Objetivos: Después de terminar estudiar el material los estudiantes podrán:
2) enumerar y clasificar diferentes usos que se le da a los microorganismos.
3) diferenciar entre ciertos conceptos tales como biotecnología, bioingeniería e ingeniería bioquímica.
Teoría:
¿Qué pretendemos estudiar en el curso?
El campo de la biotecnología, en su más amplia definición, incluye toda aquella actividad que se desprenda del uso combinado de los conocimientos de la biología aplicada y la ingeniería. Podemos incluir aquí un sin número de actividades de naturaleza agrícola, industrial, ambiental y médica, además del manejo genético de especies. Esta definición es tan amplia, que aún la construcción de armas biológicas o el manejo genético para el "mejoramiento" de la raza humana podría caer en ella. Por la naturaleza de este campo, algunas de las actividades asociadas al mismo tienen implicaciones de carácter ético y legal que aún están por resolverse. En este curso nos limitaremos a presentar un área de la biotecnología que es ampliamente utilizada y conocida y aún así, tiene un vasto potencial de desarrollo. Se trata del uso de microorganismos para fines agrícolas, industriales y ambientales. Pretendemos dar una introducción al tema, tratando aspectos tan diversos como la historia, la bioquímica, la microbiología y la ingeniería. Se espera que el estudiante pueda desarrollar una visión amplia del tema y un vocabulario que le permita posteriormente profundizar en las diversas áreas que comprenden el uso de microorganismos para fines benéficos. Estudiaremos además, en términos prácticos y específicos, ciertos procesos relacionados a la industria farmacéutica, de alimentos y de bebidas alcohólicas al igual que a la agricultura, el tratamiento de desperdicios industriales y la bioremediación.
Conceptos y Definiciones Importantes
Existe una serie de vocablos asociados a la biotecnología cuyo significado es a veces confuso para muchas personas. Algunos (como "fermentación") son vocablos cuyo significado se ha ido transformando a través del tiempo. Otros, por ser palabras de reciente invención y no estar ampliamente divulgados, se utilizan como si fueran sinónimos aunque ciertamente existen diferencias (a veces sutiles) entre estos conceptos. Trataremos aquí de definirlos de la forma más simple posible, utilizando información que se encuentra en algunos libros de reciente publicación relacionados al tema.
Biotecnología - (definición amplia) la aplicación de los conocimientos relacionados a la biología, la ingeniería y otras áreas técnicas con el fin específico. (definición genética) Uso o desarrollo de métodos de manipulación genética para alcanzar una meta social deseable.
Microbiología - Ciencia que estudia aquellos organismos vivos que no podemos ver a simple vista.
Microbiología Industrial - Aplicación del conocimiento de la microbiología en las actividades industriales tales como fermentaciones, esterilidad de productos, tecnología de alimentos, etc.
Bioingeniería - Rama de la ingeniería que hace uso de los conocimientos de otras ramas de la ingeniería (tales como ingeniería eléctrica, mecánica, industrial y química) para desarrollar trabajos relacionados con la biotecnología. Esto incluye trabajos relacionados a la agricultura y la medicina.
Ingeniería Bioquímica- Es una rama de la ingeniería que hace uso específico de los concomimientos de la ingeniería química aplicados a procesos químicos donde los microorganismos o sus enzimas se tratan como agentes catalíticos.
El Uso de los Microorganismos
Cuando pensamos en bacterias, lo primero que nos viene a la mente son las enfermedades que algunas de estas causan. Asociamos siempre el mal olor en una bolsa de basura con un alimento en estado de descomposición causado por el efecto de bacterias u hongos. Pero como hemos visto, no todo es negativo en la interacción entre microorganismos y los seres humanos. Muchos productos que son utilizados por los seres humanos se fabrican mediante el uso de microorganismos. La lista de bienes que se producen utilizando microorganismos incluye:
Alimentos y vitaminas - Ejemplos de alimentos: pan, queso, yogurt, repollo agridulce (sauerkraut), aceitunas, pepinillos dulces (pickels), vinagre, chocolate, vainilla y salsa soya. Ejemplos de vitaminas: B12 y B2.
Bebidas alcohólicas - Ejemplos: cerveza, vino, ron, brandy, vodka, whiskey y ginebra.
Medicinas y productos farmacéuticos - Ejemplos: antibióticos, insulina y la hormona del crecimiento humano.
Productos químicos y combustibles - Ejemplos: bióxido de carbono (usado para fabricar hielo seco y bebidas carbonatadas), etanol, glicerol, bio-diesel y metano.
Producción de Enzimas - Ejemplos: amilasa, invertasa, celulasa, proteasa y pectinasa.
Producción de Biomasa - Ejemplos: levadura y extracto de levadura.
Otros usos que se le dan a los microorganismos incluyen:
El tratamiento de desperdicios industriales, agrícolas y municipales - muchos desperdicios industriales, al igual que los agrícolas y los municipales, tienen una carga alta de BOD y COD que puede ser perjudicial para la vida en ríos, lagos y océanos. Además hay compuestos químicos peligrosos en algunos de estos desechos. El uso de microorganismos ayuda a reducir considerablemente el BOD y COD y algunos de estos pueden degradar compuestos químicos peligrosos a compuestos cuyo efecto sea menor en el ambiente.
La bioremediación ambiental - Se han desarrollado procesos con bacterias para degradar contaminantes en el terreno como lo son gasolina, petróleo, PVC y metales.
La biofiltración del aire - utilizando "biofiltros", se pueden eliminar ciertos compuestos tóxicos o que generan olores objetables en el aire. A diferencia de otro tipo de filtros, los biofiltros no solo atrapan los compuestos que se desean separar del aire, sino que los degradan.
Aplicaciones agrícolas - Los microorganismos se utilizan para la degradación de composta, la fermentación de ensilajes y la producción de ciertos compuestos que ayudan al control de plagas.
y B. licheniformis