When and Where?

"Techniques, Technologies and Applications"

Según ha progresado la historia de la biotecnología, se ha implementado, inventado y mejorado  el uso de distintas técnicas para el beneficio de poder obtener un mejor organismo.  La primera pregunta que se debe hacer es, ¿cuándo y dónde ocurrieron estos eventos? El comienzo de procesos biotecnológicos se puede trazar desde antes del año 1800, donde se implementan técnicas como la fermentación, antibióticos y domesticación de animales. Desde este punto en la historia hasta el siglo XXI, se ha visto la invención de numerosas técnicas innovadoras y hallazgos científicos que han aportado significativamente al avance de las ciencias en su totalidad. Algunos de estos eventos importantes incluyen la invención de PCR, plásmidos, ADN, clonación, organismos genéticamente modificado, enzimas de restricción entre otros.

Durante gran parte de la historia se ha encontrado evidencia que sustenta la práctica de la fermentación alcohólica, un proceso en el cual se utilizan ciertas levaduras y bacterias que transforma las azúcares de un sustrato en dióxido de carbono y alcohol etílico. Generalmente se utiliza el fruto de la vid como sustrato, ya que tiene grandes cantidades de ácido tartárico el cual promueve el desarrollo de las levaduras. Los primeros hallazgos fueron encontrados en las regiones de Georgia, Turquía e Irán hace más de 5000 a.C. Ya para el 1150, un médico catalán llamado Arnau de Villanova define con detalles el proceso de destilación. Luego, a finales del 1800, surge interés sobre la fermentación alcohólica y se logran dos grandes descubrimientos. Por un lado Pasteur descubrió que la fermentación alcohólica era anaeróbica y por el otro Buchner que la zimasa era la responsable de la fermentación alcohólica. Las técnicas biotecnológicas usadas hasta ese instante eran limitadas y bastante tradicionales. En el presente, se hace uso de diversos procedimientos que optimizan la producción de alcohol. Uno de estos procesos es la fermentación alcohólica continua la cual presenta mejoras hasta en un 300%, reduce la necesidad de sustrato y aumenta la cantidad de etanol. También se han enfocado en la utilización selectiva de ciertas levaduras que promueven a un mejor rendimiento de la fermentación como puede ser la Zymomonas Mobilis que ofrece ventajas en los procesos continuos de fermentación. En adicción, el uso de biorreactores ha significado una gran ventaja en la fermentación alcohólica, en estos se agrega el sustrato y ciertos metabolitos para llevar a cabo una fermentación mucho más concentrada y que a su vez se purifica al canalizar los residuos de CO2. En resumen, las técnicas biotecnológicas son capaces de tomar un proceso milenario y optimizarlo para hacerlo más costo efectivo y rápido, y a su vez aumentando la calidad del producto.

        La biotecnología usualmente se ha enfocado en facilitar ciertos aspectos médicos como la elaboración de medicamentos, vacunas o simplificación de procesos. Uno de los aspectos en los que la biotecnología se enfocó fue la elaboración de la insulina para el tratamiento de la diabetes. Para el 1920, dos científicos, Frederick Banting y Charles Best aislaron la insulina

de cerdo y ya para el 1923 la compañía Lilly la comercializaba bajo el nombre de Iletin. Pero esta práctica confronto ciertas complicaciones, usar la insulina de cerdos y bovinos resultaba ser muy costoso y cumplir con la demanda de 50 páncreas de cerdo para tratar a un solo paciente por un año dificulta grandemente la distribución de la insulina. En adición, algunos pacientes eran alérgicos a la insulina de cerdo, la insulina consta de 51 aminoácidos y la de cerdo difiere de la humana en un aminoácido. Para este problema en 1980 la compañía Hoechst, aplicando un proceso químico llamado transpeptidización, consiguió sustituir el aminoácido diferente en la insulina porcina, una alanina, por el aminoácido de la secuencia humana, una treonina. Las técnicas biotecnológicas no sólo se concentraron en la síntesis sino también de qué modo se quiere que funcione la insulina. Por ejemplo, si se quiere que el efecto de la insulina sea inmediato, durante un choque hiperglucémico o persistente durante todo el día. Esto llevó a que en 1996 se desarrollara Humalog, una versión de la insulina que al cambiar de posición dos aminoácidos conseguía aumentar la velocidad del efecto y por otra parte, alargando una de las cadenas con dos aminoácidos y sustituyendo una glicina por una arginina se produjo la glargina, comercializada bajo la marca Lantus, esta versión tenía la particularidad de ser poco soluble, lo que provocaba que su efecto se alargara a lo largo del día y no de forma inmediata. Concluyendo, las técnicas utilizadas durante el proceso para tener la insulina como la conocemos actualmente han sido en gran parte gracias a la biotecnología, resolviendo diversidad de complicaciones y haciendo la insulina accesible a un número más grande de pacientes.

A finales de la década de los 50, se sintetizó por primera vez la cortisona. Fue el Dr. Lewis H. Sarett quien sintetizó los primeros 18 miligramos de esta hormona. Lo realizó  utilizando la técnica de biotransformación. Esta técnica es un proceso que transforma compuestos orgánicos de una forma a otra, ayudado por organismos como bacterias, hongos y enzimas. La cortisona la derivó de ácido desoxicólico (ácido biliar) obtenido de vacas. Fue un proceso largo y tedioso; le tomó cerca de 40 pasos en producir solo 18 miligramos de cortisona. Más tarde, Percy Julian desarrolló un proceso de síntesis de cortisona más barato, rápido y más accesible a los pacientes.  En el proceso de sintetizar cortisona a partir de la haba de soya (“soybean”), Julian descubrió un esteroide cuya estructura era muy parecida a la de cortisona. La única diferencia entre este esteroide, el Compuesto S, y la cortisona es un átomo de oxígeno en la posición 11 de un anillo de carbón. El Compuesto S es más fácil de producir que la cortisona, así que Julian pensó que si producía muchas moléculas del Compuesto S, solo tenía que descubrir una técnica de cómo añadirle ese átomo de oxígeno a la estructura. Solamente pudo producir grandes cantidades del Compuesto S. En el 1952, unos científicos de Upjohn descubrieron un hongo que le añadía un átomo de oxígeno al Compuesto S en la posición 11 mediante un proceso de fermentación.

Una de las controversias científicas más grandes que tuvo auge para finales de los 1980 fue la posibilidad de poder traer a la vida organismos ya antes extintos. Esto fue gracias a la exitosa novela de Michael Crichton, “Jurassic Park”. El gran éxito de esta novela fue gracias a la integración de técnicas como clonación, secuenciación y PCR a la ciencia ficción. Según Rebecca Tirabassi: “a partir de la década de 1970, con el descubrimiento de enzimas de restricción , enzimas que cortan moléculas de ADN de forma selectiva y específica, la tecnología de ADN recombinante ha crecido exponencial en aplicaciones para la manipulación de ADN” (“Biolabs, N. E.,”n.d.). Seguido por el descubrimiento de estas enzimas para los años 1976- 1977 se procede a lo que se conoce como clonación molecular, que se “refiere al aislamiento de una secuencia de ADN de cualquier especie (a menudo un gen) y su inserción en un vector para la propagación, sin alteración de la secuencia de ADN original”(Tirabassi n.d.). Debido a esto se puede clonar genes en específico de un cierto organismo que se pueden usar para estudiar enfermedades y encontrar beneficios para las mismas, como es el caso de la anemia. De esta manera, impulsando la necesidad para técnicas que amplifican la razón de genes clonados, aumentando la eficiencia de clonación molecular y otras técnicas.   

Para finales de 1970 se introdujo lo que se conoce como secuenciación de ADN.  Esta técnica consiste en  la capacidad de determinar la secuencia de un segmento de ADN que ha su vez aumenta la fiabilidad y la versatilidad de la clonación molecular. Una vez clonados, “se podía secuenciar clones para identificar si la molécula recombinante era la correcta, identificar, mutaciones en genes y diseñar fácilmente oligonucleótidos basados ​​en la secuencia conocida para experimentos adicionales”(Tirabassi n.d.). Durante los años se vio problemas en obtener lo suficiente ADN para ser utilizado en clonación molecular, dando paso a la creación de uno de los eventos más innovadores de la biotecnología moderna, que es PCR. PCR (polymerase chain reaction) es una técnica desarrollada en Cetus por Kary Mullis y un grupo de científicos, que amplifica grandes porciones de pequeños segmentos de ADN en bien corto tiempo. De esta manera, facilitando la producción de material genético que para esta época era muy difícil obtener.

La biotecnología es reconocida por alterar organismos a través de métodos a niveles genéticos para obtener los resultados que deseen. Un organismo genéticamente modificado es un organismo que ha sido alterado mediante estrategias de la ingeniería genética. Los primeros en lograr alterar genéticamente un organismo fueron Herbert Boyer y Stanley Cohen en 1973 cuando lograron transferir ADN de una bacteria a otra; mientras que Rudolf Jaenisch logró alterar genéticamente un ratón para finales de ese mismo año. Además para el 1983 se logró obtener la primera planta transgénica, la cual fue de tabaco, desarrollada por Richard B. Flavell, Michael Beaven, entre otros.

Por otra parte, para el 2015, la biotecnología nos dio un vistazo de cómo evolucionara el campo de la medicina. Esto es así ya que se comenzó a ver el xenotrasplante como una posibilidad. El xenotrasplante no es otra cosa que el trasplante de órganos de una especie a otra. El lograr esto ayudaría a acabar con un problema mundial, que es la falta de donantes de órganos y ayudaría a cientos de miles de personas, que cada día se ponen peor esperando filas extensas por órganos que puede ser que nunca lleguen. Se están observando los cerdos para este tipo de trasplante con los humanos, ya que los mismos son muy parecidos a los humanos del punto de vista anatómico y fisiológico. Para el 2015 un grupo de genetistas de Harvard publicaron un artículo donde explican que se podría utilizar la herramienta CRISPR/Cas9 para modificar algunos genes del órgano, para que así este no fuera rechazado por el cuerpo humano. Esta aplicación no ha sido perfeccionada, ya que todavía los órganos pueden presentar otros tipos de riesgos como traer enfermedades, lo cual no lo haría una opción viable, pero ya se lanzó un proyecto llamado eGenesis, el cual se enfocará en perfeccionar esta técnica de la biotecnología. La misma, si es lograda, podría revolucionar el campo de la medicina, a la misma vez que puede traer paz a cientos de miles de personas y a sus seres queridos.

Gracias a esos descubrimientos se sentó la base para lograr alterar genéticamente otras especies de animales, bacterias y en este caso plantas. En el 1996 la compañía de Biotecnología, Monsanto, fueron los primeros en crear maíz transgénico. Uno de los métodos utilizados para alterar genéticamente el maíz es la técnica en la cual se utiliza el plásmido de la bacteria Agrobacterium tumefaciens para insertar a la planta el gen deseado. Sin embargo una de las técnicas más utilizadas para crear plantas transgénicas, en este caso el maíz, es el procedimiento de Biobalística Biolística. Este método consiste en la introducción de los genes de interés dentro de las células de la planta utilizando un cañón de ADN para lograr alterar el ADN de las células del organismo.

Referencias

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¿Como se modifica genéticamente una planta? Argenbio 2007, Retrieved November17, 2017.  www.argenbio.org