Primavera 2015
BIOTECNOLOGÍA VEGETAL Primera Edición.
Corzo Olivia, García Marisol, Osorio Laura, Parada Carla
ÍNDICE GENERAL
PRÓLOGO……………………………………………………………………........................................................................................2 ¿QUÉ ES LA BIOTECNOLOGÍA?...............................................................................................................................3 ¿QUÉ ES EL CULTIVO VEGETAL?.............................................................................................................................4 ¿SE PUEDEN RESCATAR A LAS ESPECIES EN PELIGRO DE EXTINCIÓN?...................................................................6 ¿SE PODRÁ CULTIVAR EN EL ESPACIO?..................................................................................................................6 FÁRMACOS PROVENIENTES DE LAS PLANTAS: ALTERNATIVA A LA SÍNTESIS ORGÁNICA……………………………………7 ¿SABÍAS QUÉ LA PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DEL PRIMER ANTICONCEPTIVO FUE POSIBLE GRACIAS A UNA PLANTA MEXICANA?..............................................................................................8 BIOCOMBUSTIBLES. UNA SOLUCIÓN ANTE LA CONTAMINACIÓN………………………………………………………………..….10 ¿SE PUEDEN UTILIZAR DESECHOS AGROINDUSTRIALES PARA CREAR BIOCOMBUSTIBLES?................................13 ¿LAS ALGAS PUEDEN PRODUCIR BIODIESEL?.......................................................................................................14 ¿ILUMINARNOS CON… ALGAS?............................................................................................................................15 ¿QUÉ ES LA AGRICULTURA ORGÁNICA?...............................................................................................................16 BIOFERTILIZANTES: UNA ALTERNATIVA QUE MEJORA LOS CULTIVOS………………………………………………………………17 BIOINSECTICIDAS…………………………………………………………………………………………………………………………………………….19 ¿UTILIZAR EL AROMA DE LAS PLANTAS PARA EVITAR PLAGAS?...........................................................................19 LOS BIOPLASTICOS: UN MATERIAL NO TAN NUEVO…………………………………………………………………………………………20 ¿QUÉ ES LA FITORREMEDIACIÓN?........................................................................................................................22 LA DIETA ECOLÓGICA: BIOALIMENTOS…………………………………………………………………………………………………………....23 ALIMENTOS NUTRACÉUTICOS: EL FUTURO DE LA ALIMENTACIÓN…………………………………………………………………..25 MODIFICACIÓN DE LAS PLANTAS POR BIOLOGÍA MOLECULAR…………………………………………………………………………27 ¿QUÉ ES UN TRANSGÉNICO? …………………………………………………………………………………………………..…………..............27 ¿SE PUEDEN CREAR CULTIVOS RESISTENTES A INSECTOS, HERBICIDAS Y VIRUS?…………………………………..…………29 ¿CÓMO SE FABRICAN ALIMENTOS CON MAYOR CONTENIDO DE NUTRIENTES?.................................................31 ¿COMO SE MODIFICA LA COMPOSICIÓN DEL ACEITE?..........................................................................................32 APLICACIONES A PLANTAS ORNAMENTALES…………………………………………………………………………………………………….33 PAPAS Y MANZANAS RESISTENTES AL PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO………………………………………………………………35 APLICACIONES INDUSTRIALES BIOFACTORIAS: PLANTAS PRODUCTORAS DE COMPUESTOS……………………………………………………………………………37 ¿QUÉ ES LA RESISTENCIA AL ESTRÉS ABIÓTICO?...................................................................................................37 ¿FABRICACIÓN DE VACUNAS COMESTIBLES?.......................................................................................................38 LAS PLANTAS COMO FÁBRICAS DE PROTEÍNAS TERAPÉUTICAS……………………………………………………………………….39 ¿QUÉ SON LOS FITOFÁRMACOS?..........................................................................................................................41 PLANTICUERPOS, ¿QUÉ ES ESO?.……………………………………………………………………………………………………………………..42 GLOSARIO………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..45 BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………………………………………………………..…..49
1
PRÓLOGO
Todos compartimos un espacio con plantas, flores, ya sea al salir de casa, o incluso hasta nuestra mesa llega parte de la naturaleza en forma de frutas o vegetales. Sin embargo desde hace siglos el hombre ah interaccionado con los organismos vivos modificándolos, utilizando estos sistemas biológicos para la creación de productos de consumo, o incluso decorativo que le sean más útiles, y así es como nace la biotecnología, del aprovechamiento de los recursos. Éste es un libro que recopila diferentes aplicaciones de la Biotecnología vegetal, en un lenguaje apto para cualquier lector con interés de conocer un poco acerca del tema, no importando si el lector posee o no conocimiento previo. Emplea un forma de pregunta, respuesta, que le ayudará a comprender, junto con el glosario, aquello de lo cual desconoce. La biotecnología vegetal “es la aplicación de la ciencia y la tecnología a las plantas, sus partes, productos y modelos con el fin de alterar materiales vivos o inertes para el desarrollo de conocimiento, bienes y servicios” según la OCDE, está definición nos recuerda que entonces la biotecnología tiene historia y no es nueva, ya que está conformada de personas a lo largo de muchos siglos, científicos, especializados en el tema, y cualquiera que este fascinado por el aprovechamiento de los vegetales. Gracias a l esfuerzo de todos ellos, hoy se pueden tener diversos beneficios.
2
¿QUÉ ES LA BIOTECNOLOGÍA?
L
Compuestos químicos y enzimas que se pueden a biotecnología es un área científica que
utilizar en procesos industriales, tales como la
emplea organismos vivos con el fin de
fabricación de biodetergentes, manufactura del
obtener un bien o servicio útil para el
papel, etc.
hombre. En otras palabras, la biotecnología se refiere a toda aplicación tecnológica que utilice
Gracias a todo lo anterior nace lo que conocemos
sistemas biológicos y organismos vivos o sus
como
derivados para la creación o modificación de
caracteriza por hacer uso de la ingeniería
productos o procesos para usos específicos.
genética para modificar y transferir genes de un
Esta ciencia tiene una larga historia que se
organismo a otro. De esta manera es posible
remonta al descubrimiento de que le jugo
producir
fermentado de uva se convierte en vino, que la
transferir un gen bacteriano a una planta como
leche puede convertirse en queso o yogurt, o que
sucede con el maíz Bt.
biotecnología
insulina
moderna,
humana
en
la
cual
bacterias
se puede hacer cerveza fermentando soluciones de malta y lúpulo. Si bien en aquellos momentos el hombre no comprendía cómo es que se llevaban a cabo dichos procesos, comenzó a utilizarlos para su beneficio y esas aplicaciones constituyen lo que se conoce como biotecnología tradicional. Actualmente el hombre de ciencia comprende a detalle cómo es que ocurren ciertos procesos biológicos, lo que ha permitido desarrollar nuevas
Figura 1: Biotecnología. Fuente: Biotecno. ¿Qué es la biotecnología? Obtenido de: http://www.biotecnosrl.com.ar/biotecnolo gia.htm
técnicas con el fin de modificar o copiar algunos procesos naturales que permitan tener una variedad científicos
más
amplia
además
de
productos.
saben
que
Los los
microorganismos sintetizan
3
se
o
¿QUÉ ES EL CULTIVO DE TEJIDO VEGETAL?
Selección de la planta deseada Es preferible que la planta se encuentre en condiciones óptimas.
s
una
herramienta
biotecnológica
Establecimiento aséptico de los cultivos.
mediante la cual se puede obtener una gran
Selección del explante (hoja, raíz
cantidad de plantas a partir de pequeñas
Desinfección.
o tallo)
fracciones de tejidos (explanto) que pueden provenir de cualquier parte de la planta, cultivados en medios con soluciones nutritivas y
Multiplicación del tejido.
reguladores de crecimiento, y bajo condiciones controladas
(esterilidad,
concentración
Organogénesis.
CO2,
Embriogénesis somática.
temperatura, etc.). Enlogación y enraizamiento: los brotes obtenidos en la etapa anterior deben quedar
Se basa en la totipotencialidad
Para favorecer el
Para lograr la enlogación individualizados. utilizan citocininas o libre
celular, en donde ciertas células tienen
la
capacidad
permitir
el
crecimiento
enraizamiento se emplean
para y
auxinas.
el
se
de
reguladores de crecimiento,
desarrollo de un nuevo individuo completo, sin que medie ningún tipo de fusión de células sexuales.
Aclimatización
gametas
Adaptarlas de forma gradual al medio externo
disminuyendo progresivamente la humedad relaiva e
La
micropropagación
vegetal
puede
modificada por compuestos que se denominan reguladores del crecimiento los cuáles se emplean en los medios de cultivo para conseguir la micropropagación
de
una
micropropagación puede dar
planta.
incrementando progresivamente la intensidad de luz.
ser
Esquema 1. Se describe una manera general como realizar un cultivo vegetal. Información extraída de: http://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria21/fe ria483_01_modelo_de_rescate_de_especies_en_peligro_cultivo_d .pdf
La
desdiferenciación celular acompañada de
dos tipos de
crecimiento tumoral. El callo bajo las
respuesta según las condiciones que se le ponga
condiciones
al cultivo:
generar órganos o embriones somáticos
adecuadas
es
capaz
de
(llamados así porque son estructuras
Indirecta: en esta se forma un callo (células indiferenciadas) resultado de la 4
similares a un embrión, pero que no se
Las auxinas provocan que las células
originaron por unión de gametos),
vegetales se alarguen, se sugiere que
Directa. Una respuesta morfogenética por
debilitan las paredes celulares, las células
la cual se forman directamente órganos
entonces se hichan con el agua y se
(organogénesis) o embriones (embriones
alargan.
somáticos).
desarrollo de los tejidos vasculares e
También
pueden
activar
el
inducir la división celular en el cambium vascular, promoviendo el crecimiento en el ¿QUÉ
DEBE
LLEVAR
EL
MEDIO
DE
diámetro del tallo.
CULTIVO PARA QUE LA PLANTA SE DESARROLLE?
Cultivo de tejidos vegetales in vitro. Extraído de http://www.agencian22.mx/2013/04/culti vo-de-tejidos-vegetales-es-basico.html
En algunas ocasiones, los agricultores producen tomates, pepinos y berenjenas, por ejemplo, rociando las plantas con auxinas sintéticas. Los frutos resultantes no tienen semillas. Además
Tabla 1. Componentes del medio de cultivo. Adaptado del Libro Biotecnología, UNQ 2006.
que previenen que se desprendan los frutos de los naranjos y de los toronjos antes de que puedan ser recolectados.
¿QUÉ SON LAS HORMONAS VEGETALES?
Gliberelinas. Las gliberelinas son un tipo de regulador de crecimiento que afecta a una amplia variedad de fenómenos de
on compuestos químicos que actúan, en
desarrollo en las plantas, incluidas la
muy bajas concentraciones, regulando el
elongación celular y la germinación de las
crecimiento de los tejidos vegetales. Entre las
semillas.
hormonas se encuentran (como se puede ver en la
Citocininas: En el cultivo de tejidos
tabla anterior):
vegetales las citocininas están asociadas tanto con la división celular como con la 5
diferenciación que conduce a la producción de yemas del vástago. Las citocininas en sí mismas presentan pocos efectos en las células de cultivo, pero cuando se aplican junto con la auxina, las células cultivadas comienzan a dividirse y diferenciarse. Fig 2. Violeta africana. Planta en peligro de extinción. Extraída de http://floresmusacco.com/violeta-africana/
Ventajas
de
la
micropropagación
- Posibilita incrementar rápidamente nuevos
¿SE PODRÁ CULTIVAR EN EL ESPACIO?
materiales. - Permite controlar las condiciones ambientales, - Permite estudiar diversos procesos fisiológicos - Evita el riesgo de que proliferen agentes patógenos (se realiza en medios esterilizados).
l Sistema de Producción Vegetal (Veggie)
- Se pueden obtener gran cantidad de individuos en
espacios
es un proyecto de investigación desarrollado por
reducidos.
Orbital Technologies Corporation (ORBITEC)
- Permite la obtención de individuos uniformes.
durante 2013 en Madison, Wisconsin. Está
- Facilita el transporte del material.
diseñado para cultivar plantas a bajo costo con mayor
¿SE PUEDEN RESCATAR A LAS ESPECIES EN PELIGRO DE EXTINCIÓN?
rendimiento
y
con
un
alto
valor
nutricional en el espacio exterior. Según la propia NASA “El sistema aeropónico se puede utilizar para producir los diversos cultivos de alimentos que tienen la intención de crecer en el
Actualmente en nuestro país se está llevando el
espacio,
rescate de varias especies de plantas, que trata
esta
tecnología
de
producción
de
alimentos consigue usar un 99% menos de agua
de evitar la extinción de éstas, por ejemplo la
y un 50% menos de nutrientes”.
Saintpaulia ionantha (Violeta africana). En total se han logrado cultivar más de 200 especies de
Este mecanismo permite desarrollar organismos
cactáceas, crasuláceas y orquídeas en riesgo de
vegetales a través de una cámara, donde las
desaparecer.
plantas crecen con la ayuda de sustratos, es decir con hidroponía, ya que no requiere utilizar el suelo y puede ser empleado casi en cualquier lugar. El sistema
6
Veggie provee de luz y
nutrientes, además de regular la temperatura y el
dióxido
de
carbono
para
promover
el
crecimiento de la planta.
Fig. 4.- Tropaeolum majus L., planta de originaria de América del sur la cual contiene un aceite esencial al que se le atribuyen efectos antibióticos. Obtenido de www.cepvi.com
Fig. 3. Plantas de lechuga romana rojos crecen dentro la cámara prototipo Veggie. Se puso en marcha en abril del 2014 a bordo de la cápsula Dragón de Space X en tercera misión comercial Reabastecimiento Servicios de la NASA. Crédito de la imagen: NASA / Bryan Oñate
complicaciones,
debido
a
que los
extractos
contenían sustancias toxicas que provocaban irritación, inflamación, lesiones e incluso la muerte.
Es
probable que las plantas
que
contienen esas sustancias lo utilicen como una forma de defensa. (Couch, Jarnes Filton, 1937) FÁRMACOS PROVENIENTES DE LAS PLANTAS: ALTERNATIVA A LA SÍNTESIS ORGÁNICA.
l estudio de la naturaleza de los compuestos químicos y a los seres
que
los
sintetizan,
por
Como ejemplo de una planta con potencial efecto farmacológico, la cual ha tenido solo un uso empírico, podemos mencionar a Tropaeolum
La biotecnología permitirá la obtención de sustancias activas con potencial farmacológico, como alternativa a la síntesis orgánica.
majus
L.,
mejor
conocida
como
capuchina o mastuerzo. Es una planta silvestre proveniente de América del Sur, la cual propiedad
es reconocida por su
ornamental, pero que
ejemplo las plantas, se ha venido
posee una vasta cantidad de sustancias
desarrollando desde tiempos remotos.
activas, entre las que podemos mencionar:
Siglos
antes
del
descubrimiento
de
los
antibióticos, algunas preparaciones sirvieron enfermedades.
Sin
embargo,
sulfurados
(glucosinolatos),
flavonoides
(quercitrina),
antocianinas,
carotenoides y compuestos fenólicos (Bruneton,
como medicamentos para calmar dolores o para curar
componentes
1999). El extracto del mastuerzo ha tenido una
estas
gran aplicación en diferentes campos de la
preparaciones tenían una gran cantidad de 7
medicina, desde el tratamiento de infecciones del
¿SABÍAS QUÉ LA PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DEL PRIMER ANTICONCEPTIVO FUE POSIBLE GRACIAS A UNA PLANTA MEXICANA?
tracto urinario y del tracto respiratorio bajo, hasta
su
uso
externo
en
dermatología
y
cosmetología para tratar enfermedades de la piel, uñas y pelo (Bruneton, 1999); aplicaciones que destacan su potencial efecto antimicrobiano. Esto ha llevado a realizar estudios descubriendo
ussell E. Marker de la Universidad
que su efecto se debe a los ya mencionados glucosinolatos, los cuales son
Estatal de Pennsylvania planteó que el punto
secundarios de
clave en la industria de las hormonas esteroides
bajo peso molecular presentes en la familia de las Tropaeolaceae. hidrolizados
Estos por
la
compuestos enzima
estaba en la materia prima proveniente de
son
células vegetales y con esta hipótesis prestó
mirosinasa,
atención a las plantas como fuente principal de
produciendo glucosa, sulfato y, dependiendo del
esteroides. Marker, trabajando con sapogeninas,
pH y/o de otros factores, algunos de los siguientes
había encontrado las condiciones para degradar
productos: isotiocianatos, nitrilos y tiocianatos
la cadena lateral de la sarsasapogenina, por
(Jang, M., Hong, E., Kim, G.-H., 2010).
medio de la cual se perdían seis carbonos, Los isotiocianatos son los compuestos a los que
quedando el núcleo del pregnano (C21). Al
se le atribuye la acción antimicrobiana, debido a
someter a la diosgenina a la misma degradación
que su estructura les permite interactuar con
llegó a la progesterona (por tener una doble
puentes disulfuro presentes en enzimas de
ligadura entre los carbonos 5 y 6). Marker llegó
microorganismos y así desnaturalizarlas.
a México en 1941 en busca de una especie de Dioscorea que crecía en Veracruz, obteniendo la
Mediante diversas técnicas que nos ofrece la
diosgenina,
biotecnología así como la realización de estudios
que al hacerle un proceso de
degradación se obtuvo progesterona.
para evaluar las propiedades farmacológicas de La presencia de las saponinas ha sido reportada
las sustancias presentes en diversas plantas,
en más de 100 familias de plantas de las cuales
será posible en unos cuantos años explotar los
al menos en 150 tipos de saponinas naturales se
recursos que se tienen al alcance, evitando
han encontrado propiedades anticancerígenas
fuentes de contaminación en el complicado
significativas. Algunos estudios han revelado que
camino de la síntesis de fármacos.
las diferencias entre las estructuras de las saponinas, incluidos el tipo y número de azúcares
8
unidos
por
un
enlace
glicosídico
en
C-3
influencian la respuesta biológica.
En
estudios
anticancerígenas
sobre de
las diferentes
propiedades tipos
de
diosgeninas que se han obtenidos establecen que la
diosgenina-Di
ejerce
una
actividad
antiproliferativa, no citotóxica e inductora de apoptosis en células tumorales sin afectar el potencial proliferativo de células no tumorales (acción selectiva). En otro trabajo se evaluó la actividad antiproliferativa y citotóxica de la dioscina, la diosgenina-3-Glu y la diosgenina en las líneas celulares de cáncer cervicouterino (CaCU) HeLa, CaSki y ViBo, así como en células no tumorales, se obtuvo como resultado que los tres compuestos inhiben la proliferación de células tumorales con una baja citotoxicidad. Fig. 5. Imágenes correspondientes a la planta Dioscorea mexicana (arriba) y la estructura de la diosgenina (abajo).
9
BIOCOMBUSTIBLES. UNA SOLUCIÓN ANTE LA CONTAMINACIÓN
VENTAJAS DE LOS BIOCOMBUSTIBLES
l uso de biomasa vegetal en la elaboración de combustibles podría beneficiar la realidad os
biocombustibles
contienen
energética
mundial
con
una
significativa
componentes derivados a partir de biomasa, es
repercusión en el medio ambiente y en la
decir, organismos recientemente vivos o sus
sociedad
desechos metabólicos. La biomasa representa una abundante fuente renovable de carbono
El uso de biocombustibles como fuente de
neutral para la producción de bioenergía (Arthur
energía renovable puede contribuir a
J.
reducir
Ragauskas,
2006).
Los
biocomponentes
el
consumo
de
combustibles
actuales proceden habitualmente del azúcar,
fósiles, responsables de la generación de
trigo, maíz o semillas oleaginosas.
emisiones de gases efecto invernadero. Pueden
cantidades
Debido a la actual aplicación simultánea de tecnologías de componentes en los motores de los vehículos que se fabrican en la mayoría de los países, los biocomponentes son a menudo mezclados
con
los
carburantes
pequeñas
proporciones,
5
o
ser
Los biocombustibles más utilizados actualmente son el biodiesel y el biogás
mezclados con
en
grandes
carburantes
convencionales, los cuales pueden ser usados en vehículos sin modificar. Tienen un mayor contenido energético (más kilómetros por litro). Facilidad de introducción dentro
en
del proceso de suministro de carburantes.
10%,
proporcionando una reducción útil pero limitada
Se producen a partir de cultivos agrícolas,
de gases de efecto invernadero. En Europa y
que son fuentes renovables de energía.
una
Pueden obtenerse a partir de cultivos
legislación que exige a los proveedores mezclar
propios de una región, permitiendo la
biocombustibles
producción local del biocombustible.
Estados
Unidos,
se
ha
hasta
implantado unos
niveles
determinados.
10
Para
la
obtención
de
biocombustibles,
según la naturaleza de la biomasa y el tipo de combustible diferentes
deseado, métodos:
(astillado, termoquímicos
se
pueden
procesos
trituración, (combustión,
utilizar mecánicos
compactación), pirolisis
y
gasificación), biotecnológicos (micro bacterianos o enzimáticos) y extractivos. Cada uno de estos procesos se inicia con la biomasa vegetal que se forma a partir del proceso de fotosíntesis, con el aporte de la energía solar que captan y Esquema 2. Proceso por el cual se lleva a cabo la producción de Biodiesel y algunos productos secundarios. Fuente: http://porquebiotecnologia.com.ar/
transforman estos organismos.
con ello el interés en desarrollar biodiesel como una alternativa al fabricado con petróleo. En la actualidad, las preocupaciones crecientes sobre la posibilidad de un cambio global del clima están agregando más ímpetu al desarrollo de biodiesel como una alternativa al diesel de petróleo.
Tabla 2. Procesos de obtención de biocombustibles. Fuente: http://usuarios.lycos.es/biodieseltr/hobbies4.html
El biodiesel es un éster que puede producirse a
BIODIESEL
partir de diferentes tipos de aceites vegetales, como los de soya, colza, girasol, y a partir de
uando Rudolf Diesel diseño su prototipo
grasas animales.
de motor diesel cien años atrás, lo hizo funcionar con aceite de maní. El vislumbraba que los
El proceso de elaboración del biodiesel está
motores diesel operarían a base de una variedad
basado en la llamada transesterificación de los
de aceites vegetales. Pero cuando el combustible
glicéridos, utilizando catalizadores. Desde el
diesel proveniente del petróleo irrumpió en el
punto de vista químico, los aceites vegetales son
mercado, se convirtió en el combustible elegido
triglicéridos, es decir tres cadenas moleculares
ya que era barato, razonablemente eficiente y
largas de ácidos grasos unidas a un alcohol, el
fácilmente disponible. A mediados de los 70´s, la
glicerol. En la reacción de transesterificación,
escasez de combustible en los Estados Unidos
una molécula de un triglicérido reacciona con
estimuló el interés en diversificar sus fuentes y
tres moléculas de metanol o etanol para dar tres 11
moléculas de monoésteres y una de glicerol.
cáscara del café, así como la materia seca
Estos ésteres metílicos o etílicos (biodiesel) se
vegetal.
mezclan con el combustible diesel convencional
parcialmente la demanda de energía en zonas
en cualquier proporción o se utilizan como
rurales, reduce la deforestación debida a la tala
combustible puro (biodiesel 100%) en cualquier
de árboles para leña, permite reciclar los
motor diesel. El glicerol desplazado se recupera
desechos de la actividad agropecuaria y, es un
como un subproducto de la reacción. (Garibay
recurso energético “limpio” y renovable. (FAO,
Hernández, A; 2009)
2011)
Esta
técnica
permite
resolver
El biogás que se desprende de los tanques o digestores es rico en metano que puede ser empleado para generar energía eléctrica o mecánica mediante
su combustión,
sea en
plantas industriales o para uso doméstico. Fig.6. Reacción general de transesterificación. R’ son radicales alquilo. Los catalizadores pueden ser álcalis, ácidos o enzimas (lipasas) (Ma & Hanna, 1999; Fukuda et al., 2001; Sharma et al., 2008).
BIOGÁS
asi tres mil millones de personas en el mundo emplean todavía la leña como fuente de energía para calentar agua y cocinar, lo que provoca, entre otros efectos, la pérdida de millones de hectáreas de bosques tropicales y
Fig. 7. Digestores de uso doméstico y otros industriales para la obtención de biogás. Fuente: http://www.cubasolar.cu/biblioteca/ energia/Energia22/HTML/articulo04.htm
zonas arboladas. En respuesta a esta situación surgen otras alternativas para obtener energía, entre ellas, la producción
de
biogás
a
partir
de
la
fermentación de la materia orgánica. Para la obtención de biogás se puede utilizar como materia prima la excreta animal, la cachaza de la caña de azúcar, los residuales de mataderos, destilerías y fábricas de levadura, la pulpa y la
12
En la actualidad… hidrolizar
Los biocombustibles suponen el 3% de la
principales
aunque se espera que la cifra aumente hasta el
aceleración
del
cambio
energía a
y
principales
monómeros
de
carbohidratos
de pre-tratamiento de la biomasa lignocelulósica
una
carburantes
los
estos hongos es una alternativa en los procesos
avanzados proporcionan una opción viable para de
a
fermentables. Por lo que el aprovechamiento de
30% en mercados clave. Los biocombustibles aprovisionamiento
transformar
componentes de la biomasa lignocelulósica en sus
producción de combustibles para transportes,
el
y
a fin de
de
aumentar el rendimiento
en la
producción de etanol, permitiendo una reducción
transporte renovables con un bajo índice de
de costos y siendo más amigable con el ambiente.
emisiones de gases de efecto invernadero.
Actualmente se sigue realizando búsquedas de ¿SE PUEDEN UTILIZAR DESECHOS AGROINDUSTRIALES PARA CREAR BIOCOMBUSTIBLES?
nualmente se
generan toneladas de Esquema 3. Reacciones de la digestión anaeróbica de materiales poliméricos. (Pavlostathis y Giraldo-Gómez, 1991). Los números indican la población bacteriana responsable del proceso: 1: bacterias fermentativas; 2: bacterias acetogénicas que producen hidrógeno; 3: bacterias homoacetogénicas; 4: bacterias metanogénicas hidrogenotróficas; 5: bacterias metanogénicas acetoclásticas
residuos de la industria del café y del aceite de palma que son ricos en biomasa lignocelulósica. Una alternativa para el aprovechamiento de estos
residuos
es
la
producción
de
biocombustibles como metano y etanol. Sin
aquellos
embargo, el principal factor limitante para su uso
hongos
que
muestren
una
mayor
capacidad de aplicación en biotecnología, pues
es la composición de la pared celular vegetal
cada hongo tiene diferente capacidad de secretar
hecha de celulosa, hemicelulosa y lignina, ya que
las enzimas que degrada la lignina. Entre los
por su estructura química ofrece resistencia a la
principales hongos que se estudian son las
biodegradación.
podredumbres
blancas
Los organismos que llevan a cabo la fermentación
diferentes
alcohólica no pueden degradar estos compuestos,
ser Ganoderma o Trametes.
pero los hongos ligninocelulolíticos sí. Estos hongos poseen enzimas extracelulares capaces 13
especies
pertenecientes como
a
pueden
detengan su división y comiencen a almacenar su
¿LAS ALGAS PUEDEN PRODUCIR BIODIESEL?
energía en forma de lípidos. Christi (2007). Las Algas, presentan además ciertas ventajas con respecto a las Plantas Verdes:
l biodiesel como ya se mencionó es un
Al ser un grupo de organismos netamente
combustible, el cual puede ser obtenido de aceites
acuáticos no requieren de tierra para su
orgánicos, vegetales o animales a través de un
cultivo.
proceso denominado transesterificación.
capaces de producir 130.000 litros de
Dentro
de
las
fuentes
utilizadas
para
Las Algas tienen una mucha mayor
especies de algas que se pueden utilizar son sp.,
Nitzschia sp.
Aunque las algas producen
capacidad de absorber CO2 con respecto a
y
las Plantas Verdes, sin sufrir la inhibición del proceso fotosintético bajo condiciones
naturalmente lípidos su producción puede ser aumentada
al
disminuir
el
suministro
algas
puede ser dulce o salada.
a las Plantas Verdes y a las Algas. Algunas Nannochloropsis
existen
El agua utilizada en los cultivos de algas
obtención de aceite vegetales podemos encontrar
sp,
ejemplo,
biodiesel por hectárea.
la
Schizochytrium
Por
de intensa incidencia lumínica.
de
nitrógeno, lo cual produce que las células El "petróleo verde" obtenido a partir de algas se puede refinar y convertir en combustibles para medios de transporte, como gasolina, diésel, etanol
y
compatibles
biodiesel, con
los
que
son
totalmente
motores
existentes.
Además, el biodiesel supone un ahorro de entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO2
Esquema 4. Proceso de obtención de biodiesel a partir de las algas. Fuente Van Dujin & Póstuma
14
movimiento,
OTRA APLICACIÓN DE LAS ALGAS… ¿Iluminarnos con… algas?
atraería
predadores
de
mayor
tamaño que entonces no estarían interesados en las algas, sino en el posible predador primario que había generado la primera respuesta.
ay bacterias, animales, algas y muchos otros organismos que
producen,
de
forma
natural, una reacción química bioluminiscente. Fig 8. Imagen que muestra biorreactores donde se cultivan algas. Extraído de http://es.slideshare.net/Raziel666Cradle/la-fijacinde-co2-reforzada-y-la-produccin
Es decir, producen luz. Tienen una sustancia llamada de forma genérica luciferina que cuando actúa una enzima llamada luciferasa genera radiación
de
onda
visible,
luz,
y
una
sustancia producto llamada oxiluciferina.
Eduardo
La
Universidad
ecuación generalizada para la reacción es:
como
(estado excitado)
+
de
un
Sevilla
investigador ha
de
patentado
la un
procedimiento para utilizar bacterias o algas
Luciferasa Luciferina + O2 ——> Producto ——————–> Producto
Mayoral,
Luz
dispositivos
para
iluminar
nuestras
ciudades. La idea de farolas bioluminiscentes ha
(estado basal)
dado lugar a dos patentes para cultivar y fabricar Los dinoflagleados (plactón marino), contienen
el dispositivo bacteriano con Vibrio fischeri y con
scintillons, cuerpos citoplasmáticos individuales
un tipo de alga unicelular, Pyrocystis fusiformis.
distribuidos principalmente en la región cortical
Esta propuesta podría ser la solución a la
de la célula, outpockets de la vacuola celular
problemática generada por la contaminación al
principal.
crear luz eléctrica y los desechos de lámparas y
Ellos
contienen
luciferasa
dinoflagelado, la principal enzima implicada en la
bioluminiscencia
de
dinoflagelados,
focos que terminan su vida útil.
y
luciferina, un derivado de clorofila anillo de tetrapirrol que actúa como sustrato para la reacción que produce luz. La luminiscencia se produce
un
breve
destello
azul
al
ser
estimulados, por lo general por una alteración mecánica. Se considera que es un sistema de
Fig 9. IImagen correspondiente a un dinoflagelado bioluminiscente, Pyrocystis fusiformis, emite luz desde sus organelos celulares, llamados scintillions. Créditos de foto: Edith A. Widder Harbor Branch, Instituto de Oceanografía
defensa contra predadores. Las células del plancton responden a cualquier movimiento en el agua.
La
luminiscencia
creada
ante
ese 15
Además, se han establecido criterios sobre el uso de fertilizantes orgánicos e insumos para el control de plagas y enfermedades. Con respecto a
¿Qué es la agricultura orgánica?
la producción de animales, normalmente hay requisitos sobre la sanidad de los animales, su alimentación, reproducción, condiciones de vida, transporte y procedimientos para sacrificarlos.
s un sistema de producción que trata de utilizar al máximo los recursos, dándole énfasis a la fertilidad del suelo y la actividad biológica y al mismo tiempo, a minimizar el uso de los recursos no renovables y no utilizar fertilizantes y
plaguicidas sintéticos para proteger el medio ambiente y la salud humana. La Fig.10. La agricultura orgánica permite la obtención de productos más saludables, evitando el uso de plaguicidas o fertilizantes sintéticos. Fuente http://www.odepa.cl/sub-intrasectorial/agricultura-organica/
agricultura orgánica involucra mucho más que no usar agroquímicos. (FAO, 2013) La producción orgánica no solo se basa en la agricultura. También se realiza en
actividades
como
la
cría
de
animales como peces y abejas, así como actividades forestales y cosecha de
productos
La agricultura orgánica tiene como objetivo el máximo aprovechamiento de los recursos naturales
Existen
limitaciones
técnicas
con
algunos
productos
orgánicos
en
algunas situaciones donde todavía no hay buenas alternativas por el uso de agroquímicos.
La
mayoría
de
los
productos orgánicos reciben un precio
silvestres.
más alto en comparación con los
productos
Los requisitos para la producción orgánica están relacionados con:
convencionales. Sin
embargo, aunque es difícil generalizar, se espera que en un futuro esta diferencia de precio se
Selección de semillas y vegetales Mantenimiento de la fertilidad del suelo
reduzca debido a un aumento en la producción
Reciclaje de materia orgánica
orgánica de algunos productos, con lo que se
Conservación del agua
podrá satisfacer la demanda del mercado. Por
Control de plagas, enfermedades y maleza
otro lado, si bien existe el riesgo de que disminuya
el
sobreprecio
que
reciben
productos orgánicos y que, en algunos
16
los
casos,
incluso
desaparezca,
los
productos
natural de nutrición, fijando el nitrógeno de la
orgánicos certificados son bien reconocidos en la
atmósfera; asimismo, contribuyen extrayendo
mayoría de los mercados y, como tales, pueden
nutrientes del suelo como fósforo, potasio y
ser preferidos sobre los productos convencionales.
azufre,
cediéndolo
desarrollo
y
a
las
plantas
producción.
para
Estos
su
productos
biotecnológicos han probado su efectividad en diversos cultivos agrícolas en México, como maíz
Ventajas
de
Ofrece una fuente de empleo permanente
Los biofertilizantes son productos con base en bacterias y hongos, que mejorar la disponibilidad de nutrientes a las plantas
Elimina el uso y dependencia de plaguicidas, fertilizantes, fungicidas Disminución en la contaminación de las cosechas,
dos la
salud
chile,
jitomate, cebolla, cebada maltera y papa, entre otros. La
fertilidad
de
los
suelos está relacionada con
el suelo y el agua Favorece
temporal,
de
los
agricultores,
elementos:
la
cantidad
de
nutrientes y la capacidad de asimilación de los
consumidores y el entorno natural
mismos por la planta. Pueden existir nutrientes abundantes en el suelo pero éstos pueden estar
Protección de los recursos renovables y no
en formas que no son fácilmente asimilables por
renovables
las plantas. En este caso hay una función muy importante
Aprovechamiento de los recursos locales
de
los
biofertilizantes
que
es
precisamente hacer que los nutrientes que no están
Tabla 3. Ventajas de la agricultura orgánica. Fuente: food and agriculture organization of the United Nations
en
una
forma
asimilable,
sean
aprovechables por las plantas. (SAGARPA).
BIOFERTILIZANTES: UNA ALTERNATIVA QUE MEJORA LOS CULTIVOS.
Los estudios comenzaron a partir de 1999 apoyados inicialmente por el Programa Nacional de
Biofertilizantes
del
Gobierno
Federal.
Posteriormente, el INIFAP desarrolló diversas evaluaciones os biofertilizantes son productos con base
en
campo
del
efecto
de
inocultantes
en bacterias y hongos, que viven en asociación o microbianos, micorrizas y Azospirillum, sobre la
simbiosis con las plantas y ayudan a su proceso
productividad de cultivos básicos en nuestro país.
17
Ante el incremento en los precios de los
más fijadora de nitrógeno que otros Rhizobium
fertilizantes
en el cultivo de frijol.
químicos,
los
biofertilizantes
representan una alternativa en la producción de Entre los hongos se utiliza a la micorriza del
granos y, sobre todo, para los agricultores que no
género Glomus intraradices, que establece una
fertilizan o lo hacen en pequeñas cantidades. La
asociación con las raíces de la planta y es capaz
ventaja de utilizarlos es que llegan a aportar 20%
de
del nitrógeno que requieren los cereales y hasta que
disminuya
el
uso
de
y
transferir
los
principales
nutrientes en las plantas
70% de las necesidades en leguminosas; además, permiten
absorber
los
fertilizantes minerales entre 20 y 40%, son de bajo costo y de fácil aplicación. Está demostrado que propician altos rendimientos en los cultivos cuando se combinan con algunas cantidades de otros fertilizantes, abonos orgánicos y abonos verdes.
Fig. 12. Glomus intraradices, hongo utilizado biofertilizante. Fuente: https://bioweb.uwlax.edu
En
México,
esta
tecnología
ha
como
permitido
desarrollar la fabricación de biofertilizantes por empresas privadas, instituciones de investigación y por los gobiernos de algunas entidades, ya que
Fig. 11. El uso de biofertilizantes permite el mejoramiento de los cultivos, evitando contaminaciones a los mismos. Fuente: SAGARPA/ INIFAP
aparte de dar más viabilidad a la producción de granos, es una práctica no contaminante.
Entre las bacterias más utilizadas en los biofertilizantes está la Azospirillum brasilense, que tiene la capacidad de fijar nitrógeno del medio ambiente y beneficiar a cultivos como trigo, maíz, sorgo, arroz, cebada, avena, café y cítricos. La bacteria Rhizobium etli es tres veces
18
BIOINSECTICIDAS ¿Utilizar el aroma de las plantas para evitar plagas?
ada
especie
vegetal
Asegurarse de que la atracción o repelencia hacia la planta se deba a los compuestos volátiles.
emite
una
Colectar el total de los compuestos volátiles que produce la planta mediante el uso de bolsas de poliacetato y comprobar que el extracto tenga el mismo efecto hacia el insecto.
combinación de compuestos volátiles específica, que puede variar debido a diferencias genéticas. La mayoría de los insectos no tienen buena visión, la cual, en el mejor de los casos, les sirve para detectar colores y formas generales mas no detalles finos; es por esta razón que utilizan en
Determinar cuál es su composición y en qué proporciones se encuentran presentes, mediante espectrometria de masas o HPLC.
gran medida el olfato. La mayoría de los insectos utilizan los compuestos volátiles para encontrar sus
plantas
hospederas,
ya
sea
para
la
ovoposición o la alimentación, y en algunas oportunidades para ambas situaciones. Algunas de estas sustancias pueden ser producidas de manera artificial en un laboratorio con el fin de
Determinar cuáles son estos compuestos tiene la actividad biológica. El uso de indicadores de calcio y la electroantenografía, la cual se basa en medir el impulso nervioso que se genera en la antena del insecto cuando entra en contacto con un compuesto químico específico.
atraer y capturar insectos para monitoreo o para ser usadas como repelentes o como atrayentes en trampas. Para este estudio hay que seguir los siguientes pasos:
Determinar cuáles compuestos, en qué mezcla y en qué proporciones son responsables del efecto de atracción o repelencia que nos interesa.
Esquema 5. Pasos para la identificación del compuesto volátil que sirve como bioinsecticida.
19
a) Materias primas de origen renovable
LOS BIOPLASTICOS: UN MATERIAL NO TAN NUEVO.
y es biodegradable, o b) Materias primas de origen renovable y no es biodegradable, o
os plásticos, gracias a su versatilidad, ligereza y bajo costo, se han convertido en
c)
materiales insustituibles que constituyen el
Materias
primas
de
origen
petroquímico y es biodegradable
principal componente en muchos objetos de uso cotidiano. Los cambios en el estilo de vida han
Contrario a lo que se cree, los bioplásticos no son
llevado
la
algo nuevo; fueron usados por Henry Ford en la
producción de estos materiales. En 2012 se
fabricación del automóvil modelo T (P. August,
estimó una producción mundial de 241 millones
2013) y se han empleado en el campo de la
de toneladas (Plastics Europe, 2013) y se espera
medicina. Sin embargo, el uso de este tipo de
que supere los 300 millones de toneladas para
materiales se ha retomado debido a la creciente
2015 (E. Ruiz-Hitzky, 2013). El incremento en el
contaminación
consumo ha provocado preocupación ante los
convencionales. Actualmente el 65% de los
efectos ambientales de los plásticos a lo largo de
bioplásticos se utiliza en envases y productos de
su ciclo de vida. Dado que la gran mayoría de los
vida corta, aunque ha aumentado su empleo en
plásticos se producen a partir del procesamiento
medicina, agricultura fabricación de juguetes,
de los combustibles fósiles, se ha cuestionado
electrónica, herramientas y autopartes.
a
un
incremento
continuo
en
provocada
por
los
plásticos
su contribución al agotamiento de estos recursos y a los efectos ambientales de su extracción.
¿QUÉ SON LOS PLÁSTICOS BIOBASADOS?
La organización European bioplastics define a los bioplásticos como plásticos que son biobasados, biodegradables,
o
que
reúnen
on aquellos que se fabrican a partir de la
ambas
biomasa de plantas, algas y microorganismos.
características. Esta definición ha sido retomada
En algunos casos es posible producirlos incluso a
en el anteproyecto de norma mexicana PROY-
partir
NMX-E-260-CNCP-2013 Industria del plástico –
de
residuos
(Y.
Jiang,
2013).
Se
diferencian de los biopolímeros ya que estos
Materiales bioplásticos – Terminología, que
últimos
establece lo siguiente:
se
generan
directamente
en
la
naturaleza, como el almidón, las proteínas, la lignina y el quitosano, mientras que los plásticos
Bioplástico, es un plástico que en su constitución total proviene de: 20
biobasados requieren de etapas de procesamiento
PLÁSTICOS BIODEGRADABLES
químico antes de su utilización. Se realizan a partir del procesamiento químico de
a biodegradación es el proceso mediante el
algún componente extraído de plantas como el
cual las sustancias son transformadas por
maíz, soya, cassava y caña de azúcar. El proceso
microorganismos o por las enzimas que estos
más común parte de la producción de etanol,
generan. El carbono orgánico presente en las
ácido láctico y otros compuestos básicos a partir
moléculas se transforma en compuestos simples
de la fermentación del almidón de las plantas,
como el dióxido de carbono (CO2) y metano
para
(CH4), a través de un proceso conocido como
después
transformarlo
y
obtener
los
monómeros que darán origen al plástico. Este
mineralización.
método permite obtener plásticos como el ácido
biodegradación de un plástico ocurre en forma
poliláctico
polietileno,
simultánea a otros procesos de degradación
plásticos
originados por la radiación UV, la temperatura,
convencionales, que presentan exactamente las
la fricción o la humedad. Para considerar a un
mismas
plástico
(PLA),
polipropileno,
pero
nylon
propiedades
también y que
otros los
polímeros
como
Generalmente
biodegradable
es
la
necesario
equivalentes obtenidos del petróleo. La principal
garantizar que alcanza una mineralización
ventaja es la de fabricarlos a partir de recursos
completa en un periodo de tiempo establecido.
inagotables
Los plásticos biodegradables pueden fabricarse a partir de recursos renovables o de combustibles
Es importante señalar que el origen biobasado de un plástico no implica que éste sea biodegradable.
fó- siles, dado que la biodegradabilidad no es función del material de origen, sino de la estructura química del plástico.
Fig. 13. Diagrama de la fabricación de plásticos biobasados. Fuente: Asociación Nacional de la Industria del Plástico A.C. / Universidad Autónoma Metropolitana. Fig. 14. Biodegradación de plástico a partir de microorganismos. Fuente: Asociación Nacional de la
Industria del Plástico A.C. / Universidad Autónoma Metropolitana.
21
biomasa para ser utilizados en procesos de
¿QUÉ ES LA FITORREMEDIACIÓN ?
biodegradación. La molécula responsable de la degradación es un citocromo P450. Se aisló el gen de citocromo P450 XplA de Rhodococcus y se lo expresó en plantas de Arabidopsis thaliana. Las plantas
fueron
utilizadas
en
ensayos de
detoxificación de suelos contaminados con RDX.
a fitorremediación se define como el uso de especies vegetales vivas para eliminar o transformar
EXPRESIÓN DE LOS GENES MERA Y MER
contaminantes
B DE DESULFOVIBRIO DESULFURICANS EN PLANTAS TRANSGÉNICAS DE
ambientales, con el fin Fig.15 :Arabidopsis. Fuente: Arabidopsis. Obtenido de: http://es.wikipedia.org/wiki/ Arabidopsis
de
inocuos
ARABIDOPSIS THALIANA
hacerlos para
el No se conocen plantas capaces de detoxificar Hg.
ambiente y la salud.
En cambio, existen microorganismos presentes en los sitios contaminados que poseen dos enzimas (organomercúrico liasa, gen merB, y mercúrico reductasa, gen merA) que permiten
DETOXIFICACIÓN DE RDX POR PLANTAS DE ARABIDOPSIS QUE EXPRESAN EL GEN XLPA DE RHODOCOCCUS RHODOCOCHROUS.
Fig. 16. Plantas NT y transgénicas creciendo en medios con Hg orgánico. Fuente: Alejandro Mentaberry.(2011).Fitoremediación. Obtenido de: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/IQM_fitor remediacion_argentina_25620.pdf
l explosivo hexahidro 1,3,5-trinitro1,3,5-triazina (RDX) es tóxico para todo tipo
de organismos y un
posible carcinógeno. Su degradación ambiental es
convertir
muy lenta y su presencia en suelos y napas de
detoxificando
agua constituye un problema grave. • El RDX es
este
metal.
en Se
Hg
elemental,
transformaron
plantas de Arabidopsis thaliana con los dos genes
tóxico para las plantas.
mencionados
El hongo Phanerochaete chrysosporium y las
aislados
de
Desulfovibrio
desulfuricans para poder destoxificar el Hg.
bacterias del género Rhodococcus son capaces de degradar RDX, pero no
metilmercurio
desarrollan suficiente 22
encontrar en el mercado muchos productos con
LA DIETA ECOLÓGICA: BIOALIMENTOS.
esta “denominación” que no proceden de la agricultura ecológica. Esto suele ocurrir con la mayoría de los productos que contiene bífidus.
rimero
definamos,
¿que
son
los
Bioalimentos? Estos son productos orgánicos frescos libres de residuos tóxicos procedentes de pesticidas, antibióticos o fertilizantes no Fig. 18. Etiquetas que pueden presentar los Bioalimentos.
naturales. Generalmente, la elección de este tipo
Fuente http://www.freepik.es/
de dieta va unida a un cambio en el estilo de vida más saludable.
Todos los productos ecológicos pasan una serie de controles
¿Todos los productos “naturales” o “bio”
sobre
seguridad
alimentaria
e
incorporan un sello de calidad en su envasado o
son ecológicos?
etiquetado. La agricultura ecológica nace del objetivo de cultivar productos respetuosos con el medio
as
etiquetas
de
producto
biológico,
ambiente que contengan la máxima calidad
ecológico y orgánico están reguladas por ley, pero
nutritiva. Lo mismo ocurre con la ganadería, que
se utiliza el término “natural” en productos
se cría con leche materna hasta los ocho meses y
comunes que no cumplen los requisitos de
se alimenta al ganado con productos que no
productos ecológicos, por ejemplo el café o el agua
llevan grasas ni harinas de origen animal y no
son dos de estos productos.
usa ningún tipo de aditivos para su crecimiento. (Real Decreto 506/2001)
Lo mismo ocurre con el término “bio”. Podemos
Figura 17: Bioalimentos Fuente: BF Bioalimentos aprovecha la biodiversidad tropical en la producción de orgánicos. Obtenido de: http://www.freshplaza.es/article/33787/BFBioalimentos-aprovecha-la-biodiversidad-tropical-en-laproducci%C3%B3n-de-org%C3%A1nicos
Fig. 19. Los Bioalimentos evitan el uso de fertilizantes sintéticos, pesticidas y antibióticos, con el fin de lograr alimentos más sanos. Fuente http://www.pasaloverde.com/
23
¿Cuáles son los alimentos básicos de la
¿Qué beneficios proporciona una dieta
dieta ecológica?
ecológica?
o cabe duda que la dieta ecológica es
sta dieta se compone de frutas, hortalizas,
altamente beneficiosa para la salud. El hecho de
legumbres, lácteos y carne, los cuales son los pilares en los que se asienta la dieta ecológica.
no usar productos químicos como aditivos o
No se usan harinas refinadas, ni azúcar o
conservantes, plaguicidas o pesticidas y que
edulcorantes artificiales, y se suelen usar
en la carne no pueda haber rastro de hormonas
alimentos
o metales pesados significa un gran avance para
un
poco
alejados
de
la
dieta
nuestra salud.
“tradicional” como el tofu, el miso o las algas. Aquellos seguidores de las dietas ecológicas no vegetarianos suelen preferir lácteos y pollo de origen La biotecnología proporciona herramientas para el cultivo de los Bioalimentos, por ejemplo, los fertilizantes naturales
orgánico,
pescados
y
y
El
otros
de
las
enfermedades
alimentos del mar por
degenerativas son
su alto contenido en ácidos
6%
debidas a una mala
grasos
alimentación.
esenciales Omega 3 y
Los nutracéuticos son productos de origen natural y beneficioso para la salud por sus propiedades preventivas y terapéuticas
Cuando
Omega 6.
consumimos productos de baja
¿Cuáles son los
calidad estamos jugando a la ruleta rusa con
inconvenientes de la dieta ecológica?
nuestro cuerpo y nuestra mente. Esta dieta es ideal para aquellos que tienen enfermedades de tipo autoinmune como el síndrome de fatiga
no de los grandes inconvenientes de este
crónica, o alergias ( B N Ames,1993)
tipo de alimentación es el elevado precio de sus productos. Suelen estar un 20 por ciento por
Está comprobado que este tipo de alimentación
encima del precio habitual de los productos no
reduce los problemas de piel, las personas que
biológicos u orgánicos, provocando que una gran
sufren jaquecas indican que sus dolores de
parte de la población vea este tipo de dieta como
cabeza
algo inaccesible.
disminuyen
considerablemente
equilibra el sistema digestivo.
24
y
Los productos ecológicos pueden ser consumidos por personas de todas las edades, son unos La clasificación de estos alimentos se basa en:
óptimos antioxidantes y ayudan a equilibrar nuestro sistema interno.
Los nutrimentos que contenga: azucares, grasas,
aminoácidos,
vitaminas
y
minerales Sus componentes químicos: fibra dietética,
ALIMENTOS NUTRACÉUTICOS: EL FUTURO DE LA ALIMENTACIÓN
isoflavonas, antioxidantes, carotenos, licopenos, ácidos grasos omega 3 y omega
6,
compuestos
fenólicos,
fosfolípidos, fitoesteroles. Prebióticos:
por
contener
microorganismos benéficos. e define como nutracéutico a cualquier (Pérez Leonard, H. 2006)
alimento o ingrediente que ejerce una acción benéfica en la salud del hombre. El termino es
Así pues,
adoptado a partir de lo que la industria de algún
efecto
fisiológico
que
nutracéuticos
son sustancias
biológicas extraídas de fuentes naturales, que se
alientos califica como alimentos funcionales, por tener
los
caracterizan mediante procesos biotecnológicos
puede
anti
beneficiar a la salud. (Pérez Leonard, H. 2006)
desnaturalizantes
por
conservar
sus
propiedades originales sin hacer algún tipo de
Generalmente esto productos son elaborados a
manipulación genética. Una vez extraídos de su
partir de alimentos para ser comercializados en
fuente natural, estas sustancias se estudian
forma de píldoras o polvos, los cuales no
mediante procesos similares a los que emplean
requieren haber demostrado sus propiedades
para identificar las propiedades biológicas de los
ante instancias sanitarias.
fármacos usados en animales y humanos; cuando sus propiedades han sido documentadas, se comercializan
para
consumo
humano
como
complementos, sin sustituir la dieta (Biruete Guzman, A; et al. 2009) Los
nutracéuticos
se
diferencian
de
los
medicamentos en que éstos últimos no tienen un Fig. 20. Los nutracéuticos son extraídos y comercializados en forma de píldoras. Fuente : http://g-se.com/es/nutriciondeportiva/blog/queson-los-nutraceuticos
origen biológico natural, difieren de los extractos e infusiones de hierbas y similares en la 25
concentración de sus componentes y no tienen
Productos de origen natural.
por qué tener una acción terapéutica. El futuro
Aislados y purificados por métodos no
de la industria química se basa en los agentes
desnaturalizantes
nutracéuticos, los cuales son utilizados en la
Aportar efectos beneficiosos para la salud:
composición de alimentos, cosméticos y productos
Mejora
de
una
o
más
funciones
farmacéuticos debido a la creciente demanda
fisiológicas, mejora de la calidad de vida y
internacional de productos que ayuden a la
acción preventiva y/o curativa Aportar estabilidad temporal
sociedad a buscar una vida con más salud y calidad
Estudios En
esencia,
micronutrientes existentes
y
los que que
nutracéuticos mejoran
permiten
son
productos
ya
diversificar
el
reproducibles
de
sus
propiedades
bioactivas en animales de experimentación y en humanos.
mercado. Abarcan una amplia gama de productos que deben cumplir los siguientes criterios:
26
capacidad de dividirse y regenerar una nueva
MODIFICACIÓN DE LAS PLANTAS POR BIOLOGÍA MOLECULAR.
planta que expresará la característica de interés. Actualmente las semillas de algunos cereales como
maíz,
arroz,
cebada
y
trigo
son
consideradas como buenos órganos para la Para abordar este tema es importante revisar
acumulación de proteínas recombinantes. Pueden
algunas
quedar almacenadas por largos periodos y
técnicas
para
que
posteriormente
mantener su estabilidad.
revisemos algunas aplicaciones.
CONCEPTOS. ¿QUÉ
ES
UNA
PROTEÍNA
RECOMBINANTE? Las proteínas recombinantes son aquellas proteínas
producidas
mediante
ingeniería
en
el
genética
laboratorio en
células
distintas a las que se producen en la naturaleza. Entre las ventajas se encuentran: Resistencia a insectos, a enfermedades virales, fúngicas o bacterianas. Tolerancia a herbicidas. Plantas
resistentes
extremas
como
a
alcalinidad,
Esquema 6. Método general para la generación de plantas transgénicas. Imagen número 6: planta transgénica expresando GUS (βglucoronidasa). Gen reportero empleado ampliamente en biología molecular para la localización de un transgen. Extraído de: www.argenbio.org/adc/uploads/pdf/BioHA9.p df
condiciones salinidad,
sequía y frío. La transformación genética se basa en la introducción de ADN en el interior de células vegetales, para ello se requiere un vector plasmídico en el cual se insertó el gen de interés,
¿QUÉ ES UN TRANSGÉNICO?
luego, éste se inserta al genoma de la planta y finalmente las células toti potentes que tienen la
Un organismo genéticamente modificado (OGM) puede ser una planta, animal, hongo o bacteria a 27
la que se le ha agregado mediante ingeniería genética uno o varios genes con el fin de producir proteínas de interés industrial o bien mejorar ciertos rasgos, como la resistencia a plagas, la calidad nutricional, la tolerancia a heladas, entre otras características. De otra forma, los transgénicos son variedades de especies conocidas a los que se les ha conferido alguna
capacidad
heredable
e
funcional
intencionalmente
(detectable, útil),
por
tecnologías de ingeniería genética, a partir de la incorporación de factores hereditarios (genes) de especies distantes o cercanas. Actualmente
las
principales
Esquema 7. Silenciamiento génico. Fuente: ArgenBio(2007). Silenciamiento génico en plantas (ARNi) Obtenido de: http://www.argenbio.org/adc/upload s/imagenes_doc/planta_stransgenicas /Silenciamiento_genico_Argenbio.pdf
características
genéticas introducidas en casi todos los cultivos transgénicos son:
Producción de toxina Bt
Resistencia al glifosato.
¿QUÉ ES Y CÓMO SE LLEVA A CABO EL SILENCIAMIENTO GÉNICO?
a tecnología antisentido se refiere al método para silenciar genes. Para silenciar un gen diana, se introduce otro gen que produzca un ARNm complementario al ARNm que proviene del gen diana. Estos dos ARNm interaccionan y forman una estructura de dos hebras que no sirve para la síntesis proteica. El
Figura 21: Ciruela transgénica. Fuente: Wikipedia. Obtenido de: http://es.wikipedia.org/wiki/Aliment o_transg%C3%A9nico
silenciamiento se dividie en una etapa de iniciación
y
en
otra etapa
efectora
y de
mantenimiento. La etapa de iniciación comienza con la presencia de un ARN doble cadena (dsRNA). Este puede ser un intermediario de replicación de un virus, puede haber sido
28
introducido artificialmente o puede provenir de
Bacillus
thuringiensis
un transgén. El ARNdc es reconocido y es
normalmente en el suelo.
bacteria
que
habita
digerido por la enzima Dicer, que posee dominios de ARNasa tipo III (enzimas que degradan
La toxina Bt ejerce su poder insecticida de la
moléculas de ARN), para formar moléculas de
siguiente manera:
ARN pequeñas siRNAs). En la etapa efectora, el siRNA se une a un complejo con actividad de nucleasa
(enzimas
nucleicos)
para
que
formar
degradan el
ácidos
complejo
El insecto debe alimentarse del tallo o las hojas del maíz que contienen cristales de
RISC
(complejo de silenciamiento inducido por ARN).
la proteína Bt.
La actividad helicasa de RISC separa las dos
hebras del siRNA, y sólo una de ellas permanece
Los cristales de proteína se disuelven en el intestino medio del insecto y se
unida al complejo. Una vez que RISC está
transforman en polipéptidos tóxicos.
activado, tiene como blanco la degradación de los
ARN mensajeros homólogos a dichos siRNAs.
Estos
polipéptidos
específicos APLICACIONES A LA AGRICULTURA.
del
se
unen
epitelio
a
sitios
intestinal
provocando la formación de poros y un desbalance osmótico, lo que hace que el insecto deje de comer y finalmente muera.
¿SE PUEDEN CREAR CULTIVOS RESISTENTES A INSECTOS?
De este modo, la forma de acción de las proteínas Por supuesto que sí y esto se ha logrado gracias a
es muy específica para los insectos mencionados
la biotecnología moderna.
anteriormente y completamente inocua para humanos y animales, respeta a los insectos útiles
Un ejemplo de cultivo resistente a insectos es el
y al ser una proteína natural biodegradable no
maíz Bt.
produce ningún tipo de contaminación ni en el
Este tipo de maíz está modificado
genéticamente con la finalidad de defenderse a sí
suelo ni en el agua.
mismo del ataque de insectos, como el barrenador europeo (Ostrinia nubilalis) y el barrenador del
¿EXISTEN
Sur (Diatraea grandiosella).
VIRUS?
Para obtener esa cualidad fue necesario insertar
Si existen, un ejemplo de estas es el frijol
en el genoma del maíz un gen que codifica para
Embrapa 5.1, el cual es resistente al virus del
la toxina Bt activa, dicho gen procede de
mosaico dorado.
29
PLANTAS
RESISTENTES
A
El mosaico dorado es la mayor plaga que afecta el
RNA fue diseñado para formar un transcrito con
cultivo de frijol en Sudamérica y puede causar
secuencias de ARN bicatenario (doublestranded,
pérdidas de hasta el 100% de la cosecha. Por tal
o dsRNA) que son reconocidas por un complejo
motivo en 2011, Brasil aprobó el cultivo del frijol
molecular de la célula, el cual genera pequeños
Embrapa
genéticamente
fragmentos de ARN (small, interfering o siRNA)
modificada resistente a la plaga que amenaza la
los cuales interfieren con la expresión del gen rep
producción del alimento más popular del país.
viral.
El Embrapa 5.1 fue generado con la estrategia de
Como consecuencia de la falta de expresión del
ARN interferente o de interferencia (RNAi, por
gen rep, la replicación viral se ve comprometida y
sus siglas en inglés) y es altamente resistente al
las plantas se vuelven resistentes a la virosis.
5.1,
una
variedad
virus del mosaico dorado del frijol o bean golden CULTIVOS TRANSGÉNICOS TOLERANTES
mosaic virus (BGMV).
A HERBICIDAS Para la obtención de resistencia al virus se insertó un gen quimérico para la expresión de un
as
malezas
compiten
ARN que contiene un par de fragmentos del gen
cultivos por los nutrientes y la luz,
rep (AC1) del BGMV, colocados en sentido y
disminuyendo
su
con
los
rendimiento
y
calidad. Es por eso que los agricultores emplean
antisentido pero intercalados por un intrón. Ese
herbicidas,
que
en
general
sirven
para
determinado tipo de malezas y cuyos residuos persisten en el suelo por mucho tiempo. El empleo de cultivos transgénicos tolerantes a herbicidas resuelve estos problemas, ya que son tolerantes a herbicidas de amplio espectro, como el glifosato, que además de eliminar todas las malezas, se degrada en el suelo más rápidamente que los herbicidas tradicionales. La soja tolerante a glifosato se obtuvo por inserción de un gen bacteriano en el genoma de la planta. Figura 22. Cómo actúa Bacillus thuringiensis (Bt) en una oruga. Fuente: Maíz Bt resistente al barrenador del tallo. Obtenido de: http://www.biblioteca.org.ar/libros/210731.pdf
30
planta
fabrique
sustancias
que
antes
no
fabricaba. Por ejemplo: Tomates con mayor contenido de licopeno: el
licopeno
es
antioxidante,
neutraliza
los
radicales libres que se producen en el organismo que
Fig. 24 Técnica transgénesis Fuente: s/a.(2014).Genética de las plantas. Obtenido de: http://ayudahispano-3000.blogspot.mx/2014/10/mapasconceptuales-genetica-de-las_87.html
llevan
al
ciertos tipos de cáncer. dorado: Se
necesarios Los cultivos tolerantes a herbicida disponibles en
le
agregaron
para producir
los
genes
beta caroteno, el
precursor de la vitamina A. El arroz dorado
el mercado mundial son la soja, el maíz, el
podría mejorar la salud de millones de chicos,
algodón, la canola, la remolacha azucarera y la Recientemente,
celular y
desarrollo de enfermedades cardiovasculares y
Arroz
alfalfa.
al envejecimiento
sobre todo en Asia, que sufren de ceguera y
se ha aprobado en
cuadros
Argentina una soja transgénica tolerante a
intestinales
y
respiratorios
graves
asociados a la deficiencia de esta vitamina
herbicidas y resistente a insectos. En este caso, además del gen que le confiere tolerancia al glifosato, contiene otro gen bacteriano que expresa una toxina que le confiere resistencia a insectos lepidópteros. Fig. 25. Arroz dorado. Fuente: Golden rice Project. Obtenido de:http://www.goldenrice.org/
¿CÓMO SE FABRICAN ALIMENTOS CON MAYOR CONTENIDO DE NUTRIENTES?
¿Cómo lo hicieron? Para conseguir la acumulación de b-caroteno en el endospermo del arroz se insertaron los genes de tres enzimas distintas: la fitoeno sintetasa,
racias a la biotecnología se introducen
que condensa dos moléculas de geranyl geranyl
genes nuevos en una planta o bien se modifican
difosfato para producir fitoeno-2 pirofosfato, la
los ya existentes. Así, se puede lograr que una
fitoeno desaturasa, que produce licopeno a partir de fitoeno-2 pirofosfato, y la licopeno ciclasa, que
31
transforma el licopeno en b-caroteno. En su
1. Alteración del contenido de ácido graso
segunda versión estos genes fueron tomados de
mediante la supresión o sobre-expresión de una
una bacteria (Erwinia uredovora) y del maíz, , así
enzima clave en la biosíntesis de lípidos.
se
producen unas 15 veces más beta-caroteno
Ejemplo: Por la supresión antisentido o co-
que la primera versión; debido a esto, presenta
supresión de la oleato desaturasa es posible
un color amarillo-naranja más pronunciado
aumentar el ácido oleico (C18: 1) en más de tres veces (de 24% a 80%) en el aceite de la soja transgénica. Se adoptó la misma estrategia para aumentar estearato (C18: 0) hasta en un 30% tanto en aceites de canola y soja. 2. Creación de un ácido graso inusual.
Fig. 23. Fabricación planta transgénica Fuente: S/a.(2011). Transgénicos. Obtenido de: http://transgenicos4010.blogspot.mx/201 1_03_01_archive.html
Los
Ácidos
producidos transferencia
grasos en de
una un
inusuales
pueden
ser
planta
mediante
la
codifica
la
gen
que
biosíntesis específica de una enzima. Un ejemplo puede verse en canola que, naturalmente, no ¿COMO SE MODIFICA LA COMPOSICIÓN DEL ACEITE?
ara
la
biotecnología
es
produce laurato (C12: 0), mientras que un nuevo genotipo transgénico contiene laurato. posible
modificar el contenido de los aceites, para hacerlos más saludables. Entre las modificaciones que se le realizan se destacan la disminución de los ácidos grasos saturados (ej. soja bajo palmítico), incorporar omega 3 (en soja, canola y lino) con el objeto de reemplazar aceites de pescado por fuentes vegetales para estos ácidos grasos, y aumentar los niveles de vitamina E (en maíz, soja y canola). Estrategias
moleculares
para
modificar
la
composición del aceite: 32
síntesis del pigmento delfinidina. De la misma
APLICACIONES A PLANTAS ORNAMENTALES.
manera, la empresa Flores Colombianas produce y exporta desde el año 2000 claveles azules transgénicos generados por inserción de un gen
¿SE PUEDEN MODIFICAR FLORES A
de petunia.
NUESTRO GUSTO CON FINES DECORATIVOS?
í, gracias a la biotecnología, se pueden hacer mejoras en la floricultura.
Fig. 27. Claveles transgénicos Fuente: ArgenBio. La Biotecnología y las plantas ornamentales. Obtenido de: http://www.argenbio.org/adc/uploads/im agenes_doc/planta_stransgenicas/ornament al.pdf
Aumento de la cantidad de pétalos. A través de la ingeniería genética se pueden crear flores con un mayor
número de pétalos, como se
¿Cómo se logran los cambios en los colores?
muestra en la figura 26. Esto se ha logrado por el conocimiento de los
Mediante la inserción de genes de otras especies.
genes involucrados en el
desarrollo de los pétalos (y de los otros ciclos
Seleccionaron
florales).
variedades
de Dianthus que
sólo
dihidrokaempferol*
debido
blancas sintetizaban
a
una
falta
de
actividad de las enzimas DFR y F3’H. La secuencia de ADN que codificaba para la enzima DFR de Petunia, que acepta dihidromiricetina como sustrato, pero no dihidrokaempferol, fue
Fig. 26, Petunia modificada por ingeniería genética para tener un número mayor de pétalos Fuente: ArgenBio. La Biotecnología y las plantas ornamentales. Obtenido de: http://www.argenbio.org/adc/uploads/i magenes_doc/planta_stransgenicas/orna mental.pdf
introducida en esta variedad, junto con la secuencia de ADN codificante para la enzima F3’5H de Petunia. Al expresarse ambas enzimas se
el
dihidrokaempferol
en
dihidromiricetina gracias a la enzima F3’5’H, la
Cambio en el color de los pétalos.
cual es convertida en leucodelfinidina por la DFR
La empresa Florigene, formada por laboratorios
de Petunia, y al fin en delfinidina, derivada de
de Australia y Japón, creó claveles de distintas gamas de azul,
hidroxila
las propias enzimas presentes en la planta.
mediante la introducción por
ingeniería genética de genes responsables de la 33
El resultado de este proceso son las variedades
incrementando la longitud de los entrenudos,
de
de Dianthus llamadas
mediante la técnica de silenciamiento de genes .
‘Moonshadow
TM’,
Así, al inhibir la síntesis de esta hormona, las
cultivos
hojas quedan más cercanas entre sí y la planta
flores
‘Moondust
violetas TM’
convirtiéndose
y
en
los
primeros
floriculturales transgénicos en salir al mercado.
resulta más vistosa.
¿SE PUEDE RETARDAR LA MARCHITEZ O SENESCENCIA DE LAS FLORES UNA VEZ CORTADA? ¿CÓMO LO LOGRAN? Fig. 28. Clavel modificado genéticamente (izquierda) comparado con un clavel sin modificar post cosecha. . Fuente: ArgenBio. La Biotecnología y las plantas ornamentales. Obtenido de: http://www.argenbio. org/adc/uploads/ima genes_doc/planta_stra nsgenicas/ornamental. pdf
El etileno es la sustancia endógena de las plantas responsable de su marchitamiento y maduración, una fitohormona volátil. Por lo cual es necesario implementar la técnica de silenciamiento génico para inhibir
la síntesis de una enzima que
participa en la ruta biosintética del etileno, por ejemplo la enzima ACC oxidasa, la última en la ruta biosintética del etileno, para así disminuir la concentración de esta molécula en la planta
Fig. 29. Acortamiento de los entrenudos de una planta de tabaco. Fuente: ArgenBio. La Biotecnología y las plantas ornamentales. Obtenido de: http://www.argenbio.org/a dc/uploads/imagenes_doc/p lanta_stransgenicas/orname ntal.pdf
¿CÓMO SE CREÓ LA ROSA AZUL?
transgénica, creando así claveles transgénicos
MEDIANTE SILENCIAMIENTO DE GENES DE OTRAS ESPECIES
que duran más en el florero.
¿CÓMO SE MODIFICA LA ARQUITECTURA DE LAS PLANTAS ORNAMENTALES?
demás
de
lo
ara lograr el color azul por inserción del gen de pensamiento, fue necesario silenciar* antes un gen de la rosa responsable del color rojo, porque de lo contrario resultaban colores lilas o agrisados.
comentado
anteriormente sobre el aumento en el número de
1. Apagaron la producción del pigmento rojo
hojas, también se puede acortar la longitud de los
silenciando el gen de la enzima dihidroflavonol
entrenudos
reductasa (DFR) original de la rosa.
de
las
plantas.
Esto
se
logra
inhibiendo la síntesis de la hormona vegetal gibirelina,
que
actúa,
entre
otras
2. Insertaron un gen de pensamiento para la
cosas,
producción del pigmento azul (o delfinidina). 34
3. Restituyeron la actividad de la enzima DFR
Los tubérculos provenientes de las plantas
por introducción del gen de la DFR del lirio azul.
genéticamente
modificadas
no
sufren
el
pardeamiento debido a la oxidación al ser cortados
o
golpeados.
Gracias
a
dicha
modificación estas papas se pueden exponer al aire
Fig. 30. Rosa a zul transgénica
durante
tiempos
prolongados
y
en
comparación con una papa común.
Fuente: s/a. The enthusiasts’ dream of a blue rose. Obtenido
de:
http://web-
japan.org/kidsweb/hitech/bluerose/
PAPAS RESISTENTES AL PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO
¿CÓMO SE CREAN PAPAS QUE NO SE OXIDAN FÁCILMENTE?
Fig 31. Rodajas de papas expuestas a aire y consecuente oxidación. Fuente: ArgenBio(2007). Silenciamiento génico en plantas (ARNi) Obtenido de: http://www.argenbio.org/adc/uploads /imagenes_doc/planta_stransgenicas/ Silenciamiento_genico_Argenbio.pdf
as papas son susceptibles a oxidación durante la cosecha mecánica. Al oxidarse cambian su sabor, aspecto y valor nutricional. Para evitar el pardeamiento, se
MANZANAS ¿EXISTEN?
desarrollan plantas de papa que expresan un ARNi destinado a silenciar el gen de una enzima llamada polifenol oxidasa (PPO), responsable del
QUE
NO
SE
OXIDAN,
Aunque usted no lo crea si existen. La empresa
fenómeno de oxidación o pardeamiento.
canadiense
Okanagan
Speciality
Fruits
ha
desarrollado un tipo de manzana que no se oxida después de ser mordida, pelada o o cortada la Metionin a
Sadenosil metionin ACC sintasa a
Ácido 1aminocicl opropan ETILENO o-1 ACC oxidasa carboxilic o
cual ha sido bautizada con el nombre de “Arctic Apple”. La Arctic Apple es una manzana modificada
.
genéticamente a través de una técnica llamada
Esquema 8. Pardeamiento
35
Interferencia de ARN (RNAi, por sus siglas en inglés) gracias a la cual se hace el silenciamiento del gen que codifica para la enzima polifenol oxidasa, enzima encargada del pardeamiento enzimático. Al haber una síntesis mínima de dicha enzima por parte de la manzana ésta no sufrirá el proceso de oscurecimiento y se mantendrá íntegra aún después de ser cortada, pelada o mordida.
36
APLICACIONES INDUSTRIALES.
Ventajas
¿Riesgos?
Seguridad para la salud al Riesgos no
Biofactorias: plantas productoras de compuestos.
ocupar ambientales,
microorganismos
modifican cultivos
Fácil
producción:
relativamente
es
barato
que a
los
originales
(transgenes)
y
fácil, comparado con el uso na planta biofactoría es aquella que
de células animales
produce grandes cantidades de un compuesto de interés etc.),
(enzimas, las
metabolitos
cuales
han
sido
secundarios,
Tabla 4. Ventajas y posibles riesgos del uso de biofactorias
modificadas
vegetales. Fuente http://www.febiotec.es/
genéticamente para que expresen proteínas que no son propias de ellas o bien lo hacen en ¿QUÉ ES LA RESISTENCIA AL ESTRÉS ABIÓTICO?
pequeñísimas cantidades, objetivo principal de la agricultura molecular, o también cambiando rutas
metabólicas
productos,
para
objetivo
la
modificación de
primordial
de
la
metabolómica. (FEBiotec, 2013)
n respuesta al estrés ( hídrico, salino, pH)
las plantas son capaces de ajustar su
morfología, fisiología y bioquímica. Para reducir las pérdidas de rendimiento debido a las condiciones climáticas adversas en cultivos es necesario
buscar
estrategias
para
crear
resistencia al estrés. Dado que tales cambios son regulados por los genes, la investigación se ha concentrado en Fig. 32. Las biofactorias vegetales son una alternativa sostenible para la producción de diversos compuestos. Fuente http://www.febiotec.es/
El
uso
de
plantas
como
productoras
caracterizar y aislar genes inducidos por el estrés. El estrés abiótico no sólo induce la expresión de genes, también puede inactivarlos.
de
compuestos proporciona ciertas ventajas frente al uso de los sistemas utilizados normalmente (uso de microorganismo o células animales): 37
Tabla 5. Modificación genética de frutas para la tolerancia al estrés. T (transformación genética), S.V.( Variación somaclonal). Fuente: Victoriano Valpuesta. (2002). “Fruit and vegetable biotechnology”. Obtenido de: http://ssu.ac.ir/cms/fileadmin/user_upload/Daneshkadaha/dbehdasht/behdasht_imani/book/_Fruit_and_Vegetable_Biote chnology.pdf
¿Cómo se usaran los productos de las ¿FABRICACIÓN DE VACUNAS COMESTIBLES?
plantas biofactoría?
e ha propuesto dos tipos de uso: os
métodos
convencionales
de
Ingestión directa de ciertas partes de la
obtención de vacunas podrían ser
planta. El mayor problema sería el control
sustituidos por sistemas vegetales
de la dosis.
transgénicos
Extracción del producto, lo cual implica
recombinante.
un mayor costo y el uso de técnicas más especializadas,
pero
mejoraría
productores
de
la
proteína
¿Cómo se logra? Se transfiere a la planta un
la
gen del agente infeccioso (por ejemplo, el
dosificación.
virus de la hepatitis B), para que ahora sea la planta quien fabrique el producto de este gen en las hojas, tubérculos o granos. Este nuevo 38
compuesto se denomina "antígeno", y al
LAS PLANTAS COMO FÁBRICAS DE PROTEÍNAS TERAPÉUTICAS
entrar en contacto con la mucosa del tracto digestivo
genera
una
respuesta
inmune
protectora. Actualmente se están ensayando en humanos vacunas comestibles contra el cólera (en
a producción de biofármacos utiliza dos
papa), rabia (en espinaca) y hepatitis B (en
sistemas: microorganismos como bacterias y
lechuga),
proyectos
hongos y cultivo de células animales. En la
incluyen el uso de plátanos, tomates y arroz.
siguiente tabla se mencionan las ventajas y
También los animales se podrán beneficiar
desventajas que proporcionan estos sistemas.
entre
otras.
Otros
con esta tecnología, tal es el caso de la alfalfa modificada genéticamente para proteger al ganado de la fiebre aftosa, de plantas de tabaco que producen una vacuna contra el rotavirus bovino y de plantas de papa
Ventajas
Desventajas
transgénicas que combaten la enfermedad de
Fácil cultivo
No
Newcastle en aves (todos corresponden a Nutrientes
Microorganismos
La ingesta oral de la planta transgénica posterior
la
absorción
estimulación
intestinal del
y
realizan
modificaciones
desarrollos argentinos).
permitirá
se
la
sistema
inmunitario del individuo. Estudios recientes
Condiciones ambientales Menores costos
postraduccionales (por glicosilación) Plegado
demuestran que la ingestión oral de plantas
agregados
transgénicas puede estimular una respuesta
insolubles
agentes patógenos (Vibrio cholerae, E. coli enterotoxigénica y virus de la hepatitis B).
39
incorrecto
de proteínas Formación
de humoral protectora frente a diferentes
ejemplo
de
Proteínas similares Difícil
relativamente bajos, el personal no requiere una
mantener
gran capacitación para su manejo, no hay riesgos
líneas celulares
a la original
de contaminación con patógenos animales,
Células animales
Proceso
largo
y
endotoxinas bacterianas o secuencias de ADN
costoso
oncogénicas, así como el volumen de producción
Mas
capacitación
por
parte
es flexible y se adapta a las necesidades. Una ventaja adicional es que las plantas permiten el
del
almacenamiento
personal
recombinante facilitando
Tabla 6. Ventajas y desventajas de la utilización de células animales y microorganismos como fábricas de proteínas terapéuticas.Fuente: Biofármacos y Biosimilares - Riesgos y desafíos en los nuevos desarrollos. HEMATOLOGIA, Vol. 12 Nº 2: 57-59
distribución.
estable en
su
de
la
semillas
y
conservación,
Más
aún,
los
proteína tubérculos,
transporte
y
mecanismos
de
síntesis y modificaciones posteriores son los propios de las células de mamíferos, permitiendo la producción y ensamblado de proteínas
Las
dificultades
antes
mencionadas,
multiméricas como los anticuerpos. (Bravo
ha
Almonacid, F. 2005)
provocado la búsqueda de nuevos sistemas de producción, por ejemplo,
el uso de células de
Las perspectivas de incrementar la eficiencia de
origen vegetal como biorreactores para la
los procesos se basa en el desarrollo de nuevas
producción de proteínas recombinantes.
técnicas de purificación (el cual es el paso más costoso
en
la
producción
de
proteínas
recombinantes), generar modificaciones genéticas que
permitan
incrementar
los
niveles
de
expresión y obtención de la proteína de interés, así como lograr características idénticas a las originales. ¿Cuáles son las aplicaciones terapéuticas a partir de proteínas recombinantes en plantas? Fig.33. Las modificaciones genéticas en las plantas permiten la obtención de proteínas recombinantes. Fuente : http://ecoaldeas.bligoo.com/
e han obtenido plantas transgénicas que sintetizan proteínas terapéuticas recombinantes
La mayor ventaja que presentan las plantas es la
como
disponibilidad ilimitada de biomasa. Además, la
proteínas
séricas,
reguladores
del
crecimiento, enzimas lisosomales, antibióticos y
inversión inicial y para el escalamiento son 40
anticoagulantes (Ver tabla). Varias de estas
los terpenoides, es efectivo contra el cáncer de
proteínas son funcionales y estructuralmente
ovario, pulmón y pecho. Su compleja estructura
comparables a las proteínas análogas producidas
hace difícil la síntesis, por ello, se ha optado por
en humanos. El primer producto biofarmacéutico
usar células en suspensión (cultivo de tejidos) de
producido en células de plantas fue la hormona
Taxus spp y la formación de proto-biorreactores
del crecimiento humana, producida en tabaco
naturales que sintetizan el terpeno de manera
transgénico en 1986 (Barta et al., 1986).
activa.
El ciclo de vida de la planta facilita su
empleo como materia prima para la elaboración de bioreactores que suministren la obtención de un compuesto bioactivo a disposición. Es
decir
en
transgénico
general resultante
el
metabolismo estará
del
dirigido
principalmente hacia la síntesis de un compuesto en especial que bajo condiciones naturales no producen, o lo hacen de manera mínima. En la figura
se
Tabla de Producción de algunas proteínas terapeúticas en plantas transgénicas (Cramer et al., 1999)
Fig.34. Estructura Taxol.
¿ QUÉ SON LOS FITOFÁRMACOS?
Fuente: s/a. (2011) Biotecnología de plantas medicinales Obtenido de: http://www.utm.mx/edi_a nteriores/temas43/1ENSA YO_43_2-R.pdf
os fitofármacos son medicamentos que contienen como principio activo exclusivamente plantas, partes de bien,
esquematizan el proceso para la generación de
preparaciones obtenidas a partir de ellas. Estos
organismos modificados por ingeniería genética
pueden
metabólica*.
plantas,
ingredientes ser
obtenidos
vegetales
o
implementando
la
biotecnología. Un ejemplo de esto es el Taxol (Paclitaxel ®) aislado del “Tejo” (Taxus spp) que se utiliza como antineoplásico naturale. El taxol es un compuesto que deriva de la ruta general de 41
PLANTICUERPOS, ¿QUÉ ES ESO?
S
e
les
llama
planticuerpos
a
los
anticuerpos (Ac) producidos por medio de plantas transgénicas.
El procedimiento mediante el cual se producen consiste en insertar el gen de interés (aquel que codifica para cierto tipo de Ac) en el vector adecuado que contiene el promotor y terminador correspondiente. El tejido vegetal utilizado puede ser vegetativo (hojas) o reproductor (embriones, meristemos, polen, etc). Después de ser efectuada la transfección, el tejido vegetal debe incubarse en un medio sintético adecuado para generar la planta completa; en teoría, cada célula de la nueva planta debe contener una copia del gen insertado. La producción de anticuerpos y otras proteínas recombinantes
en
plantas
tiene
ventajas
potenciales para generar compuestos biológicos de importancia en medicina clínica, como son:
Fig. 35. esquema representativo del procedimiento general para la obtención de fitofármacos por medio de ingeniería genética-metabólica. Fuente: Fuente: s/a. (2011) Biotecnología de plantas medicinales Obtenido de: http://www.utm.mx/edi_anteriores/temas43/1ENSAYO_43_ 2-R.pdf
42
*Los
sistemas
vegetales
son
mucho
más
económicos que la infraestructura industrial basada en el uso de biorreactores.
*La tecnología para cosechar y procesar plantas y
también ha sido posible hacerlo en papa, soya,
sus productos a escala industrial ya está
alfalfa, arroz y trigo.
disponible. El uso de tabaco para producir los planticuerpos *El requisito de purificación del compuesto
tiene la ventaja de que el rendimiento es muy
obtenido puede ser eliminado cuando el tejido de
alto, ya que el tabaco puede ser cosechado varias
la planta, que contiene la proteína recombinante,
veces al año con una producción potencial de
se utiliza como alimento.
biomasa de más de 50 ton/ha/año. Otras ventajas de usar tabaco incluyen su facilidad para
* Los riesgos a la salud originados por posible
manipularse genéticamente, la producción de
contaminación del producto recombinante con
gran número de semillas (hasta un millón por
patógenos humanos son mínimos.
planta) y la necesidad de explorar otros usos para este cultivo.
*Los planticuerpos producidos son estables tanto a temperatura ambiente como a 4°C.
Ejemplos de planticuerpos producidos son:
Desde hace ya algunos años se han producido
-Anticuerpo
planticuerpos
antígeno superficial de Streptococcus mutans
quiméricos
y
del
tipo
otros.
IgG,
Los
IgA,
cuales
IgG/IgA han
sido
IgG/IgA
quimérico
contra un
(agente causal de la caries dental).
expresados mayoritariamente en tabaco, aunque -Anticuerpo contra el virus del herpes (HSV).
43
Tabla 7. Planticuerpos para usos terapĂŠuticos. Fuente: Production of vaccines and other biological compounds in transgenic plants Obtenido de: http://www.medigraphic.com/pdfs/vetmex/vm2006/vm064d.pdf
44
interaccionan y forman una estructura de dos hebras que no sirve para la síntesis proteica
GLOSARIO
ANTOCIANINAS: Son pigmentos hidrosolubles que se hallan en las vacuolas de las células vegetales y que otorgan el color rojo, púrpura o azul a las hojas, flores y frutos. Pertenecen al grupo de los flavonoides
ADN: El Acido Desoxirribonucleico, es una molécula de gran tamaño que guarda y transmite de generación en generación toda la información necesaria para el desarrollo de todas las funciones biológicas de un organismo.
AROMADENDRINA O DIHYDROKAEMPFEROL: Es unflavanonol, un tipo de flavonoide. Se puede encontrar en la madera de Pinus sibirica.
ADITIVOS: Son sustancias que no poseen valor nutritivo, las cuales se agregan intencionadamente a los alimentos y bebidas en cantidades mínimas con objetivo de modificar sus caracteres organolépticos o facilitar su proceso de elaboración o conservación. AGROQUIMICOS: Son sustancias químicas que se producen sintéticamente, encaminadas disminuir, controlar o erradicar una plaga cualquier organismo patógeno de una planta cultivo
BIFIDUS: Bifidobacterium es un género de bacterias gram-positivas, anaeróbicas, no mótiles, con frecuencia ramificadas. Las bifidobacterias son uno de los mayores géneros de bacterias saprófitas de la flora intestinal, las bacterias que residen en el colon.
o a o o
BIOFÁRMACO: Producto medicinal, terapéutico, profiláctico, o de diagnóstico in vivo, cuyo principio activo es de naturaleza biológica y es producido por Biotecnología
ANTIBIOTICOS: Son sustancias químicas producidas por un ser vivo o derivado sintético, que mata o impide el crecimiento de ciertas clases de microorganismos sensibles
BIOMASA: Materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen./ Materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía
ANTICONCEPTIVOS: Es aquel que impide o reduce significativamente la posibilidad de una fecundación en mujeres fértiles
BIOPOLÍMERO: son macromoléculas presentes en los seres vivos/ materiales sintéticos con la particularidad de ser biocompatibles con el ser vivo
ANTICUERPO: Es una proteína producida por el sistema inmunológico cuando detecta sustancias dañinas, llamadas antígenos. ANTIOXIDANTES: Son moléculas capaz de retardar o prevenir la oxidación de otras.
BIORREACTOR: Es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo. En algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. Este proceso puede ser aeróbico o anaeróbico.
ANTISENTIDO O SILENCIAMIENTO: El ADN antisentido es la hebra no codificante de un gen. Es decir, la que no se 'lee' para dar lugar a una proteína, sino que complementa a la hebra codificante. La tecnología antisentido también se refiere al método para silenciar genes. Para silenciar un gen diana, se introduce otro gen que produzca un ARNm complementario al ARNm que proviene del gen diana. Así, estos dos ARNm
CACHAZA: Es la bebida alcohólica destilada más popular de Brasil. Se obtiene como producto 45
de la destilación del azúcar fermentado.
jugo
de
la caña
de
uno o más protones son sustituidos por grupos orgánicos alquilo.
CAROTEOIDES: Son pigmentos orgánicos del grupo de los isoprenoides que se encuentran de forma natural en plantas y otros organismos fotosintéticos como algas, algunas clases de hongos y bacterias.
ESTRÉS ABIÓTICO: Impacto negativo de los factores no vivos sobre los organismos que viven en un entorno específico. FERMENTACIÓN: Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, que no requiere oxígeno, y el producto final es un compuesto orgánico.
COMBUSTIBLES FÓSILES: Materias primas emplea en combustión que se han formado a partir de las plantas y otros organismos vivos que existieron en tiempos remotos en la Tierra.
FERTILIZANTE: Es un tipo de sustancias denominadas nutrientes, en formas químicas saludables y asimilables por las raíces de las plantas, para mantener o incrementar el contenido de estos elementos en el suelo.
CONSERVANTES: Son sustancias utilizada como aditivos alimentarios, que añadida a los alimentos (bien sea de origen natural o de origen artificial) detiene o minimiza el deterioro causado por la presencia de diferentes tipos de microorganismos (bacterias, levaduras y moho s).
FITOESTEROLES: Son esteroles naturales de origen vegetal, presentes en pequeñas cantidades en algunos alimentos como el aceite de girasol y la soya/ Son moléculas orgánicas que forman parte de la membrana de las células vegetales, con una función similar a la del colesterol en las membranas celulares animales.
DESNATURALIZACION: Es un cambio estructural de las proteínas o ácidos nucleícos, donde pierden su estructura nativa, y de esta forma su óptimo funcionamiento.
FLAVONOIDES: Es el término genérico con que se identifica a una serie de metabolitos secundarios de las plantas. Son sintetizados a partir de una molécula de fenilalanina y 3 de malonil-CoA.
EDULCORANTE: Cualquier sustancia, natural o artificial, que sirve para dotar de sabor dulce a un alimento o producto. ENDOTOXINA: Es un componente de la pared celular de las bacterias gramnegativas constituida por lípidos y polisacáridos.
FLORICULTURA: Es la disciplina de la horticultura orientada al cultivo de flores y plantas ornamentales en forma industrializada para uso decorativo.
ENFERMEDAD DEGENERATIVA: Es una afección generalmente crónica, en la cual la función o la estructura de los tejidos u órganos afectados empeoran con el transcurso del tiempo.
FUNCICIDAS: ver agroquímico GEN: Unidad de información dentro del genoma, serie de nucleóticos que almacena la información que se requiere para sintetizar a una macromolécula que posee un rol celular específico.
ENZIMAS: Son moléculas de naturaleza proteica y estructural que catalizan reacciones químicas.
GENOTIPO: Información genética que posee un organismo en particular, en forma de ADN.
ESTER: RCOOR´. Son compuestos orgánicos derivados de ácidos orgánicos o inorgánicos oxigenados en los cuales
46
GLICÉRIDOS: Constituyen un importante grupo de lípidos que pueden considerarse estructuralmente como producto de la esterificación de ácidos grasos.
MICORRIZAS: Representan la asociación entre algunos hongos (micobiontes) y las raíces de las plantas (fitobiontes). MINERALIZACIÓN: Proceso de descomposición de la materia orgánica del suelo en el cual se libera nitrógeno inorgánico. La mineralización es la transformación del nitrógeno orgánico en amonio, mediante la acción de microorganismos del suelo.
GLIFOSATO: Es un herbicida no selectivo de amplio espectro, desarrollado para eliminación de hierbas y de arbustos, en especial los perennes. HORMONAS: Son sustancias secretadas por células especializadas, localizadas en glándulas de secreción exocrinas o glándulas endócrinas cuyo fin es el de influir en la función de otras células.
MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES: De una proteína, es un cambio químico ocurrido en ésta después de su síntesis. MONÓMERO: Molécula simple que, mediante la unión con otras moléculas iguales,forma cadenas de var ias o muchas unidades, llamadas polímeros.
INFUSIÓN: Es una bebida obtenida de las hojas, las flores o de los frutos de diversas hierbas, que pueden ser aromáticas, y se les vierte o se introduce en agua a punto de ebullición
NUTRIENTE: Es un producto químico procedente del exterior de la célula y que ésta necesita para realizar sus funciones vitales.
INGENIERÍA METABÓLICA (METABOLÓMICA): Tecnología que se ocupa de la manipulación del ADN que da como resultado la variación de rutas metabólicas, ya sea añadiendo nuevos intermediarios a las rutas preexistentes, modifica la regulación de las mismas o crea nuevas rutas.
OLEAGINOSA: Son vegetales de cuya semilla o fruto puede extraerse aceite, en algunos casos comestibles y en otros casos de uso industrial. ORNAMENTAL: Que sirve para adornar. PATÓGENO: Todo agente biológico externo que se aloja en un ente biológico determinado, dañando de alguna manera su anatomía, a partir de enfermedades o daños visibles.
INOCULTANTES: Es un concentrado de bacterias específicas, que aplicado convenientemente a la semilla poco antes de su sembrado, mejora el desarrollo del cultivo.
PESTICIDA: Ver plaguicida
ISOFLAVONAS: Son una subclase de un grupo mayor de fitoquímicos llamados flavonoides. Por su estructura son considerados como fitoestrógenos, sustancias no esteroides, difenólicos que poseen una estructura similar a la que presentan los estrógenos humanos.
PETROQUÍMICOS: De la industria que utiliza el petróleo o el gas natural como materias primas para la obtención de productos químicos o relativo a ella. PLAGA: Cualquier organismo capaz de causar daño a un cultivo o sus cosechas.
LICOPENOS: Es un pigmento caroteno rojo brillante y fitoquímico que se encuentra en los tomates y otras frutas y verduras de color rojo.
PLAGUICIDA: Cualquier sustancia o mezcla de sustancias que se destina a controlar cualquier plaga, incluidos los vectores que transmiten las enfermedades humanas y de animales, las especies no deseadas que causen perjuicio o que
MALEZA: mala hierba, yuyo, planta arvense, monte o planta indeseable a cualquier especie vegetal que crece de forma silvestre. 47
interfieran con la producción agropecuaria y forestal.
SIMBIOSIS: Es una interacción biológica, que consiste en una relación estrecha y persistente entre organismos de diferentes especies en la que ambos son beneficiados.
PREBIÓTICOS: Son una clase de alimentos funcionales, definidos como: "Ingredientes no digestibles que afectan al organismo, mediante el crecimiento y actividad de una o varias bacterias en el colon, mejorando la salud". La definición de prebiótico es literalmente como "promotores de vida" (contraria a antibiótico).
TOFU: Es una comida oriental, preparada con semillas de soya, agua y solidificante o coagulante. TOXINA: Son sustancias venenosas o tóxicas producidas por animales, plantas o microorganismos.
PROGESTERONA. Hormona sexual femenina, de naturaleza esteroidea, segregada por el cuerpo
TRANSESTERIFICACIÓN: Es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base.
lúteo del ovario, la corteza adrenal y la placenta. Su función es la de preparar el útero para la recepción y el desarrollo del óvulo fecundado
TRANSGEN: Es un gen que se moviliza o se transfiere entre dos organismos distintos o líneas de una manera que no sea la reproducción sexual.
POLIPÉPTIDO: Secuencia de al menos 10 aminoácidos que se encuentran unidos mediante enlaces peptídicos. PROTEÍNA MULTIMÉRICA: Es una proteína formada por varias subunidades proteicas, denominada oligómero cuando estas subunidades son pocas. PUENTE DISULFURO: Es un enlace covalente fuerte entre grupos tiol (-SH) de dos cisteínas. Este enlace es muy importante en la estructura, plegamiento y función de las proteínas. Saponina. Son glucósidos de esteroides o de triterpenoides, llamadas así por sus propiedades semejantes a las del jabón: cada molécula está constituida por un elemento soluble en lípidos (el esteroide o el triterpenoide) y un elemento soluble en agua (el azúcar), y forman una espuma cuando se las agita en agua
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Primavera 2015
BIOTECNOLOGÍA VEGETAL Corzo Olivia, García Marisol, Osorio Laura, Parada Carla La biotecnología vegetal, está conformada de personas a lo largo de muchos siglos, científicos, especializados en el tema, y cualquiera que esté fascinado por el aprovechamiento de los vegetales. Gracias al esfuerzo de todos ellos, hoy se pueden tener diversos beneficios.
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