BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL monografia

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Procesos de análisis microbiano

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BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL INTEGRANTES:

CASTILLO CIEZA RUDY ABIGAIL

FERNANDEZ PISFIL ROSA ELIANA

IRIGOIN CARRANZA EDIN

RODAS QUESQUEN KEVIN

TESENCASUSOL OSCAR ENRIQUE

CURSO: BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL

DOCENTE:

LIC. MBLGO. CESAR ALBERTO CABREJOS MONTALVO

CHICLAYO, ABRIL DEL 2013IntroduccinLa biotecnologa ambiental es empleada y usada para perfeccionar las tecnologas sobre el entorno natural y terrestre y para las mejoras de los suelos, tambin puede implicar tratar de aprovechar un proceso biolgico para usos comerciales y de la explotacin y el uso de microorganismos en procesos ambientales que se encuentra desde el siglo XIX. Hacia finales de 1950 y principios de 1960, cuando se descubri la estructura y funcin de los cidos nucleicos, se puede distinguir entre biotecnologa antigua tradicional y la biotecnologa de segunda generacin, la cual, en parte, hace uso de la tecnologa del ADN recombinante.

La biotecnologa desarrolla sus investigaciones en: Digestin anaerobia para el tratamiento de residuos agroindustriales. Decoloracin biolgica de efluentes.

Tratamiento aerobio y biorremediacin de aguas y suelos impactados con hidrocarburos.Sus beneficios:

Alimentos con ms vitaminas, minerales y protenas, y menor contenido en grasas. Cultivos ms resistentes al ataque de virus, hongos insectos sin la necesidad de emplear productos qumicos, lo que supone un mayor ahorro econmico y menor dao al medio ambiente. Mayor tiempo de conservacin de frutas y verduras.

Cultivos tolerantes de la sequa y estrs.

Y se aplican en Biorremediacin, Cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condicin natural. La biorremediacin puede ser empleada para atacar contaminantes especficos del suelo, por ejemplo en la degradacin bacteriana de compuestos organoclorados o de hidrocarburos.

Las desventajas que presenta la aplicacin de la biotecnologa se pueden clasificar en dos grupos: Riesgos ambientales y los efectos en la salud humana; En Riesgos ambientales la Posibilidad de una polinizacin cruzada, es decir, el polen de cultivos genticamente modificados llega a cultivos dnde no se ha intervenido el material gentico. Esto podra traer consigo el surgimiento de una maleza agresiva que trastorne el equilibrio del ecosistema. Uso de cultivos genticamente modificados, cuyos genes produzcan toxinas insecticidas como el bacillus thuringiensis. Esto puede generar el surgimiento de poblaciones de insectos que invadan los cultivos. Tambin puede perjudicar a la fauna del lugar, como a las mariposas o aves si consumen estas plantas infectadas.

IntroductionThe environmental biotechnology is used and used to perfect the technologies on the natural and terrestrial environment and for the improvements of the soils; also it can imply trying to take advantage of a biological process for commercial uses and of the exploitation and the use of microorganisms in environmental processes that one finds from the 19th century. Towards ends of 1950 and beginning of 1960, when there was discovered the structure and function of the acids nucleicos, it is possible to distinguish between ancient traditional biotechnology and the biotechnology of the second generation, which, partly, uses the technology of the DNA recombinant.

The biotechnology develops his investigations in:

Anaerobic Digestion for the treatment of agro industrial residues.

Biological Discoloration of effluent.

Aerobic Treatment and biorremediacin of waters and soils impressed with hydrocarbons.

His benefits:

Food with more vitamins, minerals and proteins, and minor contained in fats.

Cultures more resistant to the assault of virus, fungi insects without the need to use chemical products, which supposes a major economic saving and minor hurt to the environment.

Major time of conservation of fruits and vegetables.

Tolerant Cultures of the drought and stress.

And they are applied in Biorremediacin, Any process that uses microorganisms, fungi, plants or the enzymes derived from them to return an environment altered by pollutants to his natural condition. The biorremediacin can be used to attack specific pollutants of the soil, for example in the bacterial degradation of compounds organoclorados or of hydrocarbons.

The disadvantages that the application of the biotechnology presents can qualify in two groups: environmental Risks and the effects in the human health; In environmental Risks the Possibility of a crossed pollination, that is to say, the pollen of genetically modified cultures comes to cultures where the genetic material has not been controlled. This might bring with it the emergence of an aggressive undergrowth that upsets the balance of the ecosystem. Use of genetically modified cultures, which genes produce insecticide toxins as the bacillus thuringiensis. This can generate the emergence of populations of insects who invade the cultures. Also it can harm to the local fauna, since to the butterflies or birds if they consume these infected plantsDefinicin

Se puede definir segn el Convenio de Diversidad Biolgica de 1992, la biotecnologa podra definirse como toda aplicacin tecnolgica que utilice sistemas biolgicos y organismos vivos o sus derivados para la creacin o modificacin de productos o procesos para usos especficos.

La biotecnologa ambiental es empleada y usada para perfeccionar las tecnologas sobre el entorno natural y terrestre y para las mejoras de los suelos, tambin puede implicar tratar de aprovechar un proceso biolgico para usos comerciales y de la explotacin y el uso de microorganismos en procesos ambientales que se encuentra desde el siglo XIX. Hacia finales de 1950 y principios de 1960, cuando se descubri la estructura y funcin de los cidos nucleicos, se puede distinguir entre biotecnologa antigua tradicional y la biotecnologa de segunda generacin, la cual, en parte, hace uso de la tecnologa del ADN recombinante.

Se basa en el uso de medios biolgicos para preservar o modificar la qumica de la atmsfera, la tierra y el agua. El desarrollo y la prctica de la biotecnologa ambiental tiene sus principales bases cientficas en dos reas de conocimiento: la ingeniera metablica y la ecologa microbiana. Entre los servicios destacados y emergentes que la biotecnologa ambiental brinda a la sociedad se incluyen la eliminacin de los contaminantes orgnicos e inorgnicos, la recuperacin de suelos y sedimentos contaminados, la conversin de residuos en productos de valor, incluyendo fuentes de energa y la deteccin de contaminantes patgenos en el medio ambiente.

Conceptos Bsicos

La biotecnologa consiste simplemente en la utilizacin de microorganismos as como de clulas vegetales y animales para producir materiales tales como alimentos, medicamentos y productos qumicos tiles para la humanidad.

En el momento que los primeros hombres se dieron cuenta de que podan cultivar sus propias plantas y criar5 a sus propios animales, ellos aprendieron a usar la biotecnologa.

La biotecnologa ambiental se refiere a la aplicacin de los procesos biolgicos modernos para la proteccin y restauracin de la calidad del ambiente.El uso de microorganismos en procesos ambientales se encuentra desde el siglo XIX. Hacia finales de 1950 y principios de 1960, cuando se descubri la estructura y funcin de los cidos nuclicos, se puede distinguir entre biotecnologa antigua tradicional y la biotecnologa de segunda generacin, la cual, en parte, hace uso de la tecnologa del ADN recombinante.Actualmente, la principal aplicacin de la biotecnologa ambiental es limpiar la polucin. La limpieza del agua residual fue una de las primeras aplicaciones, seguida por la purificacin del aire y gases de desecho mediante el uso de biofiltros.La biorremediacin (uso de sistemas biolgicos para la reduccin de la polucin del aire o de los sistemas acuticos y terrestres) se est enfocando hacia el suelo y los residuos slidos, tratamientos de aguas domsticas e industriales, aguas procesadas y de consumo humano, aire y gases de desecho, lo que est provocando que surjan muchas inquietudes e interrogantes debido al escaso conocimiento de las interacciones de los organismos entre s, y con el suelo. Los sistemas biolgicos utilizados son microorganismos y plantas.Cada vez mas compaas industriales estn desarrollando procesos en el rea de prevencin, con el fin de reducir el impacto ambiental como respuesta a la tendencia internacional al desarrollo de una sociedad sostenible. La biotecnologa puede ayudar a producir nuevos productos que tengan menos impacto ambiental.

En definitiva, la biotecnologa puede ser utilizada para evaluar el estado de los ecosistemas, transformar contaminantes en sustancias no txicas, generar materiales biodegradables a partir de recursos renovables y desarrollar procesos de manufactura y manejo de desechos ambientalmente seguros.

Evolucin histrica de la biotecnologaDesde hace miles de aos, la humanidad ha venido realizando biotecnologa de un modo emprico, que recin en la poca moderna adquiere una base cientfica. Ejemplos:

Domesticacin de plantas y animales desde el Neoltico (7000 3000 a.C.)

Los egipcios fabricaban pan a partir del trigo hacia el 4000 a.C.

En Sumeria y Babilonia (6000 aos a.C.) elaboraban cerveza.

Segn la Biblia, No "sufri" (o disfrut) accidentalmente los efectos de la fermentacin espontnea del mosto de la uva.

Los incas (1200-1535) podan conservar sus papas mediante la liofilizacin (chuo) y su carne mediante el salado o charque, as mantuvieron unos 10-30 millones de habitantes perfectamente vestidos y alimentados).

Otros procesos biotecnolgicos conocidos de modo emprico desde la antigedad: cultivo de championes, fabricacin de queso, alimentos y bebidas fermentadas no alcohlicas (salsa de soja, yogur, etc.), tratamiento de aguas residuales.

Con la moderna biologa (siglo XIX), la base de muchos procesos se empez a conocer: en el siglo XVIII se acepta que la materia viva puede ser estudiada como la materia inanimada (mtodo experimental), se inicia el lento declive de las ideas vitalistas (creencias errneas de que "la vida depende de un principio vital irreducible a otras ramas de la ciencia").

Algunos hitos cientficos fundantes de la biotecnologa contempornea:

Van Leeuwenhoek y Hooke (siglo XVII) describen los "animlculos" que estn fuera del alcance del ojo (microscopio), se tarda an un par de siglos en captar la importancia de estas minsculas criaturas

Louis Pasteur, en sus estudios realizados entre 1857 y 1876, demuestra el rol de los microorganismos en procesos de fermentacin y putrefaccin (conservacin de alimentos). As a finales del siglo XIX se fabricaba industrialmente etanol, cido actico, butanol y acetona, mediante fermentaciones al aire libre en condiciones no estriles.

Finales del siglo XIX, la "edad de oro de la bacteriologa" las mejoras en microscopia, y la aplicacin de tcnicas aspticas, la esterilizacin y la pasteurizacin, permiti no slo obtener alimentos con baja o nula presencia microbiana, sino la posibilidad de cultivar cada cepa microbiana sin mezclas con otras: cultivos puros en medios de cultivo de laboratorio.

Comienzos del siglo XX: se establecen las bases enzimticas y metablicas de la fisiologa celular y por lo tanto de muchos procesos de fermentacin.

Se desarrollan procedimientos industriales (bio reactores) para producir enzimas (invertasa, proteasas, amilasas, etc.). Ms adelante, aos 70, estos procesos mejoran mediante la inmovilizacin de clulas y enzimas en soportes, y con la fermentacin continua para obtener protena de clulas sencillas (biomasa microbiana).

Desde la dcada de 1940, las tcnicas de ingeniera qumica, aliadas a la microbiologa y a la bioqumica, permiten la produccin de antibiticos, cidos orgnicos, esteroides, polisacridos y vacunas.

La penicilina comenz a fabricarse en plena II Guerra Mundial, como resultado de avances importantes en tcnicas de esterilizacin a gran escala, mejora de las instalaciones de fermentacin (incluyendo la cuestin de la aireacin), cultivo del hongo, etc. Se disean estrategias para mejorar genticamente las cepas microbianas industriales.

Las dcadas siguientes fueron de eclosin de produccin de antibiticos as como de transformaciones de esteroides y de cultivo de clulas animales para la produccin de vacunas antivirales. En los aos 60 - 70 se mejoran los procesos de obtencin de pequeos metabolitos como nucletidos, aminocidos y vitaminas. Incluso ciertos polmeros microbianos (xantanos y dextranos) se obtuvieron industrialmente, con aplicaciones en el campo de la alimentacin (como aditivos).

Avanzado el siglo XX, las posibilidades para actuar sobre la seleccin gentica eran limitadas: cruces entre plantas y animales de la misma especie (o de especies similares), seleccin de los individuos con rasgos deseados, retro cruzamientos (un proceso largo y lento), mutaciones con agentes fsicos (rayos UV, rayos X) o qumicos, con ulterior bsqueda (seleccin o rastreo -screening) de alguna variante de inters (algo tedioso y frecuentemente infructuoso), etc.

Recin en la dcada de los 70 se consolida un conjunto de tcnicas de laboratorio revolucionarias que por primera vez permiten "manipular" de modo racional el ncleo informativo vital. Son tcnicas y herramientas con las que se puede modificar el ADN de acuerdo a diseos previos y objetivos concretos (de ah el nombre popular de Ingeniera Gentica).

La Ingeniera Gentica (I.G.), mejor llamada tecnologa del ADN recombinante in vitro, se caracteriza por su capacidad de cortar y empalmar genes o fragmentos de ADN de organismos distintos, creando nuevas combinaciones no existentes en la Naturaleza, combinaciones que ponemos a trabajar en el interior de una variedad de organismos hospederos, para nuestro provecho.UN POCO DE HISTORIA.La biotecnologa no es nueva, sus orgenes se remontan a los albores de la historia de la humanidad. Nuestros ancestros primitivos iniciaron, hace miles de aos durante la Edad de Piedra, la prctica de utilizar organismos vivos y sus productos.

La biotecnologa es un trmino que se ha dado a la evolucin y recientes avances de la ciencia de la gentica. Esta ciencia se origin hacia finales del siglo XX con el trabajo de Gregor Joham Mendel.

La historia realmente se inicia con las investigaciones de Charles Darwin, considerado como el padre de la biologa moderna, que concluy que las especies no son fijas e inalterables, sino que son capaces de evolucionar a lo largo del tiempo, para producir nuevas especies.

La explicacin de esta evolucin, segn sus observaciones, se basaba en que los miembros de una determinada especie presentaban grandes variaciones entre ellos, unos estaban mas acondicionados al ambiente en que se encontraban que otros, lo que significaba que los ms aptos produciran ms descendencia que los menos aptos.

Este proceso es conocido como seleccin natural, y supona la modificacin de las caractersticas de la poblacin, de manera que los rasgos mas fuertes se mantendran y propagaran, mientras que los menos favorables se haran menos comunes y acabaran desapareciendo

El monje Gregor J. Mendel (1822-1884), trabajaba en el jardn de su monasterio en Austria sin ser consciente de la importancia de sus estudios. Mendel eligi como material de estudio una planta comn, el guisante (pisum sativum).

Esta planta es de fcil obtencin y cultivo, hemafrodita y por tanto con capacidad para autofecundarse, ofreciendo asimismo la posibilidad de realizar fecundaciones cruzadas entre distintas variedades, muy numerosas en el guisante y fcilmente distinguibles. En sus estudios, en lugar de analizar la transmisin global de las caractersticas de la planta, prest atencin a un solo rasgo cada vez, permitindole seleccionar determinados aspectos de la planta que presentaban alternativas claramente diferenciables, como por ejemplo la forma de la semilla (rugosa/lisa) o su color (amarilla/verde).

En 1866 public los resultados de sus experiencias llevadas a cabo durante 7 aos en el jardn de su monasterio de los agustinos, los cuales permitieron superar las antiguas concepciones sobre la herencia que an prevalecan en su poca, segn las cuales los caracteres se transmitan de padres a hijos a travs de una serie de fluidos relacionados con la sangre, al mezclarse las sangres en la descendencia, los caracteres de los progenitores se fusionaban y no podan volver a separarse.

Mendel expuso una nueva concepcin de la herencia, segn la cual los caracteres no se heredan como tales, sino que solo se transmitan los factores que los determinaban. Su estudio del comportamiento de los factores hereditarios se realizaba, con total intuicin, 50 aos antes de conocerse la naturaleza de estos factores (posteriormente llamados genes).

A pesar de que describi el comportamiento esencial de los genes, sus experimentos no revelaron la naturaleza qumica de las unidades de la herencia, hecho que ocurri hacia la mitad del siglo XX e involucr muchos trabajos de diferentes cientficos de todo el mundo, durante varias dcadas.ORGENES DE LA BIOTECNOLOGALos ejemplos ms antiguos que pueden considerarse como procesos biotecnolgicos son la obtencin de la cerveza, el vino y otras bebidas alcohlicas. Muchas civilizaciones del pasado descubrieron que el azcar y las materias primas azucaradas podan sufrir transformaciones espontneas que generaban alcohol.

El proceso fue controlado gradualmente, hasta que en el siglo XIX el qumico francs Louis Pasteur demostr que la fermentacin estaba producida por microbios. Pasteur demostr tambin que otros microorganismos, diferentes en apariencia, eran responsables de otros procesos, como la produccin de vinagre.

El trabajo de Pasteur no slo revolucion la tecnologa de la elaboracin de la cerveza y el vino, excluyendo microorganismos que pudieran contaminar el proceso de fermentacin y causar grandes prdidas, sino que demostr tambin que haba otros productos que podan ser obtenidos en la industria gracias a la intervencin de los microorganismos. Uno de estos productos fue la acetona, un disolvente utilizado para la fabricacin de plvora explosiva.

Durante la I Guerra Mundial, el qumico y posteriormente primer presidente de Israel, Chaim Weizmann, verific que la acetona era producida por la bacteria Clostridium acetobutylicum.

Importancia del medio ambiente

Las biotecnologas pueden cumplir un importante rol en el cuidado del ambiente desde sus posibilidades de prevenir y remediar los problemas ambientales derivados de las actividades productivas.

La biotecnologa contribuye al mantenimiento de la biodiversidad mediante el desarrollo de distintas herramientas.

En primer lugar desarrollando herramientas para analizar la diversidad de los ecosistemas lo que permite realizar un seguimiento de la aparicin o desaparicin de las especies.

En segundo lugar desarrollando procesos para conservar los genomas en bancos o colecciones de organismos vivos o en forma de ADN. En tercer lugar desarrollando las tcnicas de clonacin que pueden ser muy tiles para recuperar especies en peligro de extincin. En sentido literal los procesos de recombinacin que se realizan mediante tcnicas de Ingeniera Gentica contribuyen a incrementar la biodiversidad en la misma medida que lo hacen los procesos naturales de recombinacin

Los problemas ambientales se originan, generalmente, porque se planifica el desarrollo econmico-social sin tomar en cuenta el impacto en el medio ambiente que conlleva este desarrollo. La investigacin y el desarrollo de procesos adecuados para la conservacin del medio ambiente, ya sea en el tratamiento de residuos slidos, lquidos o gaseosos, han aportado soluciones claras a algunos problemas y permiten entrever en otros casos soluciones tecnolgicamente posibles a un costo relativamente bajo.

En la actualidad, las principales aplicaciones concretas de la biotecnologa para la mejora del medio ambiente son las siguientes:

Eliminacin de metales pesados.

Eliminacin de las mareas negras.

Obtencin de energa no contaminante.

Tratamientos de residuos urbanos e industriales.

Tratamientos de diferentes tipos de contaminacin asociados a la industria del petrleo.

Tratamiento de la contaminacin producida por herbicidas, pesticidas e insecticidas.

Ensayos sobre la toxicidad de diversos compuestos en la naturaleza.

Deteccin de metales.

Separaciones selectivas de mezclas de hidrocarburos.TECNOLOGAS MS LIMPIAS.

Las biotecnologas blancas buscan reemplazar las tecnologas contaminantes en procesos industriales disminuyendo a la vez la emisin de residuos. Por ejemplo, las tecnologas enzimticas permiten reemplazar o reducir la utilizacin de sustancias qumicas agresivas con el ambiente en procesos ms limpios y seguros. Tecnologas Limpias

Trmino para designar las tecnologas que no contaminan y que utilizan los recursos naturales renovables y no renovables en forma racional.

Unatecnologa limpia, Es la tecnologa que al ser aplicada no produce efectos secundarios o trasformaciones al equilibrio ambiental o a los sistemas naturales (ecosistemas).Sobre lastecnologas limpiaslo ms destacable, es la reduccin de los desechos no biodegradables, y la auto sostenibilidad ambiental, es decir, la reposicin del gasto ecolgico causado por la actividad manufacturera. Un ejemplo, si una compaa maderera piensa utilizar 10.000 rboles, deber reponerlos ntegramente y adems pagar por el uso del recurso.Ventajas: Desarrollo sostenible, administracin limpia de recursos, autodestruccin y reciclaje de desechos.Desventajas: Generalmente la adopcin detecnologas limpiases sinnimo de aumentos considerables en los costos de produccin y fabricacin, lo cual no es bueno para las utilidades de las empresas.

Tecnologa limpia, es un concepto novedoso que basado en la sostenibilidad, pretende desarrollar nuevos instrumentos para mejorar la relacin, impactante por naturaleza, entre el ser humano y la naturaleza. Adems, pretende brindar, generalmente en industrias econmicas, soluciones tcnicas que sean ms aptas para la proteccin de los recursos agotables. Esto se debe no solo a que representan recursos que no pueden ser sustituidos, sino a que conlleva a un ahorro de los mismos y un aprovechamiento real y una garanta de sobrevivencia en el largo plazo.

Al tratar de encontrar la mejor definicin para la terminologa detecnologa limpiapodemos hacer referencia la presentada en el programa de las Naciones Unidas para el medio circundante natural y artificial, que dice que esta es la aplicacin continua de una estrategia amigable con el medo natural que sea preventiva integrada y aplicada a procesos, productos, y servicios para mejorar la ecoeficiencia y reducir los riesgos para los humanos y el medio natural.BIORREMEDIACIN.

Consiste en la utilizacin de microorganismos, enzimas, hongos o plantas especializados capaces de degradar desechos peligrosos para remover los contaminantes orgnicos (efluentes y residuos slidos domsticos e industriales, petrleo, pesticidas, etc.), inorgnicos (mercurio, plomo, cobre, cianuros, etc.) y gaseosos (metanos, compuestos voltiles, etc.) del medio ambiente. A partir de la modificacin gentica es posible incrementar su capacidad de degradacin de los contaminantes.

Biorremediacin, en la vida cotidiana siempre se han asociado los microorganismos con contaminacin y enfermedades. Sin embargo, existe una gran cantidad de microorganismos beneficiosos, que dada su gran variabilidad y versatilidad pueden solucionar los graves problemas de contaminacin que existen hoy en da.

Tiene una serie de ventajas sobre otros mtodos. En el caso que la contaminacin est en lugares inaccesibles se puede realizar sin necesidad de cavar. Por ejemplo en el caso de derrames de petrleo que hayan penetrado en el suelo y amenacen contaminar a la capa de agua. Esto resulta mucho menos costoso que el proceso de excavacin e incineracin que sera la otra alternativa.

Qu organismos participan?

Se pueden emplear diversos organismos en los procesos de biorremediacin. Los ms usados son los microorganismos (tanto bacterias, como algas y hongos) y las plantas (en procesos llamados fitorremediacin), pero tambin se pueden utilizar otros seres vivos tales como los nemtodos (vermiremediacin).Entre los microorganismos destacan especialmente las bacterias, los seres vivos con mayor capacidad metablica del planeta. Las bacterias pueden degradar prcticamente cualquier sustancia orgnica. Si la sustancia se degrada completamente se habla de mineralizacin; este es el proceso ideal, pero no siempre ocurre. Algunas sustancias no son degradadas sino transformadas en otras (biotransformacin). La biotransformacin puede ser peligrosa, ya que la nueva sustancia formada puede ser tan nociva o ms que la de partida. Finalmente hay sustancias que no son degradadas y se las denomina recalcitrantes. stas se acumulan durante mucho en el medio ambiente, especialmente si adems son resistentes a procesos fsico/qumicos como la radiacin ultravioleta o la oxidacin. Las bacterias adems pueden eliminar los contaminantes en ambientes donde hay oxgeno (llamados aerbicos), pero tambin en ambientes sin oxgeno (llamados anaerbicos), ya que pueden respirar otras sustancias diferentes al oxgeno (aceptores de electrones), como por ejemplo el nitrato, el sulfato, el hierro (III), el manganeso, el selenio y un largo etctera.