Biotecnología para niños

Estructura de rayos X del ARN de transferencia de la levadura.

Clasificación de la biotecnología.

La biotecnología es una rama de las ciencias biológicas que usa sistemas vivos y organismos, o partes de ellos, para crear o cambiar productos y procesos con fines específicos. La palabra viene del griego "bíos" (vida), "téchne" (destreza) y "loguía" (estudio o ciencia). Es importante saber que la biotecnología no es lo mismo que la Ingeniería genética, aunque a veces se relacionan.

La Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE) la define como la aplicación de principios de matemáticas e ingeniería para tratar materiales orgánicos e inorgánicos usando sistemas biológicos, con el fin de producir bienes y servicios. Esta ciencia se basa en la biología, la ingeniería, la física, la química y la biomedicina. Tiene un gran impacto en áreas como la farmacología, la medicina, la bromatología (ciencia de los alimentos), el tratamiento de residuos, la industria, la ganadería y la agricultura.

La Biotechnology Innovation Organization explica que la biotecnología es una tecnología basada en la biología. Utiliza procesos de células y biomoléculas para crear productos y tecnologías que mejoran nuestra calidad de vida y la salud del planeta. Desde hace más de 6.000 años, hemos usado procesos biológicos de microorganismos para producir alimentos como el pan y el queso, entre otros productos útiles.

Se cree que el término "biotecnología" fue creado por el ingeniero húngaro Károly Ereki en 1919. Lo mencionó en su libro sobre la biotecnología en la producción de carne y lácteos en grandes granjas.

Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología es cualquier aplicación tecnológica que usa sistemas biológicos, organismos vivos o sus derivados para crear o modificar productos o procesos con fines específicos.

El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología define la biotecnología moderna como la aplicación de:

• Técnicas de ácido nucleico en laboratorio, incluyendo el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos.
• La unión de células de diferentes familias taxonómicas, que va más allá de las barreras naturales de la reproducción o la recombinación, y que no son técnicas usadas en la reproducción y selección tradicionales.
• La ciencia está trabajando para clasificar mejor los productos de la modificación genética y crear protocolos que aseguren la protección ante cualquier resultado inesperado.

Aplicaciones de la Biotecnología

La biotecnología se usa en muchas áreas importantes. Ayuda a desarrollar procesos que cuidan el medio ambiente, como en la atención de la salud con nuevos tratamientos para enfermedades. En la agricultura, mejora cultivos y alimentos. También se usa para crear productos no alimentarios, como plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles. Además, contribuye al cuidado del medio ambiente a través de la biorremediación, que incluye el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza de lugares contaminados. Cuando se usan plantas en biotecnología, se le llama biotecnología vegetal. También se aplica en la genética para modificar ciertos organismos.

Las aplicaciones de la biotecnología se clasifican en diferentes colores:

Biotecnología Roja: Salud y Medicina

Esta rama de la biotecnología se enfoca en los procesos médicos. Algunos ejemplos son la creación de organismos para producir antibióticos, el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos medicamentos. También incluye diagnósticos moleculares, terapias para regenerar tejidos y el uso de la ingeniería genética para ayudar a tratar enfermedades mediante la manipulación genética.

¿Cómo ayuda la biotecnología a diagnosticar enfermedades?

La biotecnología ha creado nuevas herramientas para diagnosticar enfermedades, especialmente útiles para microorganismos difíciles de cultivar. Permite identificarlos sin necesidad de aislarlos. Antes, los métodos eran largos y complicados. Ahora, con los anticuerpos monoclonales y las técnicas que analizan el material genético (como la hibridación y secuenciación del ADN o ARN con la ayuda de la PCR), se pueden hacer diagnósticos rápidos, sensibles y precisos. Estas metodologías también pueden ser automatizadas en el futuro.

Aportes en el estudio de enfermedades complejas

La biotecnología ha impulsado una nueva área llamada patología molecular. Esta permite diagnosticar enfermedades basándose en cambios genéticos y bioquímicos, no solo en la forma del tumor. Utiliza técnicas como la inmunohistoquímica y el análisis genético de proteínas o ácidos nucleicos de los tumores. Estas técnicas ayudan a detectar células problemáticas temprano y a clasificarlas. Una detección y clasificación temprana puede salvar más vidas que el desarrollo de nuevas terapias.

Biotecnología Blanca: Industria y Producción

También conocida como biotecnología industrial, se aplica a los procesos industriales. Por ejemplo, se usan microorganismos para crear productos químicos o enzimas como catalizadores en la industria. Esto puede ser para obtener productos químicos valiosos o para eliminar contaminantes peligrosos. También se usa en la industria textil, para crear nuevos materiales como plásticos biodegradables, y en la producción de biocombustibles. Su meta principal es crear productos que se degraden fácilmente, que usen menos energía y que generen menos residuos durante su fabricación. La biotecnología blanca suele consumir menos recursos que los métodos industriales tradicionales.

Biotecnología Verde: Agricultura y Alimentos

Esta biotecnología se aplica a los procesos agrícolas para asegurar la disponibilidad de alimentos. Sus objetivos principales son desarrollar cultivos más resistentes a climas difíciles, reducir el tiempo de crecimiento y aumentar el valor nutricional de los cultivos. Un ejemplo es la creación de plantas transgénicas que pueden crecer en condiciones ambientales desfavorables o que son resistentes a plagas y enfermedades. Se espera que la biotecnología verde ofrezca soluciones más amigables con el medio ambiente que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Por ejemplo, se pueden modificar plantas genéticamente para que produzcan sus propios plaguicidas, eliminando la necesidad de aplicarlos externamente, como en el caso del maíz Bt. La biotecnología también ayuda a mantener o aumentar recursos naturales como los bosques, por ejemplo, al usar hongos micorrízicos para mejorar la resistencia de las plántulas forestales.

Biotecnología Amarilla: Alimentos y Fermentación

Esta biotecnología se aplica a los productos para consumo humano. Incluye técnicas para diseñar, mejorar y conservar alimentos, así como para mejorar sus componentes en cultivos y aditivos. Se considera la primera rama de la biotecnología, ya que abarca los procesos de fermentación que producen alimentos como el pan, el vino, la cerveza y el queso. A menudo se confunde con la biotecnología verde porque trabaja con cultivos. Sin embargo, la biotecnología amarilla se enfoca en los procesos de fermentación y en añadir productos obtenidos de microorganismos para mejorar la calidad de los alimentos.

Biotecnología Azul: Océanos y Agua

También conocida como biotecnología marina, se refiere a las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y acuáticos. Todavía está en una fase temprana de desarrollo. Su objetivo principal es proteger las especies y los ecosistemas marinos. Sus aplicaciones son prometedoras para otras áreas como la acuicultura, el cuidado de la salud, la cosmética y los productos alimentarios.

Biotecnología Gris: Medio Ambiente y Limpieza

También llamada biotecnología del medio ambiente, se dedica a mantener la biodiversidad, preservar las especies y eliminar contaminantes y metales pesados de la naturaleza. Está muy relacionada con la biorremediación, que usa plantas y microorganismos para reducir contaminantes. La biotecnología gris aplica diversas técnicas de biorremediación para limpiar el medio ambiente, como la fitorremediación, la bioventilación, la biolixiviación, la rizofiltración, la bioaumentación y el uso de biorreactores. Es importante considerar que el uso de estos métodos biotecnológicos implica un riesgo para la bioseguridad al usar organismos con modificaciones genéticas, debido a la posible transferencia de genes que podría afectar la diversidad genética.

Biorremediación: Limpiando con la Naturaleza

La biorremediación es un proceso que usa microorganismos para limpiar un lugar contaminado. Los procesos biológicos son clave para eliminar contaminantes, y la biotecnología aprovecha la capacidad de los microorganismos para descomponer y transformar estos compuestos. En el estudio de la microbiología ambiental, las investigaciones basadas en el genoma abren nuevas áreas para entender cómo funcionan las redes biológicas y cómo se adaptan los microorganismos a diferentes condiciones. Esto acelera el desarrollo de tecnologías de biorremediación y procesos de biotransformación.

Los ambientes marinos son muy sensibles, ya que los derrames de petróleo son difíciles de controlar y sus daños son difíciles de reparar. Además de la contaminación humana, millones de toneladas de petróleo llegan al medio ambiente marino por filtraciones naturales. A pesar de su toxicidad, una parte importante del petróleo en los sistemas marinos es eliminada por la acción de comunidades microbianas, especialmente por las bacterias hidrocarbonoclásticas (HCB). Varios microorganismos, como Pseudomonas, Flavobacterium, Arthrobacter y Azotobacter, pueden descomponer el petróleo. El derrame del barco petrolero Exxon Valdez en Alaska en 1989 fue el primer caso exitoso de biorremediación a gran escala, donde se estimuló la población bacteriana añadiendo nitrógeno y fósforo.

Se ha propuesto usar procesos biológicos para limpiar residuos y sitios afectados, ya que son más prácticos y económicos para manejar diferentes tipos de residuos de la industria petrolera. Los métodos de tratamiento biológico dependen de la capacidad de los microorganismos para descomponer residuos aceitosos en productos inofensivos (dióxido de carbono, agua y biomasa). Sin embargo, hay limitaciones como la disponibilidad de nutrientes, el alto contenido de arcillas, la aireación y la disponibilidad del contaminante. Estudios recientes en el Instituto Mexicano del Petróleo mostraron el potencial de la biorremediación en sitios contaminados con lodos de perforación usando la tecnología de composteo en biopilas.

El uso de nuevas tecnologías para el día a día, como el bioplástico, que se degrada más rápido, ayuda a mejorar el ambiente al reducir el uso de plásticos que contaminan mucho.

Biotecnología Naranja: Educación y Divulgación

Esta biotecnología se dedica a la difusión y formación en el área de la biotecnología. Ofrece información y capacitación sobre temas biotecnológicos para toda la sociedad, incluyendo personas con necesidades especiales. Su objetivo es fomentar, identificar y atraer a personas con interés científico y altas capacidades para la biotecnología.

Biotecnología Dorada: Tecnología y Datos

Esta biotecnología usa recursos tecnológicos para su desarrollo. Se divide en la bioinformática, que utiliza herramientas informáticas para procesar grandes cantidades de información, y la nanobiotecnología, que estudia y emplea materiales y organismos a escala nanométrica. Algunos de sus usos principales son la secuenciación del genoma de los organismos, la modelación de procesos biológicos y la creación de bases de datos de ADN, ARN y proteínas.

Biotecnología Violeta o Púrpura: Aspectos Legales y Éticos

Esta rama de la biotecnología se encarga de los aspectos legales, de propiedad intelectual, patentes y bioéticos relacionados con la biotecnología. Se ocupa de diseñar protocolos de seguridad para prevenir el mal uso de las herramientas biotecnológicas.

Bioingeniería: Uniendo Biología e Ingeniería

La ingeniería biológica o bioingeniería es una rama de la ingeniería que se enfoca en la biotecnología y las ciencias biológicas. Incluye diferentes disciplinas como la ingeniería bioquímica, la ingeniería biomédica y la ingeniería de biosistemas. Combina los fundamentos de las ciencias biológicas con los principios tradicionales de ingenierías como la química o la informática.

Los bioingenieros a menudo trabajan llevando procesos biológicos de laboratorio a escalas de producción industrial. También se ocupan de problemas de gestión, económicos y legales. Como las patentes y los sistemas de regulación son muy importantes para las empresas de biotecnología, los bioingenieros deben conocer estos temas.

Hay un número creciente de empresas de biotecnología, y muchas universidades ofrecen programas en bioingeniería y biotecnología. Destacan las especialidades en ingeniería bioinformática.

La ingeniería bioinformática es un campo que resuelve problemas biológicos usando técnicas computacionales. Esta combinación permite organizar y analizar rápidamente grandes cantidades de datos biológicos. También se le llama biología computacional. Juega un papel clave en áreas como la genómica funcional, la genómica estructural y la proteómica, y es fundamental en el sector de la biotecnología y la farmacéutica.

Beneficios y Desafíos de la Biotecnología

Ventajas de la Biotecnología

Entre los principales beneficios de la biotecnología se encuentran:

• Mayor rendimiento: Los organismos modificados genéticamente (OGM) pueden aumentar la producción de cultivos, lo que significa más alimento con menos recursos. Esto también reduce las pérdidas por enfermedades, plagas o factores ambientales.
• Menos uso de productos químicos: Cuando un OGM se modifica para resistir una plaga específica, se reduce la necesidad de usar productos químicos que pueden dañar el ambiente y la salud.
• Mejora nutricional: Se pueden añadir vitaminas y proteínas a los alimentos, y reducir los alérgenos o toxinas naturales. También se busca cultivar en condiciones extremas para ayudar a países con menos acceso a alimentos.
• Desarrollo de nuevos materiales: La biotecnología contribuye a la creación de materiales innovadores.

La aplicación de la biotecnología presenta desafíos que se pueden clasificar en dos categorías: los efectos en la salud de humanos y animales, y las consecuencias para el medio ambiente. También hay consideraciones sobre el uso ético de la biotecnología moderna.

Desafíos Ambientales

Entre los desafíos para el medio ambiente, está la posibilidad de polinización cruzada. Esto ocurre cuando el polen de cultivos genéticamente modificados (GM) se dispersa a cultivos no GM cercanos. Esto podría transferir características como la resistencia a los herbicidas de plantas GM a plantas no GM. Esto podría llevar al desarrollo de maleza más fuerte o de plantas silvestres más resistentes a enfermedades, alterando el equilibrio del ecosistema.

Otros desafíos ecológicos surgen del uso extendido de cultivos GM que producen toxinas insecticidas, como el gen del Bacillus thuringiensis. Esto puede hacer que los insectos desarrollen resistencia al gen. También puede haber riesgos para especies no objetivo, como aves y mariposas, por plantas con genes insecticidas.

También podría haber una pérdida de biodiversidad, por ejemplo, si los cultivos tradicionales son reemplazados por un número limitado de cultivos GM. En general, el avance de la agricultura en áreas tropicales y subtropicales puede causar impactos ambientales negativos, como la erosión del suelo y la pérdida de biodiversidad.

Desafíos para la Salud

Existen desafíos relacionados con la transferencia de toxinas de una forma de vida a otra, la creación de nuevas toxinas o la transferencia de compuestos alergénicos entre especies, lo que podría causar reacciones inesperadas.

También existe el desafío de que bacterias y virus modificados puedan escapar de laboratorios de alta seguridad e infectar a personas o animales.

Los agentes biológicos se clasifican según el riesgo de infección:

• Agente biológico del grupo 1: Poco probable que cause una enfermedad en humanos.
• Agente biológico del grupo 2: Puede causar una enfermedad en humanos y ser un riesgo para los trabajadores, pero es poco probable que se propague y suele haber tratamiento.
• Agente biológico del grupo 3: Muy probable que se propague y generalmente no hay tratamiento eficaz.

Desventajas Sociales y Económicas

Los procesos de modernización agrícola, además de aumentar la producción, tienen otras consecuencias:

• Una de ellas es la reducción de la mano de obra debido a la mecanización, lo que puede generar desempleo y migración del campo a la ciudad en muchas áreas.
• Además, para aprovechar las nuevas tecnologías se necesita dinero y acceso a la tierra y al agua. Los agricultores que no tienen estos recursos quedan en desventaja para competir con las producciones modernas.

Normativas y Leyes de la Biotecnología

Regulación en México

En México, las leyes relacionadas con la bioseguridad se han centrado en prevenir y controlar posibles riesgos del uso de OGMs para la salud humana, la sanidad vegetal y animal, y el medio ambiente. Estas leyes son responsabilidad de varias secretarías, como la de Salud, la de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA), y la del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT). Otras dependencias como la Secretaría de Hacienda y Crédito Público (SHCP), la Secretaría de Economía y el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI) también tienen roles importantes. La Secretaría de Educación Pública (SEP) y la Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación (SECITHI) también están relacionadas indirectamente al establecer políticas educativas y de investigación.

La regulación actual en México sobre la biotecnología moderna necesita ser revisada y organizada para que sea compatible con los estándares internacionales. Esto es importante para evaluar y monitorear los riesgos biotecnológicos y asegurar la certeza legal para quienes investigan, producen, comercializan y manejan organismos genéticamente modificados y sus productos.

El 30 de abril de 2002, el Senado de la República de México aprobó el Protocolo de Cartagena sobre la Seguridad de la Biotecnología. Este protocolo entró en vigor el 11 de septiembre de 2003. Aunque su origen es ambiental, su aplicación en México tendrá un impacto significativo en la investigación, producción y comercialización de OGMs y sus productos. También afectará la organización y participación de diferentes autoridades gubernamentales. Además, en diciembre de 2001, el Congreso de la Unión aprobó una modificación al artículo 420 Ter del Código Penal Federal. Esta modificación podría implicar que cualquier persona que maneje, use o transporte organismos transgénicos podría cometer un delito y enfrentar un proceso penal.

Debido a esto, en 2002, el Senado de la República pidió apoyo técnico a la Academia Mexicana de Ciencias (AMC) para elaborar la Iniciativa de la Ley de Bioseguridad de Organismos Genéticamente Modificados (ILBOGMs).

Galería de imágenes

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  Estructura de rayos X del ARN de transferencia de la levadura.

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Véase también

En inglés: Biotechnology Facts for Kids