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Biotechnology

A biologist conducting research in a biotechnology laboratory Biotechnology is a multidisciplinary field that involves the integration of natural sciences and engineering scienc...

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A biologist conducting research in a biotechnology laboratory

Biotechnology is a multidisciplinary field that involves the integration of natural sciences and engineering sciences to achieve the application of organisms and parts thereof for products and services.[1]

The term biotechnology was first used by Károly Ereky in 1919[2] to refer to the production of products from raw materials with the aid of living organisms. The core principle of biotechnology involves harnessing biological systems and organisms, such as bacteria, yeast, and plants, to perform specific tasks or produce valuable substances.

Biotechnology has had a significant impact on many areas of society, from medicine to agriculture to environmental science. One of the key techniques used in biotechnology is genetic engineering, which allows scientists to modify the genetic makeup of organisms to achieve desired outcomes. This can involve inserting genes from one organism into another, and consequently, creating new traits or modifying existing ones.[3]

Other important techniques used in biotechnology include tissue culture, which allows researchers to grow cells and tissues in the lab for research and medical purposes, and fermentation, which is used to produce a wide range of products such as beer, wine, and cheese.

The applications of biotechnology are diverse and have led to the development of products like drugs, biofuels, genetically modified crops, and innovative materials.[4] It has also been used to address environmental challenges, such as developing biodegradable plastics and using microorganisms to clean up contaminated sites.

Biotechnology is a rapidly evolving field with significant potential to address pressing global challenges and improve the quality of life for people around the world; however, despite its numerous benefits, it also poses ethical and societal challenges, such as questions around genetic modification and intellectual property rights. As a result, there is ongoing debate and regulation surrounding the use and application of biotechnology in various industries and fields.[5]

La biotecnología abarca una amplia gama de procedimientos para modificar organismos vivos con fines humanos, desde la domesticación de animales y el cultivo de plantas hasta las "mejoras" de estos mediante programas de reproducción que emplean selección artificial e hibridación . Su uso moderno también incluye la ingeniería genética, así como las tecnologías de cultivo de células y tejidos . La Sociedad Química Estadounidense define la biotecnología como la aplicación de organismos, sistemas o procesos biológicos por diversas industrias para el estudio de la ciencia de la vida y la mejora del valor de materiales y organismos, como productos farmacéuticos, cultivos y ganado . [ 6 ] Según la Federación Europea de Biotecnología , la biotecnología es la integración de las ciencias naturales y los organismos, células, partes de los mismos y análogos moleculares para productos y servicios. [ 7 ] La biotecnología se basa en las ciencias biológicas básicas (por ejemplo, biología molecular , bioquímica , biología celular , embriología , genética , microbiología ) y, a su vez, proporciona métodos para apoyar y realizar investigación básica en biología. [ 8 ]

Representación visual de los principios de la ingeniería de tejidos, que demuestra la creación de tejidos funcionales mediante una combinación de conceptos de ingeniería y biología.
Principios de la ingeniería de tejidos

La biotecnología es la investigación y el desarrollo en el laboratorio que utiliza la bioinformática para la exploración, extracción, explotación y producción a partir de cualquier organismo vivo y cualquier fuente de biomasa mediante ingeniería bioquímica, donde se pueden planificar (reproducir por biosíntesis , por ejemplo), pronosticar, formular, desarrollar, fabricar y comercializar productos de alto valor añadido con el fin de lograr operaciones sostenibles (para el retorno de la enorme inversión inicial en I+D) y obtener derechos de patente duraderos (para derechos exclusivos de venta, y antes de esto para obtener la aprobación nacional e internacional de los resultados de experimentos con animales y humanos, especialmente en la rama farmacéutica de la biotecnología para prevenir cualquier efecto secundario no detectado o problemas de seguridad al usar los productos). [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] La utilización de procesos, organismos o sistemas biológicos para producir productos que se prevé que mejoren la vida humana se denomina biotecnología. [ 12 ]

Por el contrario, la bioingeniería se considera generalmente un campo relacionado que enfatiza más los enfoques de sistemas superiores (no necesariamente la alteración o el uso directo de materiales biológicos ) para interactuar con los seres vivos y utilizarlos. La bioingeniería es la aplicación de los principios de la ingeniería y las ciencias naturales a los tejidos, las células y las moléculas. Esto puede considerarse como el uso del conocimiento derivado del trabajo con la biología y su manipulación para lograr un resultado que pueda mejorar las funciones en plantas y animales. [ 13 ] De manera similar, la ingeniería biomédica es un campo superpuesto que a menudo se basa en la biotecnología y la aplica (según diversas definiciones), especialmente en ciertos subcampos de la ingeniería biomédica o química, como la ingeniería de tejidos , la ingeniería biofarmacéutica y la ingeniería genética .

Historia

La elaboración de cerveza fue una de las primeras aplicaciones de la biotecnología.

Muchas formas de agricultura de origen humano se ajustan a la definición amplia de "utilización de un sistema biotecnológico para elaborar productos". El cultivo de plantas puede considerarse la primera empresa biotecnológica. [ 2 ]

Se ha teorizado que la agricultura se convirtió en la forma dominante de producir alimentos desde la Revolución Neolítica . Mediante la biotecnología temprana, los primeros agricultores seleccionaron y cultivaron los cultivos más adecuados (por ejemplo, aquellos con los mayores rendimientos) para producir suficiente alimento para sustentar a una población creciente. A medida que los cultivos y los campos se volvieron cada vez más grandes y difíciles de mantener, se descubrió que organismos específicos y sus subproductos podían fertilizar eficazmente , restaurar el nitrógeno y controlar las plagas . A lo largo de la historia de la agricultura , los agricultores han alterado inadvertidamente la genética de sus cultivos al introducirlos en nuevos entornos y cruzarlos con otras plantas, una de las primeras formas de biotecnología. [ 14 ]

Estos procesos también se incluyeron en la fermentación temprana de la cerveza . [ 15 ] Estos procesos se introdujeron en la antigua Mesopotamia , Egipto , China e India , y todavía utilizan los mismos métodos biológicos básicos. En la elaboración de cerveza , los granos malteados (que contienen enzimas ) convierten el almidón de los granos en azúcar y luego se agregan levaduras específicas para producir cerveza. En este proceso, los carbohidratos de los granos se descomponen en alcoholes, como el etanol. Más tarde, otras culturas desarrollaron el proceso de fermentación láctica , que produjo otros alimentos en conserva, como la salsa de soja . La fermentación también se utilizó en este período para producir pan leudado . Aunque el proceso de fermentación no se comprendió completamente hasta el trabajo de Louis Pasteur en 1857, sigue siendo el primer uso de la biotecnología para convertir una fuente de alimento en otra forma. [ 16 ] [ 17 ]

Antes de la época de Charles Darwin , los científicos especializados en animales y plantas ya utilizaban la selección artificial. Darwin amplió este campo con sus observaciones científicas sobre la capacidad de la ciencia para modificar las especies. Estos hallazgos contribuyeron a la teoría de la selección natural de Darwin. [ 18 ]

Durante miles de años, los humanos han utilizado la cría selectiva para mejorar la producción de cultivos y ganado con el fin de obtener alimento. En la cría selectiva, se cruzan organismos con características deseables para producir descendencia con las mismas características. Por ejemplo, esta técnica se utilizó con el maíz para producir cosechas más grandes y dulces. [ 19 ]

A principios del siglo XX, los científicos adquirieron un mayor conocimiento de la microbiología y exploraron métodos para fabricar productos específicos. En 1917, Chaim Weizmann utilizó por primera vez un cultivo microbiológico puro en un proceso industrial, la fabricación de almidón de maíz con Clostridium acetobutylicum , para producir acetona , que el Reino Unido necesitaba desesperadamente para fabricar explosivos durante la Primera Guerra Mundial . [ 20 ]

La biotecnología también ha propiciado el desarrollo de antibióticos. En 1928, Alexander Fleming descubrió el moho Penicillium . Su trabajo condujo a la purificación del antibiótico producido por este moho por Howard Florey , Ernst Boris Chain y Norman Heatley , dando lugar a lo que hoy conocemos como penicilina . En 1940, la penicilina estuvo disponible para uso medicinal en el tratamiento de infecciones bacterianas en humanos. [ 19 ]

Generalmente se considera que el campo de la biotecnología moderna nació en 1971, cuando los experimentos de Paul Berg (Stanford) sobre el empalme de genes tuvieron un éxito inicial. Herbert W. Boyer (Universidad de California en San Francisco) y Stanley N. Cohen (Stanford) impulsaron significativamente la nueva tecnología en 1972 al transferir material genético a una bacteria, de manera que el material importado se reprodujera. La viabilidad comercial de una industria biotecnológica se expandió significativamente el 16 de junio de 1980, cuando la Corte Suprema de los Estados Unidos dictaminó que un microorganismo genéticamente modificado podía patentarse en el caso Diamond v. Chakrabarty . [ 21 ] Ananda Chakrabarty , de origen indio y empleado de General Electric , había modificado una bacteria (del género Pseudomonas ) capaz de degradar petróleo crudo, la cual propuso utilizar para tratar derrames de petróleo. (El trabajo de Chakrabarty no implicó manipulación genética, sino la transferencia de orgánulos completos entre cepas de la bacteria Pseudomonas ). [ 22 ]

El MOSFET fue inventado en Bell Labs entre 1955 y 1960, [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] Dos años más tarde, Leland C. Clark y Champ Lyons inventaron el primer biosensor en 1962. [ 29 ] [ 30 ] Posteriormente se desarrollaron MOSFET biosensores , y desde entonces se han utilizado ampliamente para medir parámetros físicos , químicos , biológicos y ambientales . [ 31 ] El primer BioFET fue el transistor de efecto de campo sensible a iones (ISFET), inventado por Piet Bergveld en 1970. [ 32 ] [ 33 ] Es un tipo especial de MOSFET, [ 31 ] donde la puerta metálica es reemplazada por una membrana sensible a iones , una solución electrolítica y un electrodo de referencia . [ 34 ] El ISFET se utiliza ampliamente en aplicaciones biomédicas , como la detección de hibridación de ADN , la detección de biomarcadores en sangre , la detección de anticuerpos , la medición de glucosa , la detección de pH y la tecnología genética . [ 34 ]

A mediados de la década de 1980, se habían desarrollado otros BioFET, incluyendo el FET sensor de gas (GASFET), el FET sensor de presión (PRESSFET), el transistor de efecto de campo químico (ChemFET), el ISFET de referencia (REFET), el FET modificado enzimáticamente (ENFET) y el FET modificado inmunológicamente (IMFET). [ 31 ] A principios de la década de 2000, se habían desarrollado BioFET como el transistor de efecto de campo de ADN (DNAFET), el FET modificado genéticamente (GenFET) y el BioFET de potencial celular (CPFET). [ 34 ]

Un factor que influye en el éxito del sector biotecnológico es la mejora de la legislación —y su aplicación— en materia de derechos de propiedad intelectual a nivel mundial, así como el aumento de la demanda de productos médicos y farmacéuticos. [ 35 ]

Rising demand for biofuels is expected to be good news for the biotechnology sector, with the Department of Energy estimating ethanol usage could reduce U.S. petroleum-derived fuel consumption by up to 30% by 2030. The biotechnology sector has allowed the U.S. farming industry to rapidly increase its supply of corn and soybeans—the main inputs into biofuels—by developing genetically modified seeds that resist pests and drought. By increasing farm productivity, biotechnology boosts biofuel production.[36]

Examples

Biotechnology has applications in four major industrial areas, including health care (medical), crop production and agriculture, non-food (industrial) uses of crops and other products (e.g., biodegradable plastics, vegetable oil, biofuels), and environmental uses.[37]

For example, one application of biotechnology is the directed use of microorganisms for the manufacture of organic products (examples include beer and milk products). Another example is using naturally present bacteria by the mining industry in bioleaching.[38][39] Biotechnology is also used to recycle, treat waste, clean up sites contaminated by industrial activities (bioremediation), and also to produce biological weapons.

A series of derived terms have been coined to identify several branches of biotechnology, for example:

  • Bioinformatics (or "gold biotechnology") is an interdisciplinary field that addresses biological problems using computational techniques, and makes the rapid organization as well as analysis of biological data possible. The field may also be referred to as computational biology, and can be defined as, "conceptualizing biology in terms of molecules and then applying informatics techniques to understand and organize the information associated with these molecules, on a large scale".[40] Bioinformatics plays a key role in various areas, such as functional genomics, structural genomics, and proteomics, and forms a key component in the biotechnology and pharmaceutical sector.[41]
  • La biotecnología azul se basa en la explotación de los recursos marinos para crear productos y aplicaciones industriales. [ 42 ] Esta rama de la biotecnología es la más utilizada en las industrias de refinación y combustión, principalmente en la producción de bioaceites con microalgas fotosintéticas. [ 42 ] [ 43 ]
  • La biotecnología verde es la biotecnología aplicada a los procesos agrícolas. Un ejemplo sería la selección y domesticación de plantas mediante micropropagación . Otro ejemplo es el diseño de plantas transgénicas para crecer en entornos específicos en presencia (o ausencia) de productos químicos. Se espera que la biotecnología verde pueda producir soluciones más respetuosas con el medio ambiente que la agricultura industrial tradicional . Un ejemplo de esto es la ingeniería de una planta para expresar un pesticida , eliminando así la necesidad de la aplicación externa de pesticidas. Un ejemplo de esto sería el maíz Bt . Si los productos de biotecnología verde como este son en última instancia más respetuosos con el medio ambiente es un tema de considerable debate. [ 42 ] Se considera comúnmente como la siguiente fase de la revolución verde, que puede verse como una plataforma para erradicar el hambre en el mundo mediante el uso de tecnologías que permiten la producción de plantas más fértiles y resistentes al estrés biótico y abiótico , y asegura la aplicación de fertilizantes respetuosos con el medio ambiente y el uso de biopesticidas, se centra principalmente en el desarrollo de la agricultura. [ 42 ] Por otro lado, algunos de los usos de la biotecnología verde involucran microorganismos para limpiar y reducir los residuos. [ 44 ] [ 42 ]
  • La biotecnología roja es el uso de la biotecnología en las industrias médica y farmacéutica , y la preservación de la salud. [ 42 ] Esta rama abarca la producción de vacunas y antibióticos , terapias regenerativas, la creación de órganos artificiales y nuevos diagnósticos de enfermedades. [ 42 ] Así como el desarrollo de hormonas , células madre , anticuerpos , siRNA y pruebas diagnósticas . [ 42 ]
  • La biotecnología blanca, también conocida como biotecnología industrial, es la biotecnología aplicada a procesos industriales . Un ejemplo es el diseño de un organismo para producir un compuesto químico útil. Otro ejemplo es el uso de enzimas como catalizadores industriales para producir compuestos químicos valiosos o destruir compuestos químicos peligrosos o contaminantes. La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales. [ 45 ] [ 46 ]
  • La biotecnología amarilla se refiere al uso de la biotecnología en la producción de alimentos ( industria alimentaria ), por ejemplo, en la elaboración de vino ( vinificación ), queso ( elaboración de queso ) y cerveza ( elaboración de cerveza ) mediante fermentación . [ 42 ] También se ha utilizado para referirse a la biotecnología aplicada a los insectos. Esto incluye enfoques basados ​​en la biotecnología para el control de insectos dañinos, la caracterización y utilización de ingredientes activos o genes de insectos para la investigación, o su aplicación en la agricultura y la medicina, y otros enfoques diversos. [ 47 ]
  • La biotecnología gris se dedica a aplicaciones ambientales y se centra en el mantenimiento de la biodiversidad y la eliminación de contaminantes. [ 42 ]
  • La biotecnología marrón está relacionada con la gestión de tierras áridas y desiertos . Una aplicación es la creación de semillas mejoradas que resisten las condiciones ambientales extremas de las regiones áridas, lo cual está relacionado con la innovación, la creación de técnicas agrícolas y la gestión de recursos. [ 42 ]
  • La biotecnología violeta está relacionada con cuestiones legales, éticas y filosóficas en torno a la biotecnología. [ 42 ]
  • Se ha propuesto la biotecnología microbiana para el área emergente de aplicaciones biotecnológicas en el espacio y la microgravedad (bioeconomía espacial) [ 48 ].
  • La biotecnología oscura es el color asociado con el bioterrorismo o las armas biológicas y la guerra biológica que utiliza microorganismos y toxinas para causar enfermedades y muerte en humanos, ganado y cultivos. [ 49 ] [ 42 ]

Medicamento

En medicina, la biotecnología moderna tiene numerosas aplicaciones en áreas como el descubrimiento y la producción de fármacos , la farmacogenómica y las pruebas genéticas (o cribado genético ). En 2021, casi el 40 % del valor total de las empresas de biotecnología farmacéutica a nivel mundial se concentraba en la oncología , siendo la neurología y las enfermedades raras las otras dos áreas de aplicación principales. [ 50 ]

Algunos chips de microarrays de ADN pueden realizar hasta un millón de análisis de sangre a la vez.

La farmacogenómica (una combinación de farmacología y genómica ) es la tecnología que analiza cómo la constitución genética afecta la respuesta de un individuo a los fármacos. [ 51 ] Los investigadores en este campo estudian la influencia de la variación genética en las respuestas a los fármacos en los pacientes, correlacionando la expresión génica o los polimorfismos de un solo nucleótido con la eficacia o toxicidad de un fármaco . [ 52 ] El objetivo de la farmacogenómica es desarrollar medios racionales para optimizar la terapia farmacológica, en función del genotipo del paciente , para garantizar la máxima eficacia con mínimos efectos adversos . [ 53 ] Estos enfoques prometen el advenimiento de la " medicina personalizada ", en la que los fármacos y las combinaciones de fármacos se optimizan para la constitución genética única de cada individuo. [ 54 ] [ 55 ]

Imagen generada por computadora de hexámeros de insulina que resalta la simetría triple , los iones de zinc que los mantienen unidos y los residuos de histidina involucrados en la unión del zinc.

La biotecnología ha contribuido al descubrimiento y fabricación de fármacos farmacéuticos tradicionales de molécula pequeña, así como de fármacos que son producto de la biotecnología: los biofármacos . La biotecnología moderna puede utilizarse para fabricar medicamentos existentes de forma relativamente fácil y económica. Los primeros productos modificados genéticamente fueron medicamentos diseñados para tratar enfermedades humanas. Por ejemplo, en 1978 Genentech desarrolló insulina humanizada sintética uniendo su gen con un vector plasmídico insertado en la bacteria Escherichia coli . La insulina, ampliamente utilizada para el tratamiento de la diabetes, se extraía anteriormente del páncreas de animales de matadero (vacas o cerdos). Las bacterias modificadas genéticamente son capaces de producir grandes cantidades de insulina humana sintética a un coste relativamente bajo. [ 56 ] [ 57 ] La biotecnología también ha permitido terapias emergentes como la terapia génica . La aplicación de la biotecnología a la ciencia básica (por ejemplo, a través del Proyecto Genoma Humano ) también ha mejorado drásticamente nuestra comprensión de la biología y, a medida que ha aumentado nuestro conocimiento científico de la biología normal y de la enfermedad, también ha aumentado nuestra capacidad para desarrollar nuevos medicamentos para tratar enfermedades previamente intratables. [ 57 ]

Las pruebas genéticas permiten el diagnóstico genético de vulnerabilidades a enfermedades hereditarias y también pueden utilizarse para determinar la paternidad de un niño (madre y padre genéticos) o, en general, la ascendencia de una persona . Además del estudio de los cromosomas a nivel de genes individuales, las pruebas genéticas en un sentido más amplio incluyen pruebas bioquímicas para la posible presencia de enfermedades genéticas o formas mutantes de genes asociadas con un mayor riesgo de desarrollar trastornos genéticos. Las pruebas genéticas identifican cambios en cromosomas, genes o proteínas. [ 58 ] La mayoría de las veces, las pruebas se utilizan para encontrar cambios que están asociados con trastornos hereditarios. Los resultados de una prueba genética pueden confirmar o descartar una condición genética sospechada o ayudar a determinar la probabilidad de que una persona desarrolle o transmita un trastorno genético . A partir de 2011, se utilizaban varios cientos de pruebas genéticas. [ 59 ] [ 60 ] Dado que las pruebas genéticas pueden plantear problemas éticos o psicológicos, a menudo se acompañan de asesoramiento genético .

Agricultura

Los cultivos genéticamente modificados (cultivos transgénicos o biotecnológicos) son plantas utilizadas en la agricultura cuyo ADN ha sido modificado mediante técnicas de ingeniería genética . En la mayoría de los casos, el objetivo principal es introducir una característica nueva que no se da de forma natural en la especie. Las empresas de biotecnología pueden contribuir a la seguridad alimentaria futura mejorando la nutrición y la viabilidad de la agricultura urbana . Además, la protección de los derechos de propiedad intelectual fomenta la inversión del sector privado en agrobiotecnología. [ 61 ]

Ejemplos en cultivos alimentarios incluyen resistencia a ciertas plagas, [ 62 ] enfermedades, [ 63 ] condiciones ambientales estresantes, [ 64 ] resistencia a tratamientos químicos (por ejemplo, resistencia a un herbicida [ 65 ] ), reducción del deterioro, [ 66 ] o mejora del perfil nutricional del cultivo. [ 67 ] Ejemplos en cultivos no alimentarios incluyen la producción de agentes farmacéuticos , [ 68 ] biocombustibles , [ 69 ] y otros bienes de utilidad industrial, [ 70 ] así como para biorremediación . [ 71 ] [ 72 ]

Los agricultores han adoptado ampliamente la tecnología de los transgénicos. Entre 1996 y 2011, la superficie total de tierra cultivada con cultivos transgénicos aumentó en un factor de 94, de 17 000 a 1 600 000 kilómetros cuadrados (4 200 000 a 395 400 000 acres) . [ 73 ] El 10 % de las tierras de cultivo del mundo se sembraron con cultivos transgénicos en 2010. [ 73 ] En 2011, se cultivaban comercialmente 11 cultivos transgénicos diferentes en 395 millones de acres (160 millones de hectáreas) en 29 países como Estados Unidos, Brasil , Argentina , India , Canadá, China, Paraguay, Pakistán, Sudáfrica, Uruguay, Bolivia, Australia, Filipinas, Myanmar, Burkina Faso, México y España. [ 73 ]  

Los alimentos genéticamente modificados son aquellos producidos a partir de organismos a los que se les han introducido cambios específicos en su ADN mediante métodos de ingeniería genética . Estas técnicas han permitido la introducción de nuevos rasgos en los cultivos, así como un control mucho mayor sobre la estructura genética de los alimentos que el que ofrecían anteriormente métodos como la selección artificial y la mutagénesis . [ 74 ] La venta comercial de alimentos genéticamente modificados comenzó en 1994, cuando Calgene comercializó por primera vez su tomate de maduración retardada Flavr Savr . [ 75 ] Hasta la fecha, la mayor parte de la modificación genética de alimentos se ha centrado principalmente en cultivos comerciales de alta demanda por parte de los agricultores, como la soja , el maíz , la canola y el aceite de semilla de algodón . Estos se han modificado genéticamente para obtener resistencia a patógenos y herbicidas, así como mejores perfiles nutricionales. También se han desarrollado experimentalmente animales de granja transgénicos; en noviembre de 2013 no había ninguno disponible en el mercado, [ 76 ] pero en 2015 la FDA aprobó el primer salmón transgénico para su producción y consumo comercial. [ 77 ]

Existe un consenso científico [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] de que los alimentos actualmente disponibles derivados de cultivos transgénicos no representan un mayor riesgo para la salud humana que los alimentos convencionales, [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ] pero que cada alimento transgénico debe ser probado caso por caso antes de su introducción. [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ] Sin embargo, es mucho menos probable que el público en general perciba los alimentos transgénicos como seguros que los científicos. [ 90 ] [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] El estatus legal y regulatorio de los alimentos transgénicos varía según el país, con algunas naciones que los prohíben o restringen, y otras que los permiten con grados de regulación muy diferentes. [ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ]

Los cultivos transgénicos también ofrecen una serie de beneficios ecológicos, siempre que no se utilicen en exceso. [ 98 ] Se ha demostrado que los cultivos resistentes a los insectos reducen el uso de plaguicidas, disminuyendo así el impacto ambiental de estos en su conjunto. [ 99 ] Sin embargo, los opositores se han opuesto a los cultivos transgénicos en sí mismos por varios motivos, entre ellos, preocupaciones ambientales, la seguridad de los alimentos producidos a partir de cultivos transgénicos, la necesidad de estos cultivos para satisfacer las necesidades alimentarias mundiales y las preocupaciones económicas derivadas del hecho de que estos organismos estén sujetos a la legislación sobre propiedad intelectual.

La biotecnología tiene varias aplicaciones en el ámbito de la seguridad alimentaria. Cultivos como el arroz dorado se modifican genéticamente para tener un mayor contenido nutricional, y existe la posibilidad de obtener productos alimenticios con una vida útil más prolongada. [ 100 ] Si bien no se trata de una forma de biotecnología agrícola, las vacunas pueden ayudar a prevenir enfermedades que se encuentran en la ganadería. Además, la biotecnología agrícola puede acelerar los procesos de mejoramiento genético para obtener resultados más rápidos y proporcionar mayores cantidades de alimentos. [ 101 ] La biofortificación transgénica en cereales se ha considerado un método prometedor para combatir la desnutrición en la India y otros países. [ 102 ]

Industrial

La biotecnología industrial (conocida principalmente en Europa como biotecnología blanca) es la aplicación de la biotecnología con fines industriales, incluyendo la fermentación industrial . Comprende la práctica de utilizar células, como microorganismos , o componentes celulares, como enzimas , para generar productos industrialmente útiles en sectores como el químico, alimentario, detergentes, papel y pulpa, textiles y biocombustibles . [ 103 ] En las últimas décadas, se han logrado avances significativos en la creación de organismos genéticamente modificados (OGM) que amplían la diversidad de aplicaciones y la viabilidad económica de la biotecnología industrial. Mediante el uso de materias primas renovables para producir una variedad de productos químicos y combustibles, la biotecnología industrial avanza activamente hacia la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y el abandono de una economía basada en la petroquímica. [ 104 ]

La biología sintética se considera uno de los pilares esenciales de la biotecnología industrial debido a su contribución financiera y sostenible al sector manufacturero. La biotecnología y la biología sintética, en conjunto, desempeñan un papel crucial en la generación de productos rentables con características respetuosas con el medio ambiente, mediante la producción de base biológica en lugar de la basada en combustibles fósiles. [ 105 ] La biología sintética puede utilizarse para diseñar microorganismos modelo , como Escherichia coli , mediante herramientas de edición genómica para mejorar su capacidad de producir productos de base biológica, como la bioproducción de medicamentos y biocombustibles . [ 106 ] Por ejemplo, E. coli y Saccharomyces cerevisiae en un consorcio podrían utilizarse como microorganismos industriales para producir precursores del agente quimioterapéutico paclitaxel, aplicando la ingeniería metabólica en un enfoque de cocultivo para aprovechar los beneficios de ambos microorganismos. [ 107 ]

Otro ejemplo de aplicaciones de la biología sintética en la biotecnología industrial es la reingeniería de las vías metabólicas de E. coli mediante los sistemas CRISPR y CRISPRi para la producción de un compuesto químico conocido como 1,4-butanodiol , utilizado en la fabricación de fibras. Para producir 1,4-butanodiol, los autores modificaron la regulación metabólica de Escherichia coli mediante CRISPR para inducir una mutación puntual en el gen glt A, la eliminación del gen sad y la inserción de seis genes ( cat 1, suc D, 4hbd , cat 2, bld y bdh ). Por otro lado, el sistema CRISPRi se utilizó para silenciar tres genes competidores ( gab D, ybg C y tes B) que afectan la vía de biosíntesis del 1,4-butanodiol. En consecuencia, el rendimiento de 1,4-butanodiol aumentó significativamente de 0,9 a 1,8 g/L. [ 108 ]

Ambiental

La biotecnología ambiental incluye varias disciplinas que desempeñan un papel esencial en la reducción de residuos ambientales y en la provisión de procesos ambientalmente seguros , como la biofiltración y la biodegradación . [ 109 ] [ 110 ] El medio ambiente puede verse afectado por las biotecnologías, tanto positiva como negativamente. Vallero y otros han argumentado que la diferencia entre la biotecnología beneficiosa (por ejemplo, la biorremediación es limpiar un derrame de petróleo o una fuga de sustancias químicas peligrosas) frente a los efectos adversos derivados de las empresas biotecnológicas (por ejemplo, el flujo de material genético de organismos transgénicos a cepas silvestres) puede considerarse como aplicaciones e implicaciones, respectivamente. [ 111 ] La limpieza de residuos ambientales es un ejemplo de una aplicación de la biotecnología ambiental; mientras que la pérdida de biodiversidad o la pérdida de contención de un microbio dañino son ejemplos de implicaciones ambientales de la biotecnología.

Muchas ciudades han instalado CityTrees , que utilizan biotecnología para filtrar contaminantes de las atmósferas urbanas. [ 112 ]

Regulación

La regulación de la ingeniería genética se refiere a los enfoques adoptados por los gobiernos para evaluar y gestionar los riesgos asociados con el uso de la tecnología de ingeniería genética , y el desarrollo y liberación de organismos genéticamente modificados (OGM), incluidos los cultivos genéticamente modificados y los peces genéticamente modificados . Existen diferencias en la regulación de los OGM entre países, siendo algunas de las más marcadas las que se dan entre EE. UU. y Europa. [ 113 ] [ 114 ] La regulación varía en un país determinado según el uso previsto de los productos de la ingeniería genética. Por ejemplo, un cultivo no destinado al consumo humano generalmente no es revisado por las autoridades responsables de la seguridad alimentaria. [ 115 ] La Unión Europea diferencia entre la aprobación para el cultivo dentro de la UE y la aprobación para la importación y el procesamiento. Si bien solo unos pocos OGM han sido aprobados para el cultivo en la UE, varios OGM han sido aprobados para la importación y el procesamiento. [ 116 ] El cultivo de OGM ha desencadenado un debate sobre la coexistencia de cultivos transgénicos y no transgénicos. Dependiendo de las regulaciones de coexistencia, los incentivos para el cultivo de cultivos transgénicos difieren. [ 117 ]

Base de datos de los OMG utilizados en la UE

La base de datos EUginius (Iniciativa Europea sobre OMG para un Sistema Unificado de Bases de Datos) tiene como objetivo ayudar a las empresas, a los usuarios privados interesados ​​y a las autoridades competentes a encontrar información precisa sobre la presencia, detección e identificación de OMG utilizados en la Unión Europea . La información se proporciona en inglés.

Aprendiendo

Aceleradora de Biotecnología del Centro de Nueva York, Universidad Médica del Norte del Estado

En 1988, a instancias del Congreso de los Estados Unidos , el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales ( Institutos Nacionales de Salud ) (NIGMS) estableció un mecanismo de financiación para la formación en biotecnología. Las universidades de todo el país compiten por estos fondos para crear Programas de Formación en Biotecnología (PFB). Cada solicitud aprobada suele recibir financiación durante cinco años y posteriormente debe renovarse mediante un proceso competitivo. Los estudiantes de posgrado, a su vez, compiten por la admisión en un PFB; de ser admitidos, reciben estipendio, matrícula y cobertura de seguro médico durante dos o tres años mientras desarrollan su tesis doctoral . Diecinueve instituciones ofrecen PFB con el apoyo del NIGMS. [ 118 ] La formación en biotecnología también se ofrece a nivel de pregrado y en colegios comunitarios.

Referencias y notas

  1. ↑ "Biotecnología". Compendio de terminología química de la IUPAC (5.ª  ed.). 2025. doi : 10.1351/goldbook.B00666 .
  2. ^ Ereky , Karl. (8 de junio de 1919). Biotechnologie der Fleisch-, Fett-, und Milcherzeugung im landwirtschaftlichen Grossbetriebe: für naturwissenschaftlich gebildete Landwirte verfasst [ Biotecnología de la producción de carne, grasa y leche en granjas a gran escala: escrito para agricultores con formación científica ] . P. Parey. Archivado desde el original el 5 de marzo de 2016 . Consultado el 16 de marzo de 2022 a través de HathiTrust.
  3. ↑ "Ingeniería genética" . Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. 15 de diciembre de 2023. Consultado el 18 de diciembre de 2023 .
  4. ↑ Gupta, Varsha; Sengupta, Manjistha; Prakash, Jaya; Tripathy, Baishnab Charan (23 de octubre de 2016). «Introducción a la biotecnología». Aspectos básicos y aplicados de la biotecnología . págs. 1–21 . doi : 10.1007/978-981-10-0875-7_1 . ISBN  978-981-10-0873-3. PMC 7119977 . 
  5. ↑ O'Mathúna, Dónal P. (1 de abril de 2007). «Bioética y biotecnología» . Citotecnología . 53 ( 1– 3): 113– 119. doi : 10.1007/s10616-007-9053-8 . PMC 2267612 . PMID 19003197 .  
  6. ↑ "Biotecnología" . portal.acs.org . Sociedad Química Estadounidense . Archivado del original el 7 de noviembre de 2012. Consultado el 20 de marzo de 2013 .
  7. ↑ "BIOTECNOLOGÍA: PRINCIPIOS Y PROCESOS" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 7 de agosto de 2015. Consultado el 29 de diciembre de 2014 .
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  79. ↑ "Estado de la Alimentación y la Agricultura 2003–2004. Biotecnología Agrícola: Satisfacer las Necesidades de los Pobres. Impactos sanitarios y ambientales de los cultivos transgénicos" . Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. Archivado del original el 9 de enero de 2019. Recuperado el 30 de agosto de 2019. Los cultivos transgénicos disponibles actualmente y los alimentos derivados de ellos se han considerado seguros para el consumo y los métodos utilizados para probar su seguridad se han considerado apropiados. Estas conclusiones representan el consenso de la evidencia científica examinada por el ICSU (2003) y son consistentes con las opiniones de la Organización Mundial de la Salud (OMS, 2002). Estos alimentos han sido evaluados por mayores riesgos para la salud humana por varias autoridades reguladoras nacionales (entre otros, Argentina, Brasil, Canadá, China, Reino Unido y Estados Unidos) utilizando sus procedimientos nacionales de seguridad alimentaria (ICSU). Hasta la fecha, no se han detectado en ninguna parte del mundo efectos tóxicos o nutricionales adversos verificables derivados del consumo de alimentos procedentes de cultivos genéticamente modificados (Panel de Revisión Científica sobre GM). Millones de personas han consumido alimentos derivados de plantas transgénicas —principalmente maíz, soja y colza— sin que se hayan observado efectos adversos (ICSU).
  80. ↑ Ronald, Pamela (1 de mayo de 2011). "Genética vegetal, agricultura sostenible y seguridad alimentaria mundial" . Genetics . 188 (1): 11– 20. Bibcode : 2011Genet.188...11R . doi : 10.1534/genetics.111.128553 . PMC 3120150. PMID 21546547. Existe un amplio consenso científico de que los cultivos genéticamente modificados que se encuentran actualmente en el mercado son seguros para el consumo. Después de 14 años de cultivo y un total acumulado de 2 mil millones de acres plantados, no se han producido efectos adversos para la salud ni para el medio ambiente como resultado de la comercialización de cultivos genéticamente modificados (Junta de Agricultura y Recursos Naturales, Comité de Impactos Ambientales Asociados con la Comercialización de Plantas Transgénicas, Consejo Nacional de Investigación y División de Estudios de la Tierra y la Vida 2002). Tanto el Consejo Nacional de Investigación de EE. UU. como el Centro Común de Investigación (laboratorio de investigación científica y técnica de la Unión Europea y parte integrante de la Comisión Europea) han concluido que existe un amplio conjunto de conocimientos que aborda adecuadamente la cuestión de la seguridad alimentaria de los cultivos modificados genéticamente (Comité para la Identificación y Evaluación de los Efectos No Deseados de los Alimentos Modificados Genéticamente en la Salud Humana y Consejo Nacional de Investigación, 2004; Centro Común de Investigación de la Comisión Europea, 2008). Estos y otros informes recientes concluyen que los procesos de ingeniería genética y mejora genética convencional no difieren en cuanto a las consecuencias no deseadas para la salud humana y el medio ambiente (Dirección General de Investigación e Innovación de la Comisión Europea, 2010).  
  81. ↑

    Pero véase también:

    Domingo, José L.; Bordonaba, Jordi Giné (2011). "Una revisión de la literatura sobre la evaluación de la seguridad de las plantas genéticamente modificadas" ( PDF) . Environment International . 37 (4): 734– 742. Bibcode : 2011EnInt..37..734D . doi : 10.1016/j.envint.2011.01.003 . PMID 21296423. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022. A pesar de esto, el número de estudios específicamente centrados en la evaluación de la seguridad de las plantas transgénicas sigue siendo limitado. Sin embargo, es importante destacar que, por primera vez, se observó cierto equilibrio entre los grupos de investigación que sugieren, basándose en sus estudios, que varias variedades de productos transgénicos (principalmente maíz y soja) son tan seguras y nutritivas como las plantas convencionales no transgénicas correspondientes, y aquellos que aún generan serias preocupaciones. Además, cabe mencionar que la mayoría de los estudios que demuestran que los alimentos transgénicos son tan nutritivos y seguros como los obtenidos mediante el mejoramiento convencional han sido realizados por empresas de biotecnología o sus asociados, quienes también se encargan de la comercialización de estas plantas transgénicas. En cualquier caso, esto representa un avance notable en comparación con la escasez de estudios publicados en los últimos años en revistas científicas por dichas empresas. 

    Krimsky, Sheldon (2015). "Un consenso ilusorio sobre la evaluación de la salud de los OGM". Ciencia, tecnología y valores humanos . 40 (6): 883– 914. doi : 10.1177/0162243915598381 . Comencé este artículo con los testimonios de científicos respetados que afirman que no existe ninguna controversia científica sobre los efectos de los OGM en la salud. Mi investigación en la literatura científica revela una realidad diferente.

    Y contraste:

    Panchin, Alexander Y. ; Tuzhikov, Alexander I. (14 de enero de 2016). "Los estudios publicados sobre OMG no encuentran evidencia de daño cuando se corrigen para comparaciones múltiples". Critical Reviews in Biotechnology . 37 (2): 213– 217. doi : 10.3109/07388551.2015.1130684 . PMID 26767435 . Aquí, mostramos que varios artículos, algunos de los cuales han influido fuerte y negativamente en la opinión pública sobre los cultivos transgénicos e incluso provocado acciones políticas, como el embargo de OMG, comparten fallas comunes en la evaluación estadística de los datos. Habiendo considerado estas fallas, concluimos que los datos presentados en estos artículos no proporcionan ninguna evidencia sustancial de daño por OMG. Los artículos presentados que sugieren un posible daño de los OMG recibieron mucha atención pública. Sin embargo, a pesar de sus afirmaciones, en realidad debilitan la evidencia del daño y la falta de equivalencia sustancial de los OMG estudiados. Hacemos hincapié en que, con más de 1783 artículos publicados sobre OMG en los últimos 10 años, es de esperar que algunos de ellos hayan informado sobre diferencias indeseadas entre los OMG y los cultivos convencionales, incluso si tales diferencias no existen en la realidad. 

    y

    Yang, YT; Chen, B. (2016). "Gobernanza de los OGM en los EE. UU.: ciencia, ley y salud pública". Journal of the Science of Food and Agriculture . 96 (4): 1851– 1855. Bibcode : 2016JSFA...96.1851Y . doi : 10.1002/jsfa.7523 . PMID 26536836. Por lo tanto , no es sorprendente que los esfuerzos para exigir el etiquetado y prohibir los OGM hayan sido un tema político creciente en los EE. UU. (citando a Domingo y Bordonaba, 2011) . En general, un amplio consenso científico sostiene que los alimentos transgénicos comercializados actualmente no representan un mayor riesgo que los alimentos convencionales... Las principales asociaciones científicas y médicas nacionales e internacionales han declarado que hasta la fecha no se han reportado ni corroborado efectos adversos para la salud humana relacionados con los alimentos transgénicos en la literatura revisada por pares. A pesar de las diversas preocupaciones, hoy en día, la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia, la Organización Mundial de la Salud y muchas organizaciones científicas internacionales independientes coinciden en que los OGM son tan seguros como otros alimentos. En comparación con las técnicas de mejoramiento convencionales, la ingeniería genética es mucho más precisa y, en la mayoría de los casos, tiene menos probabilidades de generar resultados inesperados. 
  82. ↑ «Declaración de la Junta Directiva de la AAAS sobre el etiquetado de alimentos genéticamente modificados» (PDF) . Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia. 20 de octubre de 2012. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022. Consultado el 30 de agosto de 2019. La UE, por ejemplo, ha invertido más de 300 millones de euros en investigación sobre la bioseguridad de los OMG. Su informe reciente afirma: «La principal conclusión que se puede extraer de los esfuerzos de más de 130 proyectos de investigación, que abarcan un período de más de 25 años de investigación e involucran a más de 500 grupos de investigación independientes, es que la biotecnología, y en particular los OMG, no son en sí mismos más riesgosos que, por ejemplo, las tecnologías convencionales de mejoramiento vegetal». La Organización Mundial de la Salud, la Asociación Médica Estadounidense, la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, la Real Sociedad Británica y todas las demás organizaciones respetables que han examinado las pruebas han llegado a la misma conclusión: consumir alimentos que contienen ingredientes derivados de cultivos transgénicos no es más arriesgado que consumir los mismos alimentos que contienen ingredientes de plantas cultivadas modificadas mediante técnicas convencionales de mejora vegetal.Pinholster, Ginger (25 de octubre de 2012). "Junta Directiva de la AAAS: La obligatoriedad legal del etiquetado de alimentos transgénicos podría "inducir a error y alarmar falsamente a los consumidores"" (PDF) . Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022 . Recuperado el 30 de agosto de 2019 .
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  87. ↑ "Preguntas frecuentes sobre alimentos genéticamente modificados" . Organización Mundial de la Salud. Archivado del original el 4 de noviembre de 2020. Recuperado el 30 de agosto de 2019. Los distintos organismos genéticamente modificados incluyen distintos genes insertados de diferentes maneras. Esto significa que los alimentos genéticamente modificados y su seguridad deben evaluarse caso por caso y que no es posible hacer declaraciones generales sobre la seguridad de todos los alimentos genéticamente modificados. Los alimentos genéticamente modificados disponibles actualmente en el mercado internacional han superado las evaluaciones de seguridad y es poco probable que presenten riesgos para la salud humana. Además, no se han demostrado efectos en la salud humana como resultado del consumo de dichos alimentos por la población general en los países donde han sido aprobados. La aplicación continua de evaluaciones de seguridad basadas en los principios del Codex Alimentarius y, cuando corresponda, un seguimiento posterior a la comercialización adecuado, deben constituir la base para garantizar la seguridad de los alimentos genéticamente modificados.
  88. ↑ Haslberger, Alexander G. (2003). " Las directrices del Codex para los alimentos transgénicos incluyen el análisis de los efectos no deseados". Nature Biotechnology . 21 (7): 739– 741. Bibcode : 2003NatBi..21..739H . doi : 10.1038/nbt0703-739 . PMID 12833088. Estos principios dictan una evaluación previa a la comercialización caso por caso que incluye una evaluación tanto de los efectos directos como de los no deseados. 
  89. ↑ Algunas organizaciones médicas, incluida la Asociación Médica Británica , abogan por una mayor cautela basada en el principio de precaución : "Alimentos modificados genéticamente y salud: una segunda declaración provisional" (PDF) . Asociación Médica Británica. Marzo de 2004. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022. Recuperado el 30 de agosto de 2019. En nuestra opinión, el potencial de que los alimentos transgénicos causen efectos nocivos para la salud es muy pequeño y muchas de las preocupaciones expresadas se aplican con igual rigor a los alimentos derivados convencionalmente. Sin embargo, las preocupaciones sobre la seguridad no pueden, por el momento, descartarse por completo basándose en la información disponible actualmente. Al buscar optimizar el equilibrio entre beneficios y riesgos, es prudente pecar de cauteloso y, sobre todo, aprender del conocimiento y la experiencia acumulados. Cualquier nueva tecnología, como la modificación genética, debe examinarse para determinar los posibles beneficios y riesgos para la salud humana y el medio ambiente. Como con todos los alimentos novedosos, las evaluaciones de seguridad en relación con los alimentos transgénicos deben realizarse caso por caso. Los miembros del jurado del proyecto de modificación genética recibieron información sobre diversos aspectos de la modificación genética por parte de un grupo diverso de expertos reconocidos en la materia. El jurado concluyó que la venta de alimentos transgénicos actualmente disponibles debería suspenderse y que la moratoria sobre el cultivo comercial de cultivos transgénicos debería mantenerse. Estas conclusiones se basaron en el principio de precaución y en la falta de evidencia de algún beneficio. El jurado expresó su preocupación por el impacto de los cultivos transgénicos en la agricultura, el medio ambiente, la seguridad alimentaria y otros posibles efectos en la salud. La revisión de la Royal Society (2002) concluyó que los riesgos para la salud humana asociados con el uso de secuencias específicas de ADN viral en plantas transgénicas son insignificantes y, si bien instó a la cautela en la introducción de posibles alérgenos en los cultivos alimentarios, subrayó la ausencia de evidencia de que los alimentos transgénicos disponibles comercialmente causen manifestaciones alérgicas clínicas. La BMA comparte la opinión de que no existe evidencia sólida que demuestre que los alimentos transgénicos sean inseguros, pero respaldamos el llamado a realizar más investigaciones y vigilancia para proporcionar evidencia convincente de seguridad y beneficios.
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  • ¿Qué es la biotecnología? – Una colección seleccionada de recursos sobre las personas, los lugares y las tecnologías que han hecho posible la biotecnología.
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