La biotecnología en la salud humana

INTRODUCCIÓN

Desde la aparición de las primeras computadoras, los dispositivos electrónicos que manejan y procesan toda la información han ido variando y perfilando cuatro generaciones de computador:La primera generación con tubos o válvulas, la segunda con transistores, la tercera con circuitos integrados (cientos de transistores) y la cuarta generación con chips de silicio (miles de transistores).

Sin embargo, los chips de silicio presentan algunos inconvenientes que impiden diseñar computadoras más compactas. Es aquí donde aparecen los biochips.

La palabra biotecnología se utiliza a veces en un sentido mucho más estrecho, para la utilización de la manipulación genética y de la biología molecular en direcciones que se esperan sean de utilidad; esto supone confundir los aspectos de moda con el conjunto útil y debe más a la filosofía de las agencias de publicidad que a la industria.

En el campo de la salud del ser humano, la biotecnología tiene diversas aplicaciones: la alimentación, la prevención de enfermedades hereditarias, la terapia génica y la producción de sustancias terapéuticas y de vacunas.

PARTE I:

BIOTECNOLOGÍA TRADICIONAL Y MODERNA

La biotecnología puede ser dividida para fines prácticos y de comprensión en dos categorías a las que se pueden denominar como:

• Biotecnología tradicional.

• Cuyos principales productos son los alimentos –pan, yogurt, leches fermentadas, quesos, etc-, ingredientes saborizantes como el sillao, sazonadores, alcohol industrial, antibióticos y ácido cítrico.

• Biotecnología moderna o "nueva".

• La cual supone el uso de técnicas más novedosas de ingeniería genética y la fusión celular para obtener organismos capaces de formar productos útiles en el campo de la industria, salud y medio ambiente; por ejemplo tenemos el desarrollo de la tecnología de hibridomas para la producción de anticuerpos monoclonales, de interés en el diagnostico médico y la producción de proteínas humanas como la insulina a partir del manipuleo genético de una bacteria llamada Escherichia coli, hormona de crecimiento, interferones siguiendo este avance hasta la tecnología del manipuleo del ADN llamado la técnica de la clonación, experimentada en el famosos caso de la oveja Dolly, o en el campo vegetal con la técnica de fitomejoramiento para la obtención de nuevas o mejores especies vegetales.

PARTE II:

OPERACIONES BIOTECNOLÓGICAS

Operacionalmente podemos distinguir cinco aspectos fundamentales en cualquier proceso biotecnológico, que en la mayor parte de los casos corresponderá a etapas de su desarrollo. El cuadro completo se resume en la tabla 1.1 que también nos permite indicar las principales disciplinas de la ciencia y la ingeniería que contribuyen a cada aspecto.

En énfasis en las disciplinas que contribuyen no está fuera de lugar ya que éstas son fundamentales en el entendimiento de la biotecnología, y mientras los biotecnólogos no pretenderán dominarlas todas, uno debe al menos familiarizarse con sus principios básicos, el lenguaje que utilizan, los conceptos que han desarrollado y los fines a los que han sido cubiertos aquí, pero siempre sobre la base de una disciplina de una profundización más intensa en al menos una de las disciplinas básicas.

Los cinco aspectos se indican a continuación:

2.1 Elección del cultivo: selección, mejora, o en su caso creación del organismo o la población celular inicial más adecuada.

Esto puede implicar el descubrimiento y la selección de las cepas casi más adecuadas de entre la enorme variedad de especies naturales de microorganismos, y luego "mejorar" sus características hereditarias. Tal selección generalmente requiere un conocimiento biológico general, para conocer donde mirar y que clase de organismo buscar para que, combinado con técnicas químicas y bioquímicas se encuentre como detectar mejor lo que esta buscando. Otras situaciones pueden implicar la selección de la población mixta más adecuada, o la selección de una línea parental de animales o plantas que pueda ser adicionalmente seleccionada entre su progenie. Un conjunto de posibilidades alternativo, dramáticamente diferente, se ha iniciado con técnicas que permiten la construcción deliberada del tipo de célula más adecuada mediante manipulación genética de padres que puedan proporcionar las características híbridas deseadas.

Este aspecto de la biotecnología requiere en consecuencia mayor aporte de la microbiología sistemática y de la ecología microbiana la fisiología microbiana y celular, y ambas, la genética clásica y la molecular.

2.3 Cultivo en masa.

Para las aplicaciones biotecnológicas es esencial poder conservar los organismos durante tanto tiempo como se necesitan y a continuación multiplicarlos a voluntad a una escala adecuada, que puede ser grande. Estos requerimientos se comprenden más claramente cuando el producto deseado es la biomasa misma "per se", pero la necesidad de algún grado de cultivo en masa es fundamental en todos los procesos biotecnológicos.De nuevo la fisiología microbiana o celular es esencial, pero ahora debe acoplarse a procesos de ingeniería de tipos particulares con el fin de proporcionar mediante macrooperaciones las micro-condiciones que son óptimas para obtener la biomasa requerida.

2.4 Respuestas celulares: La elección de las actividades deseadas.

En el caso más general los productos o los agentes activos por lo que están cultivando las células, solamente se producirán (o se detectarán o se liberaran) más abundante bajo condiciones bastante especificas. En general estas condiciones no serán las mismas que las necesarias para obtener la multiplicación más abundante de la biomasa. De hecho, la habilidad para explotar la expresión flexible de las características de las células en respuesta a condiciones externas es un recurso fundamental para la biotecnología, así como la necesidad de entender dichas respuestas y sus limitaciones, es una mayor restricción.

El conocimiento básico necesario procede de experimentos en pequeña escala y es de nuevo un aspecto de la fisiología microbiana o celular, pero los aspectos de la ingeniería del proceso son también muy relevantes para asegurar las microcondiciones óptimas a gran escala.

2.5 Operación del proceso.

Resulta ya claro que un proceso biotecnológico no se reduce en general a una sola etapa operativa. La ejecución satisfactoria de todas que se requieran, completamente optimizado en cuanto a seguridad, reproductibilidad, control y eficiencia es en su mayor parte un asunto de diseño de la ingeniería del proceso, aplicado con un completo entendimiento de los factores biológicos, químicos y socioeconómicos. En muchos aspectos este es uno de los aspectos menos estudiados y más difícil de la biotecnología aunque sólo sea debido a los problemas que deben ser resueltos de nuevo para cada nuevo proceso y incluso para cada proceso de mejora; por otra parte todos los estudios de biotecnología dependen de esta etapa para su realización práctica, y solamente tienen éxito en la medida en que haya sido ejecutados.

2.6 Recuperación de los productos.

Cualquier proceso de producción solamente se lleva a cabo con utilidad en función de la extensión en que los productos sean recuperados en un a forma provechosa; lamentablemente este hecho, bastante obvio es muy fácilmente pasado por alto en las investigaciones realizadas en los laboratorios. El problema es, particularmente agudo en el caso de la biotecnología, debido a la naturaleza "inconveniente" de muchos productos biotecnológicos y a la forma en que se encuentran inicialmente, en especial pero no exclusivamente, su frecuente dilución con grandes volúmenes de agua del proceso. La eficiencia de recuperación del producto no sólo se refleja en los costes (más directamente que cualquier otro factor) sino que en la sociedad moderna se desean además formas efectivas y ambientales aceptables de recuperación de los productos marginales (incluyendo el procesamiento del agua y el calor del agua).Las disciplinas que contribuyeron en este aspecto son principalmente áreas de la química y de la ingeniería química, pero no necesariamente los aspectos más populares o bien conocidos de ninguna de ellas.

PARTE III:

ALGUNOS DATOS HISTÓRICOS

–6.000 a. C.: Se emplea la levadura para la fabricación de vino y cerveza.-4.000 a. C.: Se emplea la levadura en la elaboración del pan.-1.000 a. C.: Los babilonios celebraban con ritos religiosos la polinización de las palmeras.-323 a. C.: Aristóteles especula sobre la naturaleza de la reproducción y la herencia.-1676: Se confirma la reproducción sexual de las plantas.-1838: Se descubre que todos los organismos vivos están compuestos por células.-1859: Darwin hace pública su teoría sobre la evolución de las especies.-1866. Mendel descubre en los guisantes las unidades fundamentales de la herencia.-1871: Se aísla el ADN en el núcleo de una célula.-1876: Se identifica los microorganismos intervinientes en la elaboración del pan.-1883: Francis Galton acuña el término eugenesia.-1887: Se descubre que las células reproductivas constituyen un linaje continuo, diferente -de las otras células del cuerpo.-1897: E. Buchner descubre enzimas de las levaduras capaces de convertir el azúcar en etanol.-1909: Las unidades fundamentales de la herencia biológica reciben el nombre de genes.-1910: Un biólogo americano, Thomas Morgan presenta sus experimentos con la mosca de la fruta, que revelan que algunos fragmentos genéticos son determinados por el sexo.Se establece el sistema de purificación de aguas residuales empleando microorganismos.-1914: Se obtienen acetona, butanol y glicerina empleando microorganismos.-1925: Se descubre que la actividad del gen está relacionada con su posición en el cromosoma.-1927: Se descubre que los rayos X causan mutaciones genéticas.-1928: A. Fleming descubre la penicilina.-1933: La Alemania nazi esteriliza a 56.244 "defectuosos hereditarios".-1933 a 1945: El holocausto nazi extermina a seis millones de judíos por medio de su política eugenésica.-1943: El ADN es identificado como la molécula genética.-1944: se produce la penicilina industrialmente.-1940 a 1950: Se descubre que cada gen codifica una única proteína.-1953: El bioquímico americano James Watson y el biofísico Francis Crick anuncian la estructura en doble hélice del ADN ocódigo genético.-1956: Se identifican 23 pares de cromosomas en las células del cuerpo humano.-1950 a 1960: se introducen nuevos antibióticos producidos por organismos.-1961: Desciframiento de las primeras letras del código genético.-1962: Canadá extrae uranio con ayuda de microorganismos.-1966: Se descifra el código genético completo del ADN.-1972: Se crea la primera molécula de ADN recombinante en el laboratorio: genes de una especie son introducidos de otras especies y funcionan correctamente.-1973: Brasil inicia un programa para sustituir el petróleo por alcohol producido por levaduras.-1975: La Conferencia de Asilomar evalúa los riesgos biológicos de las tecnologías de ADN recombinante, y agrupa una moratoria de los experimentos con estas tecnologías. Se fundó Genentech Incorporated, primera empresa de ingeniería genética.-1977: Se fabricó con éxito una hormona humana en una bacteria.-1978: Se clonó el gen de la insulina humana.-1980: El Tribunal Supremo de los Estados Unidos de América dictamina que se pueden patentar los microbios obtenidos mediante ingeniería genética.-1981: Primer diagnóstico prenatal de una enfermedad humana por medio del análisis del ADN.-1982: Se crea el primer ratón transgénico, llamado "superratón", insertando el gen de la hormona del crecimiento de la rata en óvulos de ratona fecundados. Se produce insulina utilizando técnicas de ADN recombinante.-1983: Se inventa la técnica PCR (reacción en cadena de la polimerasa), que permite copiar genes específicos con gran rapidez. Es una técnica muy poderosa para producir millones de copias de una región específica de ADN, que permite analizarla tan rápido como se puede purificar una sustancia química. PCR ha sido el instrumento esencial en el desarrollo de técnicas de diagnóstico, medicina forense y la detección de genes asociados con errores innatos del metabolismo.-1984: Creación de las primeras plantas transgénicas.-1985: Se inicia el empleo de interferones en el tratamiento de enfermedades víricas. Se utiliza por primera vez la "huella genética" en una investigación judicial en Gran Bretaña.-1986: Se autorizan las pruebas clínicas de la vacuna contra la hepatitis B obtenida mediante ingeniería genética.-1987: Propuesta comercial para establecer la secuencia completa del genoma humano, Proyecto Genoma Humano. Comercialización del primer anticuerpo monoclonal de uso terapéutico.-1988: La Universidad de Harvard patenta por primera vez un organismo producido mediante ingeniería genética, un ratón. Se crea la organización HUGO para llevar a cabo el Proyecto Genoma Humano: identificar todos los genes del cuerpo humano.-1989: Comercialización de las primeras máquinas automáticas de secuenciación del ADN.-1990: Primer tratamiento con éxito mediante terapia génica en niños con trastornos inmunológicos (niños burbuja). Se ponen en marcha numerosos protocolos experimentales de terapia génica para intentar curar enfermedades cancerosas y metabólicas.-1994: Se comercializa en California el primer vegetal modificado genéticamente, un tomate, y se autoriza en Holanda la reproducción del primer toro transgénico.-1995: Se completan las primeras secuencias de genomas de bacterias.-1996: Por primera vez se completa la secuencia del genoma de un organismo eucariótico, la levadura de cerveza.-1997: Investigadores, liderados por Ian Wilmut clonan al primer mamífero, la oveja Dolly.-1998: Análisis de DNA de restos de semen cogido de ropas de Mónica Lewinsky incriminan al presidente Bill Clinton.-2001: Se publica el mapa provisional del genoma humano.-2002: Se detecta una enzima que tiene relación directa con las auxinas para el crecimiento de la planta.

El desarrollo de la biotecnología sufrió un gran cambio con la aplicación de las modernas técnicas desarrolladas por biología molecular, como mutagénesis artificial -acelerando genomas por irradiación o por medios químicos-; la clonación molecular de organismos, plantas y animales; la fusión celular –con las que se fabrican células capaces de producir anticuerpos que se reconocen las moléculas concretas-; los cultivos celulares in vitro (en tubos de ensayo); la bioingeniería y los nuevos métodos de procesamiento biológicos: fermentaciones industriales, técnicas de ADN recombinante o ingeniería genética, que permiten "recortar y pegar" genes de los mismos organismos vivos en otros.

PARTE IV:

LA BIOTECNOLOGÍA TIENE DIVERSAS APLICACIONES

4.1Prevención de enfermedades hereditarias

En cuanto a prevención primaria, se puede efectuar el llamado consejo genético, en el que se analiza el material genético de la pareja y de sus familiares En los últimos años se ha avanzado mucho en el conocimiento del material genético humano. Este conocimiento permite una prevención primaria antes de la concepción y una prevención secundaria, con la detección precoz durante el embarazo.

4.2Las posibilidades que ofrece la biotecnología

Hoy día, el avance de la biotecnología ha permitido un desarrollo mucho más eficiente de las especies ya cultivadas y ha abierto unas perspectivas enormes. Así, se han introducido mejoras en actividades clásicas como la fabricación de pan, cerveza o yogur; se han desarrollado industrias en las que intervienen los seres vivos: producción de medicamentos, depuración de aguas residuales, obtención de biocombustibles… Todas estas posibilidades están directamente relacionadas con la salud humana y con la mejora de la calidad de vida.

4.3Producción de sustancias terapéuticas

Muchas sustancias terapéuticas se obtienen a partir de microorganismos; por ejemplo, la penicilina. Un gran número de estas sustancias se producen hoy gracias a la biotecnología, como la insulina. Las personas que sufren diabetes deben inyectarse insulina varias veces al día. Hasta el año 1983, la insulina que utilizaban las personas diabéticas era insulina de cerdo purificada. En el año 1982 se autorizó la comercialización de insulina obtenida mediante ingeniería genética, siendo la primera molécula biológica fabricada por esta técnica y comercializada. Otras sustancias se obtienen a partir de plantas y animales transgénicos, como el factor VIII, que interviene en la coagulación de la sangre. La ingeniería genética permite producir hormonas humanas en cantidad suficiente para tratar muchas enfermedades carenciales. Por ejemplo, el enanismo producido por déficit de la hormona del crecimiento. Al principio se trataba a las personas enfermas con hormona extraída de la hipófisis de cadáveres. Actualmente, la hormona del crecimiento es fabricada por bacterias. Un recipiente con 500 litros de bacterias puede producir tanta cantidad de hormona como 35.000 hipófisis humanas.

4.4Terapia génica

Cura de la talasemia beta a través de la terapia génica Cuando una enfermedad es debida a un solo gen, sería posible curarla introduciendo el gen normal en la persona enferma. Este procedimiento se llama terapia génica y está en fase de investigación. Una de las enfermedades que podrían solucionarse con terapia génica es la talasemia beta. Esta enfermedad es debida a un defecto en el gen de la hemoglobina, por lo que los glóbulos rojos de estas personas son defectuosos. Si se lograra introducir el gen normal en las células encargadas de fabricar la hemoglobina, los glóbulos rojos fabricados serían normales.

4.5Vacunas

Algunas vacunas se obtienen cultivando virus en células vivas en laboratorio. Los virus cultivados se recogen y se matan o debilitan para preparar la vacuna. Se trata de técnicas tradicionales.

La ingeniería genética ha aportado nuevas posibilidades para obtener vacunas: por ejemplo, la vacuna contra la hepatitis B se está desarrollando ya mediante estas técnicas nuevas. También se espera conseguir la elaboración de nuevas vacunas para combatir enfermedades tan graves como el sida y el paludismo.

CONCLUSIÓN

La biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos.

La biotecnología moderna está compuesta por una variedad de técnicas derivadas de la investigación en biología celular y molecular, las cuales pueden ser utilizadas en cualquier industria que utilice microorganismos o células vegetales o animales.

Podemos decir que la biotecnología abarca desde la biotecnología tradicional, muy conocida y establecida, y por tanto utilizada, como por ejemplo la fermentación de alimentos, hasta la biotecnología moderna, basada en la utilización de las nuevas técnicas del DNA recombinante (ingeniería genética), los anticuerpos monoclonales y los nuevos métodos de cultivo de células y tejidos.

APENDICE

En el campo de la salud del ser humano, la biotecnología tiene diversas aplicaciones: la alimentación, la prevención de enfermedades hereditarias, la terapia génica y la producción de sustancias terapéuticas y de vacunas.

La ingeniería Genética

Una vez que los científicos entendieron el código del ADN, comenzaron a buscar formas de cambiar las instrucciones en los genes y de aislarlos para entender su funcionamiento, o introducir cambios que lograran que las células produjeran más o mejores compuestos químicos necesarios, o llevaran a cabo procesos útiles, o dieran a un organismo características deseables.

El resultado fue la moderna ingeniería genética la ciencia de manipular y transferir "instrucciones químicas" de un organismo a otro.Una de las metas primarias de la biotecnología moderna es hacer que una célula viviente actúe de una forma útil y específica de una forma predecible y controlable.

La tarea de estas células puede ser fermentar el azúcar para hacer alcohol, o producir una sustancia que logre obtener flores rojas, u obtener un compuesto que permita luchar contra una infección.Cómo una célula viva desarrollará estas tareas está determinado por su estructura genética – las instrucciones contenidas en una colección de mensajes químicos que denominamos "genes".

Estos genes son heredados de una generación en otra, por lo tanto la descendencia hereda un rango de atributos individuales de sus padres. Los científicos ahora comprenden el sistema de códigos químicos subyacentes en estos genes, que están basados en una sustancia denominada ADN (Ácido Desoxirribonucleico). Un gen es, en realidad, un segmento de este ADN y su mensaje está codificado en su estructura molecularMuchas veces se identifica una característica deseable para una planta en algún otro organismo o en otro vegetal con el cual no puede cruzarse sexualmente.

Esta característica no puede ser introducida por métodos de mejoramiento tradicionales. En este caso, la ingeniería genética permite identificar el gen que otorga la característica deseada, cortarlo e introducirlo en el genoma de la planta".

BIBLIOGRAFIA

• Libro de biología 5to año – Editorial Mazparrote

• Enciclopedia Larousse – edición 2005

• http://ampliacionbg743.blogspot.com/2010/06/biotecnologia-aplicada-la-salud-humana.html

Autor:

Raul Calderon

Profesor:

Maria Mariño

Republica Bolivariana De Venezuela

Ministerio Del Poder Popular Para La Educación

U.E.I:"Gran Mariscal De Ayacucho"

Puerto Ayacucho – Edo. Amazonas

Junio de 2013