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OCDE,
1980
“Biotecnología” :
Ingeniero
agrícola húngaro,
Karl Ereky, 1913Microbiología
Bioquímica
Genética
Química
Informática
Biotecnología
Biología
celularia y
molecular
Biotecnología Tradicional
Selección de especie, explotación a los agentes biológicos
no necesitan la utilización de equipos modernos
industria agroalimentaria
Producción de vino, cerveza
Biotecnología Moderna
sector superior de aplicación: la genética
utilización de equipos sofisticados
biotecnología verde, roja, azul y blanca
Biotecnología verde (agricultura)
“utilización de técnicas modernas por medio de agentes biológicos en el sector
agrícola con el fin de obtener variedades de plantas excepcionales”.
Variedad hibrida,
OGM…
Biotecnología roja (salud)
“Comprensión del funcionamiento del organismo, investigación causas de ciertas
enfermedades, producción de nuevos tratamientos”.
antibióticos
vacunas más seguras
genética
Biotecnologia Azul (Dominio marítimo)
“La biotecnología azul se ocupa de los nuevos productos que se pueden
obtener de la explotación de la biodiversidad marina”
Biotecnología con organismos marinos:
nutrición en acuicultura,
productos naturales de origen marino (incluyendo fármacos),
biofilms…
Biotecnología blanca (industria)
Utilización de estas técnicas en el sector industrial :
enzimas como catalizadores industrial,
microorganismos para producir un producto químico.
8000 a. C:
Mésopotamie,
crianza selectiva
en ganadería.
6000 a. C.: Medio
Oriente, levadura en
la elaboración de
cerveza
4000 a. C.: China, fermentación
láctica utilizando bacterias.
(yogur, queso)
2300 a. C.: Egipto, producción
de pan con levadura.
1590: Invención
del microscopio,
Zacarías Janssen
1860: microorganismos como
causa de la fermentación, PASTEUR
1897 capacidad de las enzimas,
extraídas de las levaduras, de convertir
azúcares en alcohol, Buchner
1928, penicilina, Fleming, bases
para la producción en
gran escala de antibióticos
1930: variedades híbridas
("corn belt"),
1953: “ácido deoxi-ribonucleico"
(ADN) por Crick y Watson
1982: insulina para humanos,
primera hormona obtenida
mediante la biotecnología
1983: primera vez que se
autorizan alimentos
transgénicos, EU
0
1984: Dolly, primer
carnero clonado
APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA
“Desarrollo, uso y regulación de los sistemas biológicos
para la remediación de ambientes contaminados (tierra,
aire, agua), y la creación de procesos amigables con el
medio ambiente (desarrollo sustentable, BIOENERGÍA y
tecnologías de producción limpias)”.
¿Qué es la Biotecnología Ambiental?
Beneficios Aplicaciones
Reducción de combustibles fósiles
como materia prima.
Reducción de costes de producción.
Más eficiente energéticamente.
Más amigable con el medio
ambiente.
BIOENERGÍA
Biorremediación
Materiales
Biodegradables
Beneficios y Aplicaciones de la Biotecnología Ambiental
Materiales Biodegradables
Un material es biodegradable cuando puede ser
degradado a sustancias más simples por la acción de
organismos vivos, y de esta manera ser eliminado del
medio ambiente.
PHA Polihidroxialcanoatos
PLA Ácido Poliláctico
Bacterias(¿quizás en el futuro
en plantas?)
polihidroxialcanoatosPHA
(bioplástico)
ALMIDÓN
Bacillus
Delbrücki
Ácido Láctico
PLA
Proceso que utiliza microorganismos, hongos o plantas (o
las enzimas derivadas de éstas) para recuperar un
ambiente contaminado a su estado natural.
Ventajas
Descontaminación de áreas
inaccesibles (ej: napas subterráneas).
Menores costes en comparación a
métodos que requieran excavación.
Recupera ambientes para ser
reutilizados para otras actividades
productivas.
Biorremediación
Herramientas
Biorremediación
Degradación Enzimática
Remediación microbiana
Fitorremediación
Microorganismos
ContaminanteNutrientes
(oxígeno y
otros)
Mineralización o
Transformación
Proceso
Energía renovable proveniente de material biológico. Se
obtiene tanto de sistemas biológicos que producen
biocombustibles, así como de la biomasa y sus productos
derivados.
Ventajas
Disponibilidad de fuentes orgánicas
renovables de energía.
Proceso carbono-neutral (bajos niveles de
contaminación de CO2).
Posibilidad de implementar un sistema de
eco-agricultura con cero residuos agrícolas
(convertidos en energía).
Bioenergía
Bioenergía
Biocombustibles-Cultivos
Energéticos
Biomasa-Biogás
Biodiesel
Bioetanol
Clasificación
Cultivos Energéticos:
Plantaciones de crecimiento rápido y de una alta
eficiencia fotosintética para la obtención de la mayor
cantidad neta de bioenergía.
Características necesarias
De preferencia especies no comestibles para evitar la
competencia en el consumo con el sector alimentario.
Cultivos que mejor se adecuen a las condiciones
ambientales.
Colza Jathropa Cardo Bioenergía
fermentación
caña de azúcar
“crushing”
bagazo jugo de caña
110oC, decantación
concentraciónfermentación
molasas ETANOL
AZÚCAR
Obtención de etanol a partir de caña de azúcar (o remolacha)
PAPEL
grano de maíz
molienda
almidón
licuefaccióncaloralfa-amilasa
dextrinas
sacarificación
Textil, alimentos, pinturas, farmacéuticos, adhesivos, papel, cosméticos, etc
Pinturas, cosméticos, tinturas, etc.
gluco-amilasa
glucosa, maltosa, iso-maltosa
Jarabe de alta fructosa
fermentaciónlevaduras
etanoldestilación, deshidratación, desnaturalización
etanol (combustible)
Obtención de etanol a partir de maíz (o papa, mandioca, etc.)
Biogás:
Gas combustible generado por reacciones de
biodegradación de materia orgánica, mediante la acción
de microorganismos (ej. bacterias metanogénicas) en
ausencia de aire.
Residuos
agrícolas
BioDigestor
BIOGÁS
Residuos
sólidos
urbanos
Conjunto de herramientas tecnológicas que utilizan
organismos vegetales, microorganismos y otros sistemas
biológicos para la producción o mejoramiento de
vegetales para el consumo humano o animal, el
desarrollo de nuevos materiales.
¿Qué es la Biotecnología aplicada a la
industria agroalimentaria?
Beneficios y Aplicaciones de la Biotecnología:
Beneficios Aplicaciones
Reducción de costes en pesticidas y
descontaminación de éstos.
Reducción de tiempos y costes de
mejora genética.
Alto valor añadido en productos
agrícolas de IV y V gama.
Utilización de residuos agrícolas
como fuente energética.
Seguridad y
Calidad en IV
y V gama
Alimentos
saludables
Verduras resistentes
a stress
Mejora genética de variedades vegetales:
Una planta puede ser modificada transfiriendo un gen de
otro organismo para aportarle una característica
deseada. Alternativamente, pueden seleccionarse las
mejores variedades utilizando marcadores genéticos.
Ventajas
Obtención de variedades con
características organolépticas
altamente demandadas.
Posibilidad de cultivar plantas en
climas o condiciones desfavorables.
Disminución del coste y el tiempo para
desarrollar mejores variedades.
Plantas resistentes a enfermedades y plagas
Maíz Bt la planta produce su
propio plaguicida, letal para
un acárido llamado barrenillo
del maíz.
Plantas con calidad nutricional mejorada
Arroz dorado es una variedad de arroz
a la que se le han introducido dos genes
provenientes del genoma del narciso y
otro gen bacteriano. Estos genes codifican
pasos de la ruta de síntesis de la
provitamina A, lo que las variedades
convencionales de arroz no tienen.
Alimentos probióticos
Los probióticos Incorporan organismos vivos como ingredientes, que benefician la flora intestinal
Bifidobacterium y lactobacillus. Leche fermentadas, bio yogures, Actimel.
Deben llegar vivos al intestino y colonizar. Restauran la flora normal, compiten con los patógenos, producen vitamina B y aumentar la inmunidad. Ejemplo Yogurt
Es conocido desde antiguo la relación entre dieta, flora intestinal y salud.
La flora intestinal tiene altísimo potencial metabólico. El recién nacido tiene flora intestinal estéril e incorpora según la dieta, leche materna o fórmula.
Las colonias dependen de la dieta, stress y enfermedades. Se puede manipular la flora intestinal
Alimentos prebióticos
Los prebióticos son ingredientes no digeribles de los alimentos que afectan beneficiosamente al huésped por una estimulación selectiva de crecimiento de un reducido número de bacterias en el colon. Dan sustrato de elección a las bifidobacterias y lactobacilos. Aumentan la absorción de minerales.
• Fructanos: inulina, oligofructosa (achicoria)• Galacto oligosacáridos de leches procesadas• Lactulosa de la lactosa• Xilo oligosacáridos (no estudiados en humanos)• Galactomananos en goma guar
Alimentos con efecto prebiótico ajo, cebolla y alcaucil.
Productos: leche con fibra, quesos, helados, productos de panadería, confitería.
Control de la calidad y la seguridad alimentaria:
Es posible insertar biosensores para el diseño de envases
activos e inteligentes. Estos instrumentos permitirán medir
constantemente los niveles de calidad y durabilidad.
Ventajas
Desarrollar productos envasados de mayor
calidad e información para el consumidor.
Desarrollar envases que contrarresten el
crecimiento de microorganismos contaminantes.
Alto valor añadido en productos
empaquetados en envases inteligentes.
Envases activos e inteligentes
Durabilidad extendida
Información para el
consumidor
Test para la detección de
contaminantes, frescura, etc.
Desarrollo de
Biosensores
Productos de
ALTO VALOR
Envase
Inteligente
ProcesoFunciones
Detección rápida y
específica de:
Alergenos
Patógenos
Toxinas
Pesticidas
Fármacos
Antinutrientes
Biotecnología en la medicina
Diagnóstico: Una de las aplicaciones de mayor impacto de la
tecnología del ADN es el desarrollo de nuevas técnicas para
diagnóstico clínico. Esto ha permitido contar con tecnologías más
eficientes para el reemplazo de las pruebas serológicas clásicas, y
nuevos métodos para el diagnóstico de enfermedades infecciosas
y genéticas. Entre éstas se encuentran:
Vacunas: La tecnología de ADN recombinante han permitido el
surgimiento de una nueva generación de vacunas: las vacunas
recombinantes y las vacunas de ADN.
Purificación bioquímica
páncreas
insulina de cerdo
Antes… ADN
(gen de la insulina humana)
insulina humana (recombinante)
Extracción y
purificación
Escherichia colirecombinante
(multiplicación)
Tracy (1991-1998)Producía 40g/l de alfa-1-antitripsina en la leche
Transgénicos: animales como fábricas de moléculas
Biotecnología y animales
Dolly (1997-2003), la primera oveja obtenida por clonación a
partir de células adultas
Mansa (nació en 2002)Primera ternera clonada y transgénica. Produce la hormona de crecimiento humana en la leche
Bioinformática
La Bioinformática es capaz de utilizar la tecnología para organizar y analizar la información biológica en un ámbito multidisciplinario para una nueva era sobre la investigación genómica que ayudará a mejorar las condiciones y la calidad de vida humana.La Bioinformática es orientada hacia la investigación y desarrollo de herramientas útiles para llegar a entender el flujo de información desde los genes a las estructuras moleculares, a su función bioquímica, a su conducta biológica y, finalmente, a su influencia en las enfermedades y en la salud.
TECNOLOGÍAS APLICADAS
Proceso industrial
PROPAGACIÓN de los CULTIVOS
FERMENTACIÓN
PROCESOS y OPERACIONES de
SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN
TRATAMIENTO de EFLUENTES
Materias primas
Preparación de
medios
Esterilización
Separación
Purificación
Producto
Efluentes
Tratamiento
Biorreactores
Funciones del reactor
Homogeneidad del substrato.
Control de temperatura.
Homogeneidad de nutrientes.
Suministro de oxígeno
Esterilidad y protección del cultivo.
Clasificación
Según la distribución de la biomasa.
Reactores de crecimiento suspendido
Reactores de biofilm.
Según modo de operación
Discontinuo
Continuo
Aceptor de electrones
Aeróbico
Anaeróbico
Clasificación: Distribución de Biomasa
Reactores de crecimiento suspendido
Agitación Mecánica
Agitación Neumática
Clasificación: Distribución de Biomasa
Reactores de crecimiento suspendido
Agitación Mecánica
Clasificación: Distribución de Biomasa
Reactores de crecimiento suspendido
Agitación Neumática
Clasificación: Distribución de Biomasa
Reactores de biofilm
Reactor de empaquetamiento
Reactor de cilindro rotatorio
Reactor de lecho fluidizado
Clasificación: Distribución de Biomasa
Reactores de biofilm
Reactor de empaquetamiento
Clasificación: Distribución de Biomasa
Reactores de biofilm
Reactor de cilindro rotatorio
Clasificación: Distribución de Biomasa
Reactores de biofilm
Reactor de lecho fluidizado
Clasificación: Modo de operación
Reactores discontinuos (modo batch)
Reactor de tanque agitado tipo batch
Clasificación: Modo de operación
Reactores continuos
Reactores de tanque agitado y flujo continuo.
Reactores de lecho empaquetado.
Reactores de lecho fluidificado.
Reactores de fibra hueca.
Clasificación: Aceptor de electrones
Reactores aeróbicos
Reactores anaeróbicos
Separación y purificación
Recuperación del producto
Purificación del producto
Separación y purificación
Separación y purificación
BIORREMEDIACIÓN
Contaminantes mas comunes
Solventes clorados; 64,8%
Hidrocarburos; 20,3%
BTEX, PAH; 8,0%
Compuestos inorgánicos;
0,4%
Metales Pesados; 1,0%
Otros; 4,5%
Otros compuestos orgánicos; 1,0%
BIORREMEDIACIÓN
Etapas del estudio de remediación
Laboratorio. Es posible degradar el contaminante?
Laboratorio. Condiciones óptimas.
Remediación.
Ex-Situ
In-Situ
BIORREMEDIACIÓN
Etapas del estudio de remediación
Laboratorio. Es posible degradar el contaminante?
Laboratorio. Condiciones óptimas.
Tratamiento de BTEX usando
Fe(III) como aceptor de
electrones. A la derecha se
encuentra la muestra
original y en el extremo
izquierdo luego de 5
semanas de actividad.
BIORREMEDIACIÓN
Etapas del estudio de remediación
Remediación Ex-Situ
Elevado costo
Alta velocidad
Alta efectividad
BIORREMEDIACIÓN
Etapas del estudio de remediación
Remediación Ex-Situ: Biopila
BIORREMEDIACIÓN
Etapas del estudio de remediación
Remediación In-Situ
Bio aumentación
Bio ventilación
Bio slurping
Bio sparging
BIORREMEDIACIÓN
BIORREMEDIACIÓN
BIORREMEDIACIÓN
Producción de Semillas Transgénicas
Producción de Semillas Transgénicas
EE.UU.63%
Argentina21%
Canadá6%
China4%
Brasil4%
Sudáfrica 1%
Otros1%
Producción de alimentos transgénicos
Producción de Semillas Transgénicas
Las plantas transgénicas son mayoritariamente resistentes a los herbicidas, y
se venden formando parte de un “paquete de tecnología” que incluye la
semilla transgénica y el herbicida al que es resistente.
• Cultivo más simple (no hay necesidad de desmalezar)
• Menos productos necesarios
• Elimina la necesidad de arado
Producción de Semillas Transgénicas
Obtención en laboratorio de la primera planta
Producción industrial de la semilla
Producción de Semillas Transgénicas
Biobalística
Producción de Semillas Transgénicas
Recepción Secado Limpieza Tratamiento Envasado
Producción de Inoculantes
Producción de Inoculantes
Un inoculante es un concentrado de bacterias específicas, que aplicado
convenientemente a la semilla poco antes de su sembrado, mejora el desarrollo del
cultivo.
Aporta a la leguminosa más del 70 % del nitrógeno
necesarioAumenta los rendimientos
Enriquece el suelo en nitrógeno que queda en
raíces y restos de cosecha
Contribuye a preservar el medio ambiente, no
contaminando aguas ni aire, a diferencia de fertilizantes
químicos
Ventajas
Producción de Inoculantes
Para cada leguminosa existe una bacteria determinada para que nodule (fije
nitrógeno), con la que establece naturalmente una estricta dependencia fisiológica
como respuesta funcional para sobrevivir: una simbiosis
Soja
Trigo
Alfalfa
Garbanzo
Principales
inoculantes
producidos en
Argentina
Producción de Inoculantes
Obtención de microorganismoen laboratorio
Caldo de cultivo
Procesamiento de turba
Esterilización
Inyección del caldo en
turba
Inoculación de semillas Comercialización
Levaduras vínicas transgénicas
Levaduras vínicas transgénicas
Levaduras vínicas transgénicas
Se busca la obtención en laboratorio de una cepa de
levadura Saccharomyces cerevisiae que produzca en la
fermentación del mosto un nivel de alcohol inferior al
que producen las levaduras actuales, con el fin de
facilitar la comercialización de vinos en el exterior.
Levaduras vínicas transgénicasMetabolismo anaerobico de glucosa en
S. cerevisiae y disponibilidad de NADH/NAD+
Adaptado de D. Kutina et al., 2010
Levaduras vínicas transgénicas
• Se logró identificar el gen PDC2 cómo el responsable de la
transformación de la fracción de glucosa en etanol.
• En primer lugar se logró la eliminación del Gen PDC2. El resultado
fue la producción nula de alcohol, lo cuál no es deseado
evidentemente.
• Posteriormente se buscó la mutagénesis (transformación) del Gen.
Algunos efectos indeseables comenzaron a aparecer como la
producción excesiva de ácido acético o de anhídrido carbónico.
• Hasta el momento no se ha encontrado la mutación justa que
produzca los efectos deseados pero se continúa la investigación y
los pronósticos son alentadores
SITUACIÓN ACTUAL
LA BIOTECNOLOGÍA EN AMERICA LATINA
Desarrollo a partir de finales
de los 80
Aún bajo desarrollo
Argentina, Brasil y México
son los principales países
Semillas transgénicas, salud
animal y humana son las
principales aplicaciones
LA BIOTECNOLOGÍA EN ARGENTINA
Segundo productor del
mundo de cultivos
transgénicos
Legislación tolerante
Aceptación en parte de la
opinión pública
Existencia de multinacionales
dispuestas a realizar
importantes inversiones
Sector Agrario
Desarrollo de semillas transgénicas:
Mejoramiento genético
Resistencia frente a herbicidas e insecticidas
Aplicación en: Soja, maíz, algodón, arroz entre otros
Desarrollo de inoculantes
Producción de Semillas Transgénicas
EE.UU.63%
Argentina21%
Canadá6%
China4%
Brasil4%
Sudáfrica 1%
Otros1%
Producción de alimentos transgénicos
Producción de Semillas Transgénicas
Has. cultivadas con transgénicos
20%
Has con cultivos tradicionales80%
Has. Cultivadas en Arg
Producción de Semillas Transgénicas
Soja61%
Maíz23%
Algodón11%
Colza5%
Cultivos transgénicos en Argentina
Producción de Semillas Transgénicas
Monsanto80%
Aventis7%
Sygenta5%
BASF5%
Dupont3%
Principales productores de semillas
Alimentación
Biotecnología tradicional
Vino
Cervezas
Pan
Licores
Yogurt
Quesos
Salud humana
Total de exportaciones en el año 2000 por U$S 30 millones
Innovaciones en salud humana
Desarrollo de ganadería bovina transgénica para
la producción de hormonas de crecimiento humano.
Fabricación de neurotoxinas botulínicas para el uso
medicinal, mediante técnicas de biotecnología.
Medio ambiente
Bioremediación de sitios
contaminados(grupo de bioprocesos del Dr. Carlos Ércoli,
UNC)
Microalgas destinadas a
la producción de
biocombustibles
Fondos de financiación pública
FONCyT: Financia instituciones de I+D públicas o
privadas sin fines de lucro
FONTAR: Financia la modernización tecnológica y
la innovación en el sector productivo
FONARSEC: Financia la mejora integral de las
capacidades de I+D para la transferencia a
sectores productivos y sociales.
Financiaciones del FONCyT
Análisis FODA de la Biotecnología en Arg.
Análisis FODA de la Biotecnología en Arg.
BIOÉTICA
Fuentes de la Bioética
Bioética
Religión
Leyes Cultura
ONGs
Aceptación de Alimentos Transgénicos
Aceptación de GMOs
Ventajas parael consumidor
Productos mássaludables
Menor impactoen el ambiente
Percepción de riesgo
Mayor Aceptación
USA
Credibilidad en entes
reguladores
Desconfianzaen ONGs
MenorAceptación
Europa
Desconfianzaen entes
reguladores
Gran influenciade ONGs
conservadoras
“IniciativaIntragénica”
VariabilidadIntraespecie
Transgénico de especiefamiliar
La Necesidad de una discusión sincera
¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
