves impulsos de luz azul a una intensidad suficientemente alta como para penetrar profundamente en el nervio, asegurando que todas las fibras que lo formaban, eran perfectamente estimuladas. De este modo se observó que el orden de contracción fue el adecuado, tal y como se produce en condiciones normales.

Usando varias medidas, los investigadores comprobaron que la estimulación óptica conservaba un tercio de la fuerza inicial tras 20 minutos de estimulación y que la estimulación eléctrica dejaba los músculos exhaustos a los 4 minutos. Esto es debido a que las fibras que inervan los músculos de precisión, se estimulan más fácilmente con luz que con la estimulación eléctrica directa.

El objetivo es introducir en humanos los genes para obtener membranas neuronales fotosensibles e implantar cinturones fotosensibles por microcirugía en los nervios dañados, de este modo permitir mediante impulsos de luz controlados por ordenador, que los pacientes puedan recuperar la funcionalidad perdida.

Referencia Bibliografica:

http://bioengineering.stanford.edu/
http://www.stanford.edu/group/dlab/optogenetics/
http://www.nature.com/nm/journal/vaop/ncurrent/pdf/nm.2228.pdf
-Zhang F, Gradinaru V, Adamantidis AR, Durand R, Airan RD, de Lecea L, Deisseroth K. Optogenetic interrogation of neural circuits: technology for probing mammalian brain structures. Nat Protoc. 2010;5(3):439-56. Epub 2010 Feb 18
-Michael E Llewellyn, Kimberly R Thompson, Karl Deisseroth & Scott LJournal name:. Orderly recruitment of motor units under optical control in vivo. Nature MedicineVolume: 16 ,Pages: 1161–1165Year published: (2010)

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La Biotecnología aplicada a la Medicina

Si empezamos por el principio, se debe definir qué es la Biotecnología y cuales pueden ser sus aplicaciones. Así pues, la Biotecnología consiste en la utilización de seres vivos sencillos (bacterias y levaduras) y células eucariotas en cultivo, cuyo metabolismo y capacidad de biosíntesis se utilizan para la fabricación de sustancias específicas aprovechables por el hombre. La Biotecnología permite, gracias a la aplicación integrada de los conocimientos y técnicas de la bioquímica, la microbiología, la ingeniería química, y, sobre todo, la ingeniería genética, aprovechar en el plano tecnológico las propiedades de los microorganismos y los cultivos celulares. Permiten producir a partir de recursos renovables y disponibles en abundancia gran número de sustancias y compuestos.



Se ha producido un claro avance en este campo quedando claramente diferenciadas la Biotecnología tradicional de la moderna. La Biotecnología tradicional empleaba microorganismos, como bacterias, levaduras y mohos, para producir diferentes alimentos, como el pan, queso, vino o cerveza. En cambio, hoy en día utiliza microorganismos modificados genéticamente, mediante técnicas de Ingeniería Genética.

Una breve definición de Ingeniería Genética: es una parte de la Biotecnología que se basa en la manipulación de genes para obtener sustancias específicas aprovechables por el hombre. Se trata de aislar el gen que produce la sustancia, e introducirlo en otro ser vivo que sea más sencillo (y barato) de manipular; lo que se consigue es modificar las características hereditarias de un organismo de una forma dirigida por el hombre, alterando su material genético.

Si nos paramos a pensar en las aplicaciones la lista se hace infinita, ya que se puede aplicar en muy distintos campos como alimentación, agricultura, ganadería, medio ambiente o medicina. Una de sus aplicaciones en medicina más esperanzadora es la Terapia Génica, que permite tratar a personas con enfermedades genéticas. Mediante este tipo de terapia se puede curar enfermedades debidas a la presencia de un gen defectuoso. La técnica empleada consiste en introducir el gen sano en el individuo y que luego sus células produzcan la proteína que necesita. Este es el método que se emplea para el tratamiento de enfermos con fibrosis quística (enfermedad producida por un gen recesivo). En 1989 se identificó el gen causante de la misma, lo que permite determinar, mediante un análisis de DNA, si una persona es portadora o no.

Por ejemplo, una de las principales vías de investigación actuales es la de marcar genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ellas. Esta técnica se puede aplicar en enfermedades con alta incidencia, con el beneficio que eso reporta, como cáncer (melanoma, riñón, ovario, colon, leucemia, pulmón, hígado, próstata,…), fibrosis quística, hipercolesterolemia, hemofilia, artritis reumatoide, diabetes o VIH.

Hay muchas proteínas con un alto interés médico y económico, como antibióticos, enzimas, hormonas (insulina, hormona del crecimiento, eritropoyetina, …), vacunas (vacunas comestibles), proteínas sanguíneas (seroalbúmina, factores de coagulación,…), interferón, y un largo etcétera. Dando un paso más entramos en el campo de la nano-Biotecnología mediante el cual se puede acceder a nuevos tratamientos locales, que no afectan el organismo entero, por ejemplo en los trasplantes de médula ósea, la investigación con células madre, la terapia genética, el cáncer o la hemólisis.



De esta forma resulta posible trabajar con sistemas de diagnóstico cada vez más
diminutos para seleccionar células determinadas. Así, por ejemplo, en el tratamiento del cáncer de mama, con la ayuda de partículas magnéticas se pueden eliminar células malignas aisladas y la paciente evitaría así una intervención quirúrgica. La nano-Biotecnología se considera la ciencia clave del siglo XXI, que promete progresos revolucionarios y nuevas terapias. La Biotecnología es una ciencia en auge, de la que se hacen eco políticos, periodistas, farmacéuticas, médicos y la sociedad en general. Por ello, es de gran utilidad la realización de congresos y encuentros entre diferentes profesionales que aportan diferentes puntos de vista. Uno que se celebró recientemente (5 de noviembre de 2010) fue el organizado por el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) y que tuvo por título “Curso de Biotecnología aplicada a la Salud”. En él se abordó , por ejemplo, el uso de fármacos biotecnológicos (los cuales emulan a factores biológicos naturales con la finalidad de potenciar o inhibir un efecto biológico determinado), que representan el 20 por ciento del total de medicamentos disponibles en el mercado y el 50 por ciento de los nuevos fármacos en desarrollo. También hubo especial interés en nuevos anticuerpos monoclonales, proteínas recombinantes o vacunas.

Referencia Bibliografía:
–www.porquebiotecnologia.com.ar
–www.lavozlibre.com
–www.salud.com
–http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/Genetica2/contenido4.htm
–www.educacion.es
– “Biotecnología aplicada a la Medicina” J.F.Tresguerres, Jesús A.Fernández-Tresguerres
Hernández. Ediciones Díaz de Santos, 2003.

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Microchips en el diagnóstico del cáncer

La metástasis es la principal causa de muerte en pacientes con cáncer. Para alcanzar otros órganos lejanos, las células tumorales deben acceder al torrente sanguíneo, y así viajar hasta otros tejidos. Por ello, detectar y estudiar las células circulantes tumorales (en inglés, CTCs) en la sangre de pacientes con cáncer mediante un método poco invasivo permitiría caracterizar y monitorizar el desarrollo de la enfermedad, así como detectar procesos metastásicos en sus fases iniciales, de una forma mínimamente agresiva para el paciente. Su baja concentración en sangre (1 de cada 109 células sanguíneas) hace difícil su aislamiento, por lo que numerosos grupos de investigación centran actualmente sus esfuerzos en diseñar sistemas para detectar y aislar CTCs de sangre de pacientes.


Este mismo año, un grupo de científicos españoles del Instituto de Acústica (CSIC), del Hospital General Universitario de Elche (Alicante) y del Centro de Investigaciones Tecnológicas IKERLAN (Guipúzcoa), ha publicado un microchip para separar estas células de la sangre mediante ultrasonidos (1). El dispositivo consiste en un chip de plástico con una canal central por el que pasa la sangre mientras se aplican ultrasonidos de forma transversal. Según explican los autores, “La fuerza de radiación que ejerce la onda ultrasónica provoca que las células tumorales, que se distinguen del resto por su tamaño y densidad, sean conducidas hasta ese punto, y posteriormente, recolectadas”. Las CTCs no son alteradas por este sistema, lo que permite que posteriormente sean analizadas.

Recientemente, un grupo de investigadores del Massachusetts General Hospital (Boston) ha publicado también el diseño de un nuevo micro-chip para aislar CTCs (2). En este caso, el dispositivo, que denominan HB-Chip, está montado sobre un cristal y recubierto en su interior por anticuerpos frente a la molécula de adhesión de células epiteliales (EpCAM), que aparece expresada en la mayoría de células de carcinoma. Este sistema mejora el CTC-Chip que diseñaron en 2007 científicos del mismo grupo (3), mediante la generación de un sistema de ranuras en espiga que genera un flujo turbulento para facilitar el acceso de las células a los anticuerpos, aumentando el porcentaje de células capturadas. La apertura del sistema permite también un fácil acceso a las células retenidas para posteriores estudios.

Estos sistemas y otros muchos continúan actualmente en estudio para mejorar su eficiencia y permitir su utilización clínica a gran escala. Según explica Itzíar González (CSIC), el análisis de muestras de biopsias son el mejor método de estudiar un tumor, pero este tipo de dispositivos permitirían detectar las fases tempranas de la enfermedad, lo que es difícil de realizar en el caso de las biopsias. Por tanto, la aplicación de forma rutinaria de chips que aislen CTCs permitirá el diagnóstico del cáncer de forma precoz y la aplicación de un tratamiento más apropiado a cada paciente.

Referencias:
1.González I. et al. (2010) A polymeric chip for micromanipulation and particle sorting by ultrasounds based on a multilayer configuration. Sensor and Actuators B: Chemical 144(1): 310-317.
2. Stott S.L. et al. (2010) Isolation of circulating tumor cells using a microvortex-generating herringbone-chip. PNAS 107(43):18392-18397.
3.Nagrath S. et al. (2007) Isolation of rare circulating tumour cells in cancer patients by microchip technology. Nature 450(7173):1235-1239.
4.http://www.plataformasinc.es/esl/Noticias/Desarrollan-un-microchip-ultrasonico-para-separar-celulas-tumorales-de-la-sangre
5. http://www.sciencedaily.com/releases/2010/10/101012151242.htm

NOMBRE:Alexander Sayago Maldonado C.I:16232455
EES seccion:1