ETAPAS DE DESARROLLO DE LA BIOTECNOLOGIA El origen de la biotecnologia se clasifica en cinco etapas: Etapa 1 (pre-Pasteur): En esa epoca, la biotecnología se refiere a las practicas empiricas de seleccion de animales, plantas y sus cruzas, y a la fermentacion como un proceso para preservar y enriquecer el contenido proteicode los alimentos. Este periodo se extien de hasta la segunda mitad mitad delsiglo XIX. Etapa2 (Pasteur): Una segunda etapa del desarrollo de la biotecnología se inicia con los trabajos de Louis Pasteur (1822-1895) en la identificación de los microorganismos causantes de la fermentación en la segunda mitad del siglo XIX , lo que contribuyo a impulsar la incorporación de la técnica de fermentación en algunas áreas industriales. Otro investigador de esta etapa Robert koch (1843-1910) que también hizo importantes aportaciones a la bacteriología. Etapa 3 (Antibióticos): La tercera epoca en la historia de la biotecnologia se caracteriza por desarrollos en cierto sentido puestos, ya que por un lado la expansion vertiginosa de la industria petroquimica tiende a desplazar los procesos biotecnologicos de la fermentacion, y por otro lado el descubrimiento de la penicilina por Fleming en el año 1928 sentaria las bases para la produccion en gran escala de antibioticos apartir de la decada de los años cuarenta. igino la obtención de productos de utilidad incuestionable, que continúan siendo indispensables para la vida de la humanidad, ejemplo de estos productos son: los antibióticos, las vacunas naturales, vitaminas, proteínas unicelulares, enzimas, polisacáridos, alcohol industrial, entre otros. Etapa 4 (post-antibióticos): El cuarto periodo destaca el descubrimiento de la estructura helicoidal del ADN por Cricky Watson en 1953, seguido por los procesos que permiten la inmovilizacion de las enzimas, los primeros experimentos de ingenieria genética realizados por Cohen y Boyer en 1973 y la aplicacion en 1975 de la tecnica del hibridoma para la produccion de anticuerpos monoclonales, gracias a los trabajos de Milstein y Kohler. Etapa 5 (Nueva biotecnologia Es la que se sirve de las técnicas de ADN recombinante para realizar la mejora de los seres vivos, con miras a su utilización. El impacto del ADN recombinante ha sido profundo. Se habla hoy, por tanto, de que nos encontramos en la era de la biotecnología. se combinan las Ciencias de la Información con la Biología y surge la Bioinformática desarrollándose una nueva plataforma de trabajo en la búsqueda de nuevos productos, y donde la satisfacción del hombre sigue siendo el principal objetivo.
Como resultado de este desarrollo se acelera el descifrado de genoma completos de organismos, lo que unidos a la aplicación de la geonómica y la proteómica genera una enorme cantidad de datos que proporcionan la información de las bases moleculares de los fenómenos y el camino para el diseño racional de moléculas.
La terapia génica, los medicamentos dirigidos, la obtención de órganos y organismos productos de la clonación y otros productos altamente novedosos son representativos de esta época.
Es importante reconocer que la satisfacción de las necesidades del hombre fue en paralelo al progreso de los adelantos científicos. De no haberse hecho los descubrimientos en la esfera de la Biología Molecular y la Genética no hubiese sido posible el desarrollo de los productos necesarios para el hombre.
El desarrollo científico-técnico alcanzado en la Biotecnología ha tenido su impacto en diferentes sectores I – ETAPAS EN EL DESARROLLO DE LA BIOTECNOLOGÍA De manera resumida, la historia de la Biotecnología puede dividirse en cuatro Etapas: Ancestral, Tradicional, Segunda Generación y Tercera Generación. Biotecnología Ancestral Corresponde a la era anterior a Pasteur y sus comienzos se confunden con los de la humanidad. En esta época, la Biotecnología se refiere a las prácticas empíricas de selección de plantas y animales y sus cruzas, y a la fermentación como un proceso para preservar y enriquecer el contenido proteínico de los alimentos. Este período se extiende hasta la segunda mitad del siglo XIX y se caracteriza como la aplicación artesanal de una experiencia. Biotecnología Tradicional o de Primera Generación Como antecedente está la Biotecnología Industrial, que es la más antigua de las ramas de la Biotecnología. Existió antes del desarrollo de la Microbiología, cuando las primitivas fábricas de cerveza de los egipcios y sumerios se convirtieron en las cerveceras y otras fábricas que se desarrollaron con la Revolución Industrial. Y precisamente el desarrollo de la Biotecnología Industrial puso al descubierto problemas que no se podían resolver con la aplicación de la experiencia acumulada. Este fue la causa por la cual el dueño de una cervecera, que no sabía por qué no estaba fermentando su cerveza, llamara a Pasteur para que lo ayudara. Y Pasteur descubrió que la levadura era un organismo vivo y que con él competían otros organismos que convertían la cebada en ácido láctico. De ahí surge la Microbiología Industrial. Y por eso se plantea que la Biotecnología Tradicional o Biotecnología de Primera Generación comienza con la identificación, por Pasteur, de los microorganismos como causa de la fermentación y el siguiente descubrimiento por parte de Büchner de la capacidad de las enzimas, extraídas de las levaduras, de convertir azúcares en alcohol. Estos desarrollos dieron un gran impulso a la aplicación de las técnicas de fermentación en la industria alimenticia y al desarrollo industrial de productos como las levaduras, los ácidos cítricos y lácticos y, finalmente, al desarrollo de una industria para la producción de acetona, butanol y glicerol, mediante el uso de bacterias. En el periodo anterior a Pasteur, la Biotecnología se limitaba a la aplicación de una experiencia práctica que se transmitía de generación en generación. Con Pasteur, el conocimiento
científico de las características de los microorganismos comienza a orientar su utilización práctica, pero las aplicaciones industriales se mantienen fundamentalmente como artesanales, con la excepción de unas pocas áreas en la industria química y farmacéutica (como la de los antibióticos), en las cuales se inicia la actividad de I y D en el seno de las corporaciones transnacionales. Hitos importantes en esta etapa son: 1. Descubrimientos de Pasteur aplicados a resolver problemas de la Biotecnología Industrial. 2. Desarrollo en Inglaterra, entre 1913 y 1914, del primer proceso industrial aséptico, para la producción de Acetona mediante la fermentación anaerobia de la bacteria Clostridium. Acetobutylinicum. 3. Desarrollo en Europa Central, en la década del 30, de la producción industrial de levadura comprimida, que fue el primer proceso aerobio a gran escala. Biotecnología de Segunda Generación (1930 – 1970) Se caracteriza por desarrollos en cierto sentido opuestos, ya que por un lado la expansión vertiginosa de la industria petroquímica tiende a desplazar los procesos biotecnológicos de la fermentación, pero por otro, el descubrimiento de la penicilina por Fleming en 1928, sentaría las bases para la producción en gran escala de antibióticos, a partir de la década de los años cuarenta. Un segundo desarrollo importante de esa época es el comienzo, en la década de los años treinta, de la aplicación de variedades híbridas en la zona maicera de los Estados Unidos (corn belt), con espectaculares incrementos en la producción por hectárea, iniciándose así el camino hacia la Revolución Verde que alcanzaría su apogeo 30 años más tarde. Un hito decisivo en esa Etapa fue el desarrollo de la producción industrial de la Penicilina mediante fermentación aerobia en cultivo sumergido. Los antecedentes parten del descubrimiento por Fleming en 1929 de la actividad antimicrobiana del hongo Penicllium, aunque no fue hasta finales de 1939 que se comienza a desarrollar un proceso para la producción de la Penicilina, en lo que trabajaron con fuerza por Chain, Florey y Heatley. Ya en 1940 obtuvieron un extracto y lograron hacer la primera prueba terapéutica con ratones. No obstante en un principio se producía sólo a escala de laboratorio, en pequeñas cantidades, no homogéneo y a muy elevado precio. El siguiente paso fue desarrollar un proceso industrial a gran escala que permitiera obtener un producto homogéneo, de alta calidad y a bajo costo. De esa forma el precio de la penicilina, de un valor incalculable en 1940, bajó a US$20 por dosis en julio de 1943 y más aún a $0,55 por dosis en 1946. El desarrollo de ese proceso industrial (1943-1944) sentó las bases de los fermentadores de cultivo sumergido actuales que se han seguido utilizando en las Biotecnologías de Segunda y Tercera Generación) El desarrollo del proceso industrial de la penicilina (1943-1944) sentó las bases de los fermentadores de cultivo sumergido actuales (Biotecnologías de Segunda y Tercera Generación). En este proceso se utilizaron por primera vez a gran escala, los fermentadores bioreactores tipo tanque agitado, los que se han convertido en el caballo de batalla de la industria biotecnológica. Por el trabajo realizado para el desarrollo de este proceso recibieron el Premio Nobel en 1945 A. Fleming, E. Chain y H. Florey. Sin embargo, como ha pasado muchas veces en la historia de los Premios Nobel, fue olvidado el bioquímico N.G. Heatley, encargado de la producción, de cómo cultivar la mayor cantidad posible de P. notatum para que produjera la mayor cantidad del principio activo y, finalmente, de separarlo del caldo de cultivo y purificarlo. Sin el trabajo de
Heatley no hubiera sido posible el desarrollo del proceso de producción industrial de la penicilina y sin embargo no obtuvo el premio Nóbel. Biotecnología Moderna o de Tercera Generación (De mediados del 70 a la fecha) Tiene como antecedente el descubrimiento de la doble estructura axial del ácido deoxiribonucleico (ADN) por Watson y Crick en 1953 (premio Nobel en 1962). Se inicia con los procesos que permiten la inmovilización de las enzimas, los primeros experimentos de Ingeniería Genética realizados por Stanley Cohen, Paul Berg y Herbert Boyer en 1973 y la aplicación en 1975 de la técnica del hibridoma para la producción de anticuerpos monoclonales, gracias a los trabajos del científico argentino César Milstein y el alemán Georges Kohler. Miltein y Boyer obtuvieron en 1984 el Premio Nobel compartido con el danés Niels Jerne. Un empresario norteamericano de 29 años, Robert A. Swanson, conoció de los trabajos de Boyer y Cohen, apreció las aplicaciones potenciales de la nueva tecnología para crear nuevos productos beneficiosos y convenció a Boyer de la posibilidad de desarrollar biotecnología y llevar al mercado productos útiles a partir de la tecnología del ADN recombinante. Juntos fundaron en 1976 la compañía Genentech, que en sus orígenes fue una compañía virtual y que llegó a ser la primera compañía biotecnológica en el campo de la Ingeniería Genética. y en 1978 lograron producir la insulina humana recombinante El 15 de octubre de 1980, la joven empresa, puso en oferta sus acciones en la Bolsa de Nueva York. En tan sólo 20 minutos, sus papeles treparon de los 35 dólares de apertura, a U$S 89. Las finanzas recibían a la primera compañía de biotecnología que ingresaba al mundo bursátil con un récord de velocidad de crecimiento jamás igualado en la historia de Wall Street. En 1982, Genentech con su socio comercial Eli Lilly & Co., lograron la aprobación de la Food & Drug Administration (FDA) para la comercialización del primer medicamento obtenido mediante Ingeniería Genética, la insulina humana comercializada como Humulin. Se había abierto un sendero por el cual transitarían en poco tiempo unas cuatrocientas firmas lideradas por empresarios de riesgo y científicos. En este aspecto es importante tener en cuenta que si bien se tiende a asociar los procesos de fermentación con la Primera y Segunda Generación en Biotecnología y a la Ingeniería Genética con la Tercera Generación, en realidad la Ingeniería Genética no es sino uno de los recientes y espectaculares desarrollos de la Biotecnología, que no sustituye ninguna técnica preexistente, sino que más bien enriquece y amplía las posibilidades de aplicación y los usos de las técnicas biotecnológicas tradicionales. Un aspecto fundamental de la Biotecnología Moderna es que es intensiva en el uso del conocimiento científico. En la Biotecnología de Primera y Segunda Generación la innovación biotecnológica surgió en el sector productivo; en cambio, los desarrollos de la Biotecnología Moderna se originan principalmente en los centros de investigación, generalmente localizados en el seno de las universidades. La literatura sobre la innovación tecnológica acostumbra distinguir entre aquellas innovaciones que surgen como respuesta a una situación de mercado, y a expectativas de beneficios económicos, de aquéllas que se originan en el área de I y D como resultado de un proceso continuo y acumulativo de desarrollo científico-tecnológico. Y ha sido frecuente, en los últimos tiempos, señalar el láser y la Biotecnología como ejemplos del segundo tipo de innovación; es decir, descubrimientos científicos a los que se arriba sin una aplicación específica predeterminada en mente, pero que luego encuentran una gama considerable de aplicaciones prácticas.
Sin embargo, parece más correcto en el desarrollo de la Biotecnología Moderna considerar como complementarios ambos factores: el inherente proceso científicotecnológico y aquél que corresponde a incentivos económicos. Así, en el caso de la Biotecnología, aun cuando ésta nace en el ámbito de la Investigación y Desarrollo, de las muchas aplicaciones posibles, las que se desarrollan primero son aquellas que ofrecen expectativas de importantes beneficios económicos en un plazo más o menos breve. La biotecnología puede ser clasificada en cinco amplias áreas:
La biotecnología animal: que ha experimentado un gran desarrollo en las últimas décadas. Las aplicaciones iniciales se dirigieron principalmente a sistemas diagnósticos, nuevas vacunas y drogas, fertilización de embriones in vitro, uso de hormonas de crecimiento, etc. Los animales transgénicos como el "ratón oncogénico" han sido muy útiles en trabajos de laboratorio para estudios de enfermedades humanas.
La biotecnología Industrial: las tecnologías de ADN ofrecen muchas posibilidades en el uso industrial de los microorganismos con aplicaciones que van desde producción de vacunas recombinantes y medicinas, tales como insulina, hormonas de crecimiento e interferón, como enzimas y producción de proteínas especiales.
La biotecnología ambiental: se refiere a la aplicación de los procesos biológicos modernos para la protección y restauración de la calidad del ambiente. Actualmente, la principal aplicación de la biotecnología ambiental es limpiar la polución. La limpieza del agua residual fue una de las primeras aplicaciones, seguida por la purificación del aire y gases de desecho mediante el uso de biofiltros. La biorremediación (uso de sistemas biológicos para la reducción de la polución del aire o de los sistemas acuáticos y terrestres) se está enfocando hacia el suelo y los residuos sólidos, tratamientos de aguas domésticas e industriales, aguas procesadas y de consumo humano, aire y gases de desecho, lo que está provocando que surjan muchas inquietudes e interrogantes debido al escaso conocimiento de las interacciones de los organismos entre sí, y con el suelo. Los sistemas biológicos utilizados son microorganismos y plantas.
Biotecnología vegetal: con las técnicas de la biotecnología moderna, es posible producir más rápidamente que antes, nuevas variedades de plantas con características mejoradas, produciendo en mayores cantidades, con tolerancia a condiciones adversas, resistencia a herbicidas específicos,
control de plagas, cultivo durante todo el año. Problemas de enfermedades y control de malezas ahora pueden ser tratados genéticamente en vez de con químicos.
Biotecnología Humana: Puesto que cada criatura es única, cada una posee una composición única de ADN. Cualquier individuo puede ser identificado por pequeñas diferencias en su secuencia de ADN, este pequeño fragmento puede ser utilizado para determinar relaciones familiares en litigios de paternidad, para confrontar donantes de órganos con receptores en programas de trasplante, unir sospechosos con la evidencia de ADN en la escena del crimen (biotecnología forense). El desarrollo de técnicas para el diagnóstico de enfermedades infecciosas o de desordenes genéticos es una de las aplicaciones de mayor impacto de la tecnología de ADN. Al utilizar las técnicas de secuenciación de ADN los científicos pueden diagnosticar infecciones víricas, bacterianas o mapear la localización específica de los genes a lo largo de la molécula de ADN en las células. BIOINGENIERIA HISTORIA DE LA BIOINGENIERIA
Para dar comienzo a esta pequeña pero importante construcción de ideas acerca del proceso evolutivo de la bioingeniería. Se realizaron varias consultas mediantes las cuales se comprendieron e identificaron varios elementos. A partir de estos se creo un concepto claro sobre este tema, el cual puede ser estudiado desde muchos puntos de vista. Como se puede esperar de la raza humana los más grandes inventos y creaciones de ciencias que trataran varios aspectos de la vida se han presentado mediante o durante alguno de los siguientes momentos: - Durante una gran guerra que destruyo muchas vidas e involucro una parte muy grande del mundo. - Aparece con fines destructivos o para proteger el país donde se ha generado esta nueva invención. Que posiblemente es un país que se puede encontrar involucrado en una guerra. - Después de una gran guerra, la cual dejo mucha destrucción a su paso; y los involucrados al ver las necesidades que tenían los sobrevivientes encontraron caminos alternativos para hacer que todo el daño realizado en estas guerras; fuese rápidamente olvidado por alguna invención que tuvieron y supieron aprovechar ese momento. Pero como todas las cosas siempre se presentan excepciones a todos estos eventos, ya que algunas invenciones y creaciones de nuevas ciencias; se dieron por la necesidad que tiene el ser humano para complementar y validar su existencia. A la vez que presta ayuda a las personas. Después de este breve aporte personal, se podría decir que entraremos a tratar el tema que nos concierne que es la bioingeniería. Antes de que empezaran la segunda guerra mundial, las personas que hacían parte del personal medico e investigativo en el campo de la biología, se valían de técnicas relativamente sencillas de la ingeniería que pudieran comprender mediante los
conceptos básicos que poseían de su campo de acción. Pero después de un tiempo fue en Gran Bretaña donde se empezaron a ver los primeros pasos que darían origen a esta ciencia. Todo empezó con un accidente en el cual los biólogos adquirieron unas bases solidas sobre conceptos fundamentales en el campo de la electrónica. Dando lugar a una nueva posibilidad de aplicar una solución más rápida y elaborada en el campo medico y biológico. Después de la guerra los biólogos tenían, y comprendían grandes conceptos sobre la electrónica los cuales aplicaban en grandes desarrollos para la humanidad; claro teniendo en cuenta que estos desarrollos se fundamentaban más que todo en el campo en el que ellos e encontraban; es decir en el campo de la biología. Pero esto no le quita meritos a la eléctrica que tubo sus propios avances y progreso rápidamente. Después de un tiempo los médicos y los biólogos se dieron cuenta que ganarían mucho tiempo si adquirían los conceptos de electrónica que más pudieran, además de acoplarse a los nuevos que fuesen llegando. Pero esto no solo lo hacían las personas sino que algunas instituciones también empezaron a acoplar estas nuevas invenciones, pero mientras esto pasaba con algunas instituciones otras empezaron a contratar personal que estuviera en la capacidad de manejar estos conceptos, y que estas personas se ocuparan de lleno en la manipulación y tratamiento de estos instrumentos. Para otras instituciones que rápidamente se dieron cuenta de que esto seria un gran avance en el desarrollo de la humanidad empezaron a contratar personas especializadas y graduadas en este campo claro con sus compañeros médicos y biólogos. Después de todos estos sucesos todavía no se conocían la carrera bioingeniería como tal e incluso no se le daba esta terminología todavía. La mayoría de ellos fueron científicos del campo de las ciencias biológicas, con frecuencia médicos, los cuales se dedicaban a la ingeniería como entretenimiento o tenían un especial talento para ello. En realidad lo que hoy se conoce como bioingeniería se llamaba al principio electrónica medica y la asociación internacional constituida por los que practicaban esta actividad se conoció como "International Federation of Medical Electronics" (Federación Internacional de Electrónica Médica). Hasta 1965 no fue adoptado el título actual, mucho más adecuado, de "The International Federation of Medical and Biological Engineering" (Federación Internacional de Ingeniería Médica y Biológica). Al realizar esta introducción se puede comprende mucho mejor lo que es la bioingeniería: - Es una ciencia que requiere conceptos tanto de medicina y biología como de electrónica. -
Tiene
muchos
campos
de
acción.
En conclusión la bioingeniería es la aplicación de las técnicas y las ideas de la ingeniería a la biología, y concretamente a la biología humana. Para hablar de esta ciencia se puede encontrar varias ramas de desarrollo que son:
- Biónica: Es la aplicación de los principios de los sistemas biológicos a modelos ingenieriles con el fin de crear dispositivos específicos. - Biología Aplicada: Es la utilización de los procesos biológicos extendidos a escala industrial para dar lugar a la creación de nuevos productos. - Ingeniería Biomédica: Es la aplicación de la ingeniería sobre la medicina en estudios con base en el cuerpo humano y en la relación hombre-máquina, para proveer la restitución o sustitución de funciones y estructuras dañadas y para proyectar y luego construir instrumentos con fines terapéuticos y de diagnóstico. - Ingeniería Ambiental: Es el uso de la ingeniería para crear y controlar ambientes óptimos para la vida y el trabajo. Como se ha podido ver, esta ciencia ha tenido grandes cambios como todo lo que se utiliza actualmente desde sus comienzos donde solos los que tenían conocimientos acerca de de la medicina, biología o la electrónica era el que podía hacer cualquier tipo de investigación referente a este tema. Actualmente existe una carrera en la cual las personas estudian uniendo conceptos de biología y medicina con conceptos de eléctrica para desarrollar sus propios elementos de desarrollo para esta ciencia. Ya que existen diversos campos en los cuales se puede ejercer y además estos campos son de vital importancia para que la humanidad tenga una vida más sana.
