BIOTECNOLOGA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE QUILMES

RectorGustavo Eduardo Lugones

VicerrectorMario E. Lozano

BIOTECNOLOGASegunda edicin actualizada

Mara Antonia Muoz de Malajovich

Bernal, 2012

Coleccin BiomedicinaDirigida por Daniel Gomez

Traduccin del portugus y revisin tcnica de la primera edicin en espaol: Gabriela Levitus

Ttulo original: Biotecnologia 1 edicin, Axcel Books do Brasil Editora, 2004 Mara Antonia Malajovich, 2004

1a edicin en espaol, 2006 1a reimpresin, 20072a edicin, actualizada, 2012

Mara Antonia Muoz de Malajovich, 2006 Universidad Nacional de Quilmes, 2006

Roque Senz Pea 352 (B1876BXD) Bernal, Buenos Aireshttp://www.unq.edu.areditorial@unq.edu.ar

Diseo: Mariana Nemitz

ISBN: 978-987-558-255-2 Queda hecho el depsito que marca la ley 11.723

Muoz de Malajovich, Mara AntoniaBiotecnologa. - 2a ed. - Bernal : Universidad Nacional de Quilmes, 2012.448 p. : il. ; 22x15 cm. - (Biomedicina / Daniel Eduardo Gomez)

ISBN 978-987-558-255-2

1. Biotecnologa. 2. Productos Biotecnolgicos. I. TtuloCDD 664

ndice

Nota a la segunda edicin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

Presentacin, por Daniel Gomez. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

Captulo I. Qu es la biotecnologa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .271. La biotecnologa tradicional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272. La biotecnologa moderna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .283. Las definiciones de biotecnologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .284. El impacto de la biotecnologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .305. Biotecnologa y desarrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .306. Historia de la biotecnologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

PRIMERA PARTE. FUNDAMENTOS DE LA BIOTECNOLOGA

Los agentes biolgicos

Captulo II. Las clulas y los cromosomas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .411. La clula como unidad de los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

Unidad estructural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41Unidad funcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

2. Tcnicas de laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453. Toda clula proviene de otra preexistente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .464. Los cromosomas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .475. Teora cromosmica de la herencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .486. Clulas y cromosomas como agentes biolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

Captulo III. Los microorganismos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .571. La diversidad microbiana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

Las eubacterias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

Las arquibacterias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60Los protozoarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61Las algas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62Los hongos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63Los virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

2. Las tcnicas de laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .673. Bioseguridad y bioproteccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .684. Microorganismos como agentes biolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69

Captulo IV. Enzimas y anticuerpos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .731. Las protenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

Estructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74Algunas tcnicas de laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74La electroforesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

2. Las enzimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78La catlisis enzimtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78Los diversos tipos de enzimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79

3. Los anticuerpos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82La molcula de anticuerpo y el reconocimiento del antgeno. . . . . . . . . . . . .82La produccin de anticuerpos en el organismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82La produccin de anticuerpos en el laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84Utilizacin de los anticuerpos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86

Captulo V. cidos nucleicos y genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .891. Los cidos nucleicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .892. El cdigo gentico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .913. La expresin gnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93

El flujo de la informacin gentica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93Clulas procariotas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94Clulas eucariotas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

4. El complejo mundo del ARN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .985. La genmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

El genoma humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100El desarrollo de la genmica en Amrica Latina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102

Las herramientas bsicas

Captulo VI. Procesos fermentativos o bioprocesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1071. Los procesos fermentativos y la industria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107

2. Los microorganismos industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108Nociones sobre el metabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108Metabolismo primario y secundario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111El origen de las cepas industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112Medios de cultivo y materia prima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112

3. Los diferentes tipos de bioprocesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114Los procesos tradicionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114Los procesos sumergidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114

4. Del laboratorio a la industria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118El cambio de escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118La operacin del proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118La recuperacin del producto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119

5. Los bioprocesos en la industria de fertilizantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120

Captulo VII. Cultivo de clulas y tejidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1211. La micropropagacin de plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121

Las etapas necesarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121Los medios de cultivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124Las diferentes modalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124El mejoramiento y la conservacin de la biodiversidad vegetal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129La difusin de la tecnologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130

2. El cultivo de clulas animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131Manipulacin in vitro de las clulas animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131Aplicaciones del cultivo in vitro de clulas de mamferos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132

Captulo VIII. Tecnologa del ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1351. Las herramientas disponibles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135

La extraccin del ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135Las nucleasas y las enzimas de restriccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135La electroforesis del ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136Hibridizacin y sondas gnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137La tcnica de Southern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138La tcnica del Fingerprint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139La sntesis y amplificacin del ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139La secuenciacin del ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144Los arrays o matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146

2. La biologa sinttica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148

Captulo IX. Ingeniera gentica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1491. El nacimiento de la biotecnologa moderna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149

Los primeros experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149Mitos y realidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150

2. Las bibliotecas de genes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1533. La construccin de un microorganismo recombinante . . . . . . . . . . . . . . . . .153

Encontrar el gen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156Transferir el gen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156Identificar a los microorganismos recombinantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158

4. La construccin de plantas transgnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159El transgn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159Transferencia de genes a clulas vegetales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160El problema de los marcadores de seleccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160Del laboratorio al campo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162

5. Clulas y animales transgnicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162La transferencia de genes a clulas animales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162Los animales transgnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164Los rebaos farmacuticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165

SEGUNDA PARTE. BIOTECNOLOGA Y SOCIEDAD

Captulo X. Biotecnologa, industria y energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1711. El proceso Weizmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1712. La industria qumica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .172

La va qumica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1723. La va biotecnolgica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1734. Los productos biotecnolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174

Metabolitos de inters comercial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175Biopolmeros y bioplsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180

5. Los biocombustibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181Etanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182Biogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185La utilizacin del biogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186Biodiesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189

6. Perspectivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190

Captulo XI. Biotecnologa y medioambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1931. El desarrollo sustentable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193

2. Las tecnologas limpias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193La sustitucin de procesos industriales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194La sustitucin de insumos agrcolas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196

3. La reduccin de los residuos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199La degradacin de la basura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199El tratamiento de las aguas residuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200El tratamiento de los efluentes industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201Las emisiones de gases y el efecto invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202

4. La biorremediacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203Los contaminantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .204Los derrames de petrleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .206

5. La recuperacin de recursos naturales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207El petrleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207Los metales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207La biominera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208

6. El diagnstico de contaminacin ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209Indicadores biolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209Tcnicas inmunolgicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209Tcnicas genticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210Biosensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210

Captulo XII. Biotecnologa y biodiversidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2131. La desaparicin de los ecosistemas naturales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2132. El hombre y las plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216

Las plantas alimenticias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216La produccin de alimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .217Las plantas comerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218Las plantas medicinales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221

3. La biodiversidad amenazada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222La erosin gentica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222La expansin del agronegocio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223La transgnesis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223

4. La proteccin de la biodiversidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224Los centros de diversidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224La conservacin de la biodiversidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225La conservacin in situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226El CGIAR y el Centro Internacional de la Papa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .228El Protocolo de Cartagena de Bioseguridad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229

Captulo XIII. Biotecnologa y agricultura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2311. La evolucin de las prcticas agrcolas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .231

Antes de 1960 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .231Despus de 1960 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232

2. La obtencin de nuevas variedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234Mutacin y seleccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234Alteracin del nmero de cromosomas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235Ingeniera gentica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235

3. El principio precautorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2374. Las plantas biotecnolgicas actuales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .238

Plantas con propiedades agronmicas modificadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239Plantas con calidad nutricional mejorada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244Plantas con propiedades nuevas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245

5. El agronegocio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245La extensin de los cultivos transgnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245El mercado de semillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .246La Unin Europea y la moratoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .248Los pases de Amrica Latina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .248

6. La coexistencia es posible? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .249

Captulo XIV. Biotecnologa y pecuaria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2511. La nutricin de los animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251

La necesidad de raciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .252De Liebig a la vaca loca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .252La composicin de las raciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253Las raciones transgnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .254

2. El mejoramiento gentico del ganado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .255Las tecnologas reproductivas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256Las nuevas tecnologas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258

3. El mejoramiento de la produccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262Carne, leche, huevos y lana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262La acuicultura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263

4. La salud de los animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .264Resistencia a las enfermedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .264Prevencin y tratamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .265

5. Los nuevos usos de los animales domsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266Modelos de estudio para enfermedades humanas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266Xenotrasplantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .267Los animales como biorreactores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .267

El marco conceptual de las tres R. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2686. Las mascotas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .269

Captulo XV. Biotecnologa y alimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2711. Los alimentos fermentados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .271

El pan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .271El vino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .273El rol de la levadura en la vinificacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276La cerveza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .277Los quesos y yogures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .278

2. La protena unicelular (micoprotena) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2813. Los aditivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .282

Los diversos tipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .282Los edulcorantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .282

4. Los alimentos biofortificados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2835. Seguridad alimentaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .285

Captulo XVI. Biotecnologa y nuevos alimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2891. La entrada de los transgnicos en la cadena alimentaria . . . . . . . . . . . . . . . .289

Mejorando la conservacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .289Mejorando las propiedades industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .290Mejorando las caractersticas nutricionales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .290

2. La polmica generada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2913. Lo que el consumidor necesita saber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292

Alimentos seguros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292La ingestin de ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .293Los marcadores de resistencia a antibiticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .293La composicin centesimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294La produccin de toxinas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294La produccin de alrgenos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .295La utilizacin de un promotor viral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .296Otros efectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .296

4. Cmo garantizar la seguridad alimentaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .296El principio de equivalencia sustancial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .296La evaluacin de riesgos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .297El etiquetado de los alimentos transgnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .298Etiquetado e informacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .299El rastreo de un transgn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .300

Captulo XVII. Biotecnologa y salud: las vacunas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3011. Las enfermedades infecciosas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3012. La adquisicin de inmunidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .302

Las respuestas primaria y secundaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .302Los mecanismos de defensa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .302

3. Los diferentes tipos de vacunas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .304Primera generacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .304Segunda generacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .306Tercera generacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .308

4. La produccin de vacunas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .309Investigacin y desarrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .309Aspectos tecnolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .310Aspectos econmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .312Un sector estratgico para la sociedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .313

5. El rol de las vacunas en la erradicacin de enfermedades. . . . . . . . . . . . . . . .314El caso de la viruela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314El caso de la poliomielitis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .316El caso de la influenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318

6. La amenaza de las enfermedades emergentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3197. El bioterrorismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .321

Captulo XVIII. Biotecnologa y salud: las pruebas de diagnstico . . . . . . . . .3231. Las pruebas de diagnstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .323

Las tendencias actuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324Qu es una buena prueba de diagnstico? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324Las diferentes tcnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .325

2. Las pruebas de rastreo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3283. El diagnstico de enfermedades infecciosas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3294. La tipificacin de tejidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .331

Sangre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .331Otros tejidos y rganos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .331

5. La prctica forense . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3326. El diagnstico de enfermedades genticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .334

Las limitaciones de las pruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .334Las estrategias seguidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .336Diagnstico preventivo y predictivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .338

Captulo XIX. Biotecnologa y salud: los medicamentos . . . . . . . . . . . . . . . . .3411. La industria de medicamentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .341

2. Los principios activos de las plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .342El caso de la aspirina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .342Los fitoterpicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .344Las nuevas tecnologas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .344La necesidad de un marco legal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .345

3. Los antibiticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .346El caso de la penicilina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .346Los lmites al uso de los antibiticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .347La necesidad de innovacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .348

4. Las primeras molculas teraputicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .350El caso de la insulina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .350

5. Las protenas recombinantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .353Las bases tecnolgicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .353Los productos y sus usos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .354La industria biotecnolgica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .354

6. Los medicamentos personalizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .359La farmacogenmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .359La farmacogentica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .361

7. El costo de los nuevos medicamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3628. Patentes y genricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .363

Captulo XX. Biotecnologa y salud: los nuevos tratamientos . . . . . . . . . . . . .3651. La aprobacin de un tratamiento nuevo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3652. El progreso de las inmunoterapias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3653. El cncer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .367

Una enfermedad de origen gentico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .367Las terapias biolgicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .369Las vacunas teraputicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .370

4. Las terapias gnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .372Terapia somtica y germinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .372Los altibajos de una tecnologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .372El estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .374Las promesas del silenciamiento gnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .375

5. Los trasplantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .378Los trasplantes de rganos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .378La ingeniera de tejidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .379Las clulas madre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .380

Captulo XXI. Consideraciones finales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .385

Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .387

ndice temtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .433

17

Nota a la segunda edicin

Pasaron seis aos entre las dos ediciones de este libro. En ese lapso de tiempo, sobrellevamos una crisis econmica mundial y aprendimos que los cambios climticos pueden alterar nuestra forma de vida. La investigacin cientfica impuls la expansin de las micas. Tecnologas como la del ARN inter-ferente fueron asimiladas rpidamente, del mismo modo que la biologa sin-ttica en sus primeros pasos. La biotecnologa se afianz en el sector agrcola y abri senderos nuevos en la industria. El progreso incesante en el rea de salud est siendo terminantemente vinculado a la reflexin tica. Todos los sectores integraron los principios de bioseguridad, estableciendo normas para prevenir o mitigar los riesgos de tecnologas recientes. Incorporado en los diversos niveles educativos, el saber biotecnolgico se encuentra al alcance de las nuevas generaciones.

Agradezco a la Editorial de la Universidad Nacional de Quilmes por darme la posibilidad de publicar este libro en su segunda edicin actualizada.

Mara Antonia Muoz de MalajovichRo de Janeiro, octubre de 2012.

Presentacin

El libro Biotecnologa nos acerca a un camino fascinante y abierto. Su autora,Mara Antonia Muoz de Malajovich, nos introduce con singular didcticaa una de las ms promisorias especialidades biolgicas del siglo XXI, y nos brinda una visin abarcativa y dinmica.

Desde el inicio es certera en la definicin del paradigma: entiende la biotecnologa como una actividad basada en conocimientos multidiscipli-narios, que utiliza agentes biolgicos para hacer productos tiles o resolverproblemas.

Y desde ese marco conceptual, la autora nos ayuda a ver cmo la biotec-nologa influencia, a veces sin que lo sepamos, los ms diversos aspectos del quehacer humano. No solo ahonda en los fundamentos de la disciplina, sino que tambin profundiza en sus aplicaciones industriales, agrcolas, pecuarias, alimentarias, medioambientales y energticas. No rehsa explicitar los aspec-tos polmicos de estas tecnologas, tan difundidos, tan poco probados. Nos recuerda que lo bueno de una tecnologa es lo bueno que hacemos con ella.

Analiza y advierte sobre las transformaciones que produce en la socie-dad, los aspectos culturales, econmicos, polticos y diplomticos.

Como mdico, no puedo hallar ms que fascinante la seccin sobreBiotecnologa y salud, donde la autora se detiene reflexivamente a esbo-zarnos un panorama de cmo ser la medicina del futuro.

Y por qu este libro era tan necesario? Qu importancia tiene la bio-tecnologa en Argentina? La Argentina es uno de los pases latinoamericanosque ms rpidamente ha utilizado y desarrollado nuevos productos biotecno-lgicos, en especial ciertas protenas recombinantes de aplicacin teraputi-ca, al igual que variedades vegetales resistentes a herbicidas e insectos, lo cual explica en parte la reciente oleada de expansin agrcola. Queda claro que un pas cuyo sector agroalimentario es uno de los pilares de su economa y ms aun de sus exportaciones, no puede estar de espaldas a estos conocimientos.Pongamos solo a modo de ejemplo un aspecto biotecnolgico, digamos el agrcola. En la actualidad hay en el mundo 90 millones de hectreas con plantaciones transgnicas: 49 estn en los Estados Unidos, y 20 en nuestropas, segundo en el rnking mundial.

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Biotecnologa

Por lo tanto, en el mundo, y en particular en nuestros pases, en esta eta-pa del desarrollo histrico, el conocimiento se ha constituido en un elementocentral del nuevo paradigma social y productivo vigente, resignificando el valor social de la formacin.

A las instituciones de educacin superior les cabe un papel central, tantoen la formacin de recursos humanos como en la produccin, adaptacin y difusin del conocimiento necesario para potenciar el desarrollo biotecno-lgico.

La Licenciatura en Biotecnologa de la Universidad Nacional de Quil-mes (UNQ) fue creada con el inicio de la propia universidad. Al normalizar-se la misma en 1992, la carrera comenz como Ingeniera Gentica y luegoen 1994 se transform en lo que es hoy la Licenciatura en Biotecnologa,la cual a travs de la impronta de sus diferentes directores ha permitido a la UNQ constituirse en una de las instituciones de referencia para la realizacinde estudios biotecnolgicos.

Nuestro pas tiene excelentes biotecnlogos y enormes desafos y posibi-lidades. Mara Antonia Muoz de Malajovich es un ejemplo paradigmtico:una cientfica argentina que debi exiliarse en el exterior en pocas oscurasde nuestra historia, pero que radicada en Brasil, y desde la docencia y la investigacin consolida, y permite, justamente, alcanzar esos desafos: educaren biotecnologa, lograr la comprensin social de esas herramientas y posibi-litar su alcance masivo a toda la poblacin.

Con todos estos antecedentes, entonces, no es ms que un motivo de profundo orgullo que la Editorial de la Universidad Nacional de Quilmespueda publicar este valioso texto.

Mi ms sincero agradecimiento a la autora por su enorme generosidad.A Diego Golombek, quien me contagi el inters para su edicin. A MaraBjerg y a todo el equipo de la Editorial de la Universidad Nacional de Quil-mes, sin los cuales este logro no sera posible.

Y a Gabriela Levitus y Argenbio por la pasin en difundir esta maravi-llosa ciencia.

Daniel Gomez

A todos los que participaron de la experiencia de ciencia y ciudadana que fue la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

de la Universidad de Buenos Aires, donde tuve el privilegio de estudiar entre 1960 y 1966.

A Hugo.

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Agradecimientos

Desde nia tuve la suerte de estar en contacto con personas de orgenes y culturas muy diversas. Intervinieron en mi formacin bsica mis padres, Gori Muoz y Mari Carmen Garca Antn, mi hermana Carmen, los repu-blicanos espaoles que se reunan todos los domingos en nuestro departa-mento de la calle Lafinur, mis profesores del Collge Franais de Buenos Aires y los de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires.

En 1966, la intervencin militar en la Universidad, con su noche de los bastones largos, me llev por un tiempo a Chile, donde trabaj para el Ministerio de Educacin. De regreso a Buenos Aires, durante varios aos fui profesora de biologa en el Liceo Franco Argentino Jean Mermoz. En 1977, y residiendo ya en Brasil, tuve la oportunidad de volver a la vida acadmica,completando la maestra y el doctorado en gentica en la Universidad Fede-ral de Ro de Janeiro.

A mitad de la dcada de 1980, fui invitada por ORT Brasil para integrarel grupo de trabajo que ira a elaborar un estudio preliminar sobre los rum-bos de la biotecnologa en ese pas. World ORT es una institucin filantr-pica juda que mantiene centros de educacin y entrenamiento tecnolgicoen 50 pases, y en esa poca, el consejo acadmico de la institucin, presididopor el profesor Efraim Katzir, identific a la biotecnologa como una de las reas promisorias en que la institucin deba invertir esfuerzos.

Ya entonces era evidente que si bien las tecnologas biolgicas genera-ran aplicaciones nuevas a gran velocidad, esto representara un gran desafo para la educacin. Paralelamente a mi colaboracin en el grupo de trabajo de ORT Brasil y a mis actividades universitarias, tuve la oportunidad de participar como profesora del Lyce Molire de Ro de Janeiro en un semi-nario sobre las nuevas tendencias de la enseanza de la biologa que tuvo lugar en el Centre International d tudes Pdagogiques (Svres, Francia, 1987). Tambin visit diversos centros de enseanza de biotecnologa en Inglaterra (National Centre for School Biotechnology, University of Shef-field y The London Centre for Biotechnology) e Israel (escuelas ORT de Karmiel y Ramat Gan).

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Biotecnologa

Hasta ese momento, mi vida profesional haba transcurrido en un vaivnentre la investigacin cientfica y la educacin, generalmente en funcin de las oportunidades existentes. Encontraba satisfaccin en el trabajo de mesadadel laboratorio, pero me senta un poco aislada del mundo. A pesar de gus-tarme mucho la docencia, la encontraba algo repetitiva y acababa diseandoexperimentos que trajeran un poco de frescura a la clase, a veces en detri-mento de la transmisin rigurosa de los conceptos tericos programticosque tambin me eran exigidos.

La enseanza de biotecnologa solo tiene sentido dentro del contextoque hoy se denomina ciencia, tecnologa y sociedad. Por eso representabapara m un campo nuevo donde poda integrar lo ms atractivo de cada una de mis actividades profesionales anteriores: estudiar, investigar, experimen-tar, innovar, aplicar y, adems, comunicarme con otras personas.

En ORT Brasil iniciamos las actividades de biotecnologa con la elabora-cin de material didctico para docentes de qumica y biologa de la ensean-za secundaria. Lamentablemente, a pesar de contar con el asesoramiento de varios profesores de la Universidad de San Pablo y de la Universidad Federal de Ro de Janeiro, este proyecto no tuvo continuidad. Sin embargo, fue elpunto de partida para la preparacin de los programas y las actividades prc-ticas del Curso Tcnico de Biotecnologa que creamos en 1992 en el Instituto de Tecnologa ORT de Ro de Janeiro, y del cual soy la Coordinadora.

Desde entonces mi trabajo en biotecnologa se centr alrededor de dos lneas: qu ensear? y cmo ensear? En la primera busco determinarcules son los conocimientos cientficos y tecnolgicos indispensables paraentender la biotecnologa y poder analizar sus alcances y limitaciones. En la segunda me propongo encontrar diferentes formas de transmitir esos conoci-mientos y divulgar la biotecnologa. En esta tarea, as como en el desempeode mis actividades docentes e institucionales, tuve siempre la colaboracin de los profesores y tcnicos que integraron mi equipo de trabajo en ORT Bra-sil. Destaco tambin la participacin crtica de los alumnos, que se revelestimulante y productiva, especialmente en la elaboracin de sus trabajos de fin de curso. El xito alcanzado en sus estudios posteriores y en su vida pro-fesional nos llena de satisfaccin a todos.

En diversas oportunidades pude transmitir parte de esa experiencia a los docentes y estudiantes de instituciones pblicas y privadas del Brasil (Uni-versidad del Estado de Ro de Janeiro, 1988; congresos de Educacin de la Universidad de San Pablo, 1991,1994; cursos de biotecnologa para los alumnos del Colegio Pedro II de Ro de Janeiro, 1994,1995,1996; Unincor,Universidad Vale do Rio Verde, 2005), de Uruguay (conferencias, cursos

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Agradecimientos

y talleres organizados por ORT Uruguay en 1990; en la Escuela IntegralHebreo Uruguaya, 1996, 2000; en el Instituto Ariel, 2000 y en la Universi-dad ORT Uruguay, 2005) y de Venezuela (Asesoramiento a ORT Venezue-la sobre la introduccin de tpicos de biotecnologa en los programas de la Escuela Moral y Luces Herzl Bialik entre 1991 y 1996; cursos para docentes,1991, 1994).

Esos cursos, as como las discusiones mantenidas a lo largo del tiempocon mis colegas y alumnos sobre el impacto de las biotecnologas en nuestrasociedad, fueron poco a poco transformndose en la base de este texto. Sin embargo, el libro solo adquiri una estructura formal debido a la iniciativade Ricardo Reinprecht y a su equipo editorial de Axcel Books do Brasil, a quienes agradezco la primorosa edicin brasilea de 2004.

Gracias a Susana Sommer y Rubn Cucchi, esa primera edicin lleg a Alberto Daz y a travs de l al Consejo Editorial de la Universidad Nacionalde Quilmes y a Gabriela Levitus, directora de ArgenBio. Agradezco a todosellos, y especialmente al rector de la UNQ, Dr. Daniel Gomez, por la opor-tunidad de publicarlo en mi pas, encontrando races que crea perdidas, y cerrando as un largo ciclo de ausencia.

Desde mis primeros contactos con la Editorial de la Universidad Nacio-nal de Quilmes fue claro, para todos los involucrados, que a pesar del pocotiempo transcurrido desde la publicacin de la primera edicin, haba que actualizar y ampliar el texto, incluyendo ejemplos latinoamericanos. Aunqueconserv la estructura bsica del libro, result una tarea de gran envergadura,ya que varias partes tuvieron necesariamente que ser escritas de nuevo, en el idioma original.

La traduccin es de Gabriela Levitus, a quien debo tambin una revi-sin tcnica rigurosa. Adems de un cuidado minucioso en el tratamientode todos los detalles, agradezco a Gabriela por el contagioso despliegue de energa con que enfrent la tarea.

Agradezco tambin a Mnica Aguilar por resolver eficientemente los aspectos formales de esta edicin, as como a Rafael Centeno y a todos aque-llos que en la Editorial de la Universidad Nacional de Quilmes posibilitaroncon su trabajo la publicacin de este libro.

En todo momento recib el cario de mi familia y el estmulo de mis amigos Susana Sommer, Rubn Cucchi, Danile Covo, Charlotte y JosGrunberg. Agradezco tambin a Hugo Malajovich, mi compaero desdelos viejos tiempos del Centro de Estudiantes de Ciencias Naturales, por la lectura crtica del texto y la paciencia con que encar los largos meses que dediqu a escribirlo.

Captulo I. Qu es la biotecnologa?

1. LA BIOTECNOLOGA TRADICIONAL

El cultivo de vegetales, la domesticacin de animales, la transformacin de los alimentos y el aprovechamiento de las propiedades curativas de algunas plantas son actividades que se remontan a los albores de la humanidad y fue-ron desarrolladas a partir del conocimiento emprico, ignorando la existencia de los microorganismos o de las leyes de la herencia.

A comienzos del siglo XIX, la demanda de mano de obra para el desa-rrollo de una industria incipiente estimula la migracin de la poblacin del campo a la ciudad. En condiciones sanitarias cada vez peores, las enferme-dades y el hambre acompaan al hombre. Al mismo tiempo que el progreso exige procesos industriales ms eficientes, la comprensin de los fenmenos naturales se vuelve indispensable para responder a las necesidades de la sociedad.

A partir de 1850 surgen nuevas reas del conocimiento; nacen la micro-biologa, la inmunologa, la bioqumica y la gentica. La qumica industrial evoluciona aceleradamente y, tambin, aumenta la intervencin de la inge-niera agrcola y de la pecuaria en la explotacin del campo.

En 1914, Karl Ereky, un ingeniero agrnomo hngaro, desarrolla un gigantesco plan de cra de porcinos para sustituir las prcticas tradicionales por una industria agrcola capitalista basada en el conocimiento cientfico. Se le debe a Ereky (1919) la primera definicin de biotecnologa, como la ciencia de los mtodos que permiten la obtencin de productos a partir de materia prima, mediante la intervencin de organismos vivos. Para l, la era bioqumica reemplazara a la edad de la piedra y del hierro.

El siglo XX asiste a un desarrollo extraordinario de la ciencia y la tecno-loga (electrnica, informtica). De la convergencia de ambas resultan logros extraordinarios en varios sectores productivos, donde los seres vivos consti-tuyen la base de aplicaciones tan diversas como la generacin de variedades vegetales ms productivas, la fabricacin de nuevos alimentos, el tratamiento de los residuos y la produccin de enzimas y antibiticos.

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Biotecnologa

2. LA BIOTECNOLOGA MODERNA

La propuesta de Watson y Crick (1953) de un modelo helicoidal para la molcula de ADN representa, sin duda, un hito fundamental en la historia de la biologa molecular. Sin embargo, la divisin entre la biotecnologa tradicio-nal y la biotecnologa moderna responde a una serie de experiencias, realiza-das por H. Boyer y S. Cohen, que culminan en 1973 con la transferencia de un gen de sapo a una bacteria. A partir de ese momento es posible cambiar el programa gentico de un organismo transfirindole genes de otra especie.

La importancia y los riesgos inherentes a la nueva tecnologa no pasaron desapercibidos para las personas involucradas. Como un hecho indito en la historia, los cientficos reunidos en 1975 en Asilomar (Estados Unidos) establecieron una moratoria en sus trabajos hasta que se definieran las condi-ciones de seguridad adecuadas, lo que sucedi poco tiempo ms tarde.

En el paso de la biotecnologa de laboratorio a una biotecnologa industrial, la ingeniera gentica ocupa un lugar destacado como tecnologa innovadora. En algunos casos, como los de la produccin de insulina y hormona de crecimiento, la innovacin consiste en reemplazar los mtodos de obtencin tradicionales. En otros, se trata de productos completamente nuevos, como los anticuerpos monoclonales y el arroz dorado.

Sin embargo, la manipulacin gentica no es la nica herramienta disponible. La biotecnologa abarca hoy un rea amplia del conocimiento que surge de la ciencia bsica (biologa molecular, microbiologa, biologa celular, gentica, etc.), de la ciencia aplicada (tcnicas inmunolgicas y bio-qumicas, as como tcnicas basadas en la fsica y la electrnica), y de otras tecnologas (fermentaciones, separaciones, purificaciones, informtica, rob-tica y control de procesos). Se trata de una red compleja de conocimientos donde la ciencia y la tecnologa se entrelazan y complementan.

3. LAS DEFINICIONES DE BIOTECNOLOGA

El impacto causado por las primeras experiencias de ingeniera gentica origin numerosos intentos por redefinir el campo de la biotecnologa. A travs del reemplazo de la expresin intervencin de organismos vivos por empleo de procesos celulares y moleculares se trat de diferenciar a la bio-tecnologa clsica de la moderna. Sin embargo, debido a la enorme difusin de las tcnicas de manipulacin gentica, ambas acabaron superponindose, y fuera del contexto histrico resulta difcil distinguir el lmite entre ambas.

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Captulo I. Qu es la biotecnologa?

Por otro lado, como la definicin de un conjunto de actividades depende de los intereses de los grupos involucrados, muchas veces refleja la visin de los sectores profesionales predominantes. Por eso, si revisamos los textos de la dcada de 1980, aos en que la expresin biotecnologa comienza a difundirse, hallaremos ms de una docena de definiciones diferentes del trmino. Mencionamos a continuacin algunas de las defi-niciones ms frecuentes.

tOrganizacin para la Cooperacin y el Desarrollo Econmico (OCDE): la aplicacin de los principios de la ciencia y la ingeniera al tratamiento de materias por agentes biolgicos en la produccin de bienes y servicios (1982).tOficina de Evaluacin Tecnolgica (OTA, Office of Technology

Assessment): biotecnologa, en un sentido amplio, incluye cualquier tcnica que utilice organismos vivos (o parte de ellos) para obtener o modificar productos, mejorar plantas y animales, o desarrollar microor-ganismos para usos especficos (1984).tFederacin Europea de Biotecnologa (EFB, European Federation of

Biotechnology): uso integrado de la bioqumica, la microbiologa y la ingeniera gentica para poder aplicar las capacidades de microorganis-mos, clulas cultivadas animales o vegetales o parte de los mismos en la industria, en la salud y en los procesos relacionados con el medioam-biente (1988).tE. H. Houwink: el uso controlado de la informacin biolgica (1989).tOrganizacin de la Industria Biotecnolgica (BIO, Biotechnology

Industry Organization): en un sentido amplio, biotecnologa es bio + tecnologa, es decir, el uso de procesos biolgicos para resolver proble-mas o hacer productos tiles (2003).

Se observa que, con el tiempo, el concepto adquiere una expresin ms simple. Las definiciones ms recientes ya no hacen referencia a los procesos tecnolgicos involucrados, tal vez porque adems de ser complejos y varia-dos, evolucionan muy rpidamente.

En este texto consideraremos a la biotecnologa de una manera amplia, definida como una actividad basada en conocimientos multidisciplinarios, que utiliza agentes biolgicos para hacer productos tiles o resolver proble-mas (Figura 1). Esta definicin engloba muchas de las actividades practicadas por ingenieros, qumicos, agrnomos, veterinarios, microbilogos, bilogos, mdicos, abogados, empresarios, economistas, etctera.

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Biotecnologa

FIGURA 1. El campo de la biotecnologa

4. EL IMPACTO DE LA BIOTECNOLOGA

No se trata de promesas o de perspectivas futuras: los productos y procesos biotecnolgicos forman parte de nuestra vida cotidiana, ofreciendo oportu-nidades de empleo e inversiones. Se trata de plantas resistentes a enferme-dades, plsticos biodegradables, detergentes ms eficientes, biocombustibles, procesos industriales menos contaminantes, adems de centenas de ensayos de diagnstico y medicamentos nuevos (Tabla 1).

5. BIOTECNOLOGA Y DESARROLLO

Por tratarse de un conjunto de tecnologas de varios tipos, el uso de las bio-tecnologas no se restringe necesariamente a los pases desarrollados. Existe un espacio que los pases emergentes pueden ocupar, en funcin de sus riquezas naturales, siempre que existan prioridades econmicas y polticas definidas cla-ramente. La condicin fundamental es contar con instituciones competentes que formen una masa crtica de investigadores y personal tcnico entrenado.

China e India cuentan hoy con una industria biotecnolgica avanza-da y diversificada. Tambin Amrica Latina, donde se concentra princi-palmente en Argentina, Brasil, Chile, Colombia, Cuba y Mxico. Pases como Uruguay y Venezuela tambin tienen actividad en algunas reas, as como, en menor escala, Ecuador, Costa Rica, Paraguay, Per y Bolivia. En la regin, unas 500 empresas inciden en varios sectores: medioambiente e industria, agroalimentos y pecuaria, salud animal y humana.

Ciencia y tecnologa

Conocimientos

Organismos, clulas, organelas, molculas

Agentes biolgicos

Hacer productos tiles Resolver problemas

Biotecnologa

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Captulo I. Qu es la biotecnologa?

As y todo, la biotecnologa suscita opiniones y sentimientos encon-trados. Mientras algunos sectores la perciben como una tecnologa basada en un slido conocimiento cientfico, para otros se trata de una actividad antinatural y peligrosa. El enfrentamiento de partidarios y opositores ocurre con menos frecuencia en el terreno de las razones que en el de las pasiones, sean estas polticas, religiosas o ideolgicas. Al discutir si la biotecnologa es progresista o reaccionaria, buena o mala, se olvida que lo que caracteriza a una tecnologa es el uso que hacemos de ella.

Algunos productos y procesos que eran impensables hace treinta aos entran en nuestra vida cotidiana sin que sus bases cientficas y tecnolgicas hayan penetrado en nuestra cultura a travs de una divulgacin amplia que

TABLA 1. Productos y servicios de origen biotecnolgico, en diferentes sectores

Sector Tipos de productos o servicios

Energa Etanol, biogs y otros combustibles (a partir de biomasa).

Industria Butanol, acetona, glicerol, cidos, vitaminas, etctera. Numerosas enzimas para otras industrias (textil, detergentes,etctera).

Medioambiente Recuperacin de petrleo, biorremediacin (tratamiento de aguas residuales y de basura, eliminacin de contaminantes).

Agricultura Abono, silaje, bioinsecticidas, biofertilizantes, plantines libres de enfermedades, plantines de rboles para reforestacin.Plantas con nuevas caractersticas incorporadas (transgnicas)para mayor valor nutritivo, resistencia a plagas y a condicionesde cultivo adversas (sequa, salinidad, etctera).

Pecuaria Embriones, animales con caractersticas nuevas (transgnicos), vacunas y medicamentos para uso veterinario, hormonas.

Alimentacin Panificacin (panes y bizcochos), lcteos (quesos, yogures y otras bebidas lcteas), bebidas (cervezas, vinos y bebidas destiladas) y aditivos diversos (salsa de soja, glutamato de sodio, edulcorantes, etc.); protena unicelular (PUC) para raciones, alimentos de origen transgnico con propiedades nuevas.

Salud Antibiticos y medicamentos para diversas enfermedades,hormonas, vacunas, reactivos y pruebas de diagnstico, etctera.

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Biotecnologa

abarque tambin todos los niveles del sistema educativo. No existe ninguna posibilidad de construir una sociedad moderna si sus integrantes ignoran los aspectos ms generales de la ciencia y la tecnologa. El desconocimiento aumenta el riesgo de rechazar tecnologas promisorias que pueden abrir nuevas perspectivas de desarrollo sostenible en reas tan crticas como la salud, la produccin de alimentos, la energa y el medioambiente.

La propuesta de este libro es revisar los fundamentos de las biotecnolo-gas y mostrar cmo se aplican en diversos sectores productivos de la socie-dad, destacando como ejemplos algunos emprendimientos latinoamericanos exitosos. Esperamos que sea de ayuda para todos los que nos interesamos por los alcances de esta fascinante (r)evolucin tecnolgica.

6. HISTORIA DE LA BIOTECNOLOGA

AntigedadPreparacin y conservacin de alimentos y bebidas por fermen-tacin (pan, queso, cerveza, vino y vinagre); cultivo de plantas (papa, maz, cebada, trigo, etc.); domesticacin de animales; tratamiento de infecciones (con productos de origen vegetal como el polvo de crisantemo y derivados de soja fermentada).

Edad Media

Siglo XII Destilacin del alcohol.

Edad Moderna

Siglo XVI Cronistas registran que los aztecas recolectaban algas para la alimentacin, en los lagos del centro de Mxico.

Siglo XVII Inicio de la produccin comercial de cerveza; extraccin de metales por accin microbiana en Espaa; cultivo de hongos en Francia; Hooke descubre la existencia de clulas (1665).

Siglo XVIII Invento de la mquina a vapor (1752). A partir de 1750 crece el cultivo de leguminosas en Europa y se difunde la prctica de rotacin de cultivos, aumentando la productividad y mejorando el uso de la tierra.

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Captulo I. Qu es la biotecnologa?

Edad Contempornea

1797 Jenner inmuniza a un nio con un virus que lo protege contra la viruela.

1809 Appert utiliza el calor para esterilizar y conservar comida, proce-so que ser utilizado en las campaas napolenicas.

1835 a 1855 Schleiden, Schwann y Virchow enuncian la teora celular.

1863 a 1886 Pasteur inventa un proceso, la pasteurizacin, para conservar alimentos sin alterar sus propiedades organolpticas (1863), derriba la teora de la generacin espontnea (1864), investiga las enfermedades del gusano de seda (1865), identifica a la leva-dura como el agente responsable de la fermentacin alcohlica (1876), usa microorganismos atenuados para obtener vacunas contra el ntrax y el clera (1881), realiza las primeras pruebas con una vacuna contra la rabia (1881). Paralelamente, Koch inicia el desarrollo de tcnicas fundamentales para el estudio de los microorganismos (1876) y enuncia cuatro postulados sobre los agentes infecciosos como causa de las enfermedades. En 1865 Mendel presenta su trabajo Experiencias de hibridacin en plantas.

1887 Se inaugura en Pars el Instituto Pasteur.

1892 Se descubre el virus del mosaico del tabaco; introduccin del tractor en la agricultura.

1897 Bchner demuestra que las enzimas extradas de la levadura pueden transformar el azcar en alcohol.

1899 Primer trasplante de un rgano: un rin de un perro a otro.

1900 Redescubrimiento de las leyes de la herencia, ya enunciadas por Mendel en 1865 y luego olvidadas.

1905 Se realiza el primer trasplante de crnea con xito, porque la crnea no tiene antgenos.

1906 Ehrlich descubre el primer agente quimioteraputico, llamado Salvarsan, que sera utilizado contra la sfilis.

1910 En Manchester, Inglaterra, comienza la introduccin de sistemas de purificacin de cloacas basados en la actividad microbiana.

1912 a 1914 Rhm obtiene la patente de una preparacin enzimtica para el lavado de la ropa. Weizmann consigue producir acetona y butanol usando microorganismos.

1915 Morgan publica su libro Mecanismos de la herencia mendeliana.

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Biotecnologa

1916 Se logra inmovilizar enzimas, facilitando su empleo en procesos industriales.

1918 Ms de veinte millones de personas mueren de gripe espao-la, un nmero de vctimas superior al de la Primera Guerra Mundial. Se construyen los primeros biodigestores para la pro-duccin de metano (China e India).

1919 El ingeniero agrnomo hngaro Ereky utiliza por primera vez la palabra biotecnologa.

1927 Muller descubre que los rayos X causan mutaciones.

1928 F. Griffith descubre la transformacin, es decir, la transferencia de informacin gentica de una cepa bacteriana a otra.

1933 Comercializacin de semillas de maz hbrido, un maz ms productivo.

1936 Obtencin de cido ctrico por fermentacin.

1938 En Francia, produccin comercial de un bioinsecticida (Bacillusthuringiensis).

1940 a 1950 Avances en la mecanizacin del trabajo agrcola.

1944 Produccin a gran escala de la penicilina (descubierta por Fleming en 1928 y desarrollada por Florey y Chain).

1951 Inseminacin artificial de ganado usando semen congelado. McClintock descubre la presencia de genes saltarines en maz.

1953 Watson y Crick proponen un modelo para la estructura del ADN.

1959 Reinart regenera plantas de zanahoria a partir de un cultivo de clulas (callo).

1960 Aumento de la produccin de cido lctico, cido ctrico, aceto-na y butanol por fermentacin.

1961 Descubrimiento del cdigo gentico. La empresa danesa Novo produce una proteasa alcalina para uso en jabones para lavar ropa.

1962 Comienza en Mxico la siembra de nuevas variedades de trigo ms productivas, iniciando lo que se conocera despus como Revolucin Verde.

1967 Se realiza el primer trasplante de corazn en Sudfrica. El paciente sobrevive 18 das.

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Captulo I. Qu es la biotecnologa?

1968 Produccin industrial de aminocidos utilizando enzimas inmo-vilizadas.

1973 Luego de desarrollar tcnicas de corte y ligacin del ADN, Cohen y Boyer transfieren un gen de una especie a otra. Se lanza en Brasil el programa de produccin de alcohol a partir de biomasa (Pr-lcool).

1975 Kohler y Milstein desarrollan la tecnologa de hibridomas y obtienen anticuerpos monoclonales. Novo produce jarabe de alta fructosa por va enzimtica, para ser usado como edulcorante alternativo a la sacarosa. La Conferencia de Asilomar solicita al Instituto Nacional de Salud (NIH, National Institute of Health) que se establezcan normas que reglamenten los experimentos con ADN recombinante, lo que sucedera meses ms tarde.

1977 Genentech, la primera empresa biotecnolgica fundada un ao antes por Boyer y Swanson, obtiene la protena somatropina (hormona de crecimiento) mediante la tecnologa de ADN recombinante.

1978 Nace el primer beb de probeta, en Inglaterra.

1980 La Corte Suprema de Justicia de Estados Unidos aprueba el principio de patentes para las formas de vida de origen recom-binante. Las primeras patentes son de Chakrabarty para un microorganismo para biorremediacin de petrleo y de Cohen y Boyer por el proceso de 1973. Mullis inventa la tcnica de reaccin en cadena de la polimerasa (PCR) cuya patente ser obtenida por Cetus en 1985 y vendida en 1991 a Hoffman-La Roche por 300 millones de dlares.

1981 Se obtienen las primeras clulas vegetales (callos) modificadas genticamente.

1982 Se inicia la comercializacin de la insulina humana de origen recombinante de Genentech. La empresa Eli Lilly obtiene una licencia y la vende con el nombre de Humulina. Se comercializa en Europa la primera vacuna de ADN recombinante para el ganado.

1983 Se obtienen las primeras plantas por ingeniera gentica (tabaco y petunia). Syntex Corporation recibe la aprobacin de la FDA (Food and Drug Administration) para un test para Chlamydiatrachomatis basado en anticuerpos monoclonales. Se asla el virus VIH en el Instituto Pasteur (Francia) y en el Instituto Nacional de Salud (NIH, Estados Unidos).

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Biotecnologa

1984 Jeffrey introduce la tcnica Fingerprint (huella gentica), que un ao despus sera utilizada por los tribunales para la iden-tificacin de sospechosos. Chiron clona y secuencia el genoma del virus VIH.

1986 La Agencia de Proteccin Ambiental (EPA, Enviromental Protection Agency) de Estados Unidos aprueba la liberacin de plantas de tabaco transgnicas. Un grupo de expertos en biose-guridad, de la Organizacin para la Cooperacin y el Desarrollo Econmico (OCDE), declara que la predictibilidad de los cam-bios genticos obtenidos por ingeniera gentica es frecuente-mente mayor que la correspondiente a las tcnicas tradicionales, y que los riesgos asociados a los organismos transgnicos pueden evaluarse de la misma manera que los riesgos asociados a los otros organismos. Se aprueba la primera vacuna biotecnolgica para uso humano, la Recombivax-HB, contra la hepatitis B.

1987 La Advanced Genetic Sciences libera a campo bacterias recom-binantes que inhiben la formacin de hielo en cultivos de frutilla, en California; la FDA aprueba el factor activador del plasmingeno obtenido por ingeniera gentica, para el trata-miento de ataques cardacos.

1988 Se patenta un ratn transgnico, desarrollado especialmente por la Universidad de Harvard para el estudio del cncer. En la misma dcada los europeos obtienen la patente de otro ratn transgnico sensible a sustancias carcinognicas. Genencor International Inc. consigue la patente de un pro-ceso que permite producir enzimas (proteasas) resistentes a blanqueadores (proceso bleach) para la fabricacin de jabones para lavar la ropa.

1989 Se inicia el mapeo del genoma humano con la creacin del Centro Nacional de Investigacin del Genoma Humano.

1990 Primera experiencia de terapia gnica para una enfermedad rara (ADA), en una nia de cuatro aos. Pfizer comercializa Chy-Max, una enzima recombinante para la preparacin de quesos. GenPharm International, Inc. obtiene una vaca transgnica que produce en la leche protenas humanas para alimentacin infantil.

La Universidad de California y la de Stanford suman 100 patentes relacionadas con la metodologa del ADN recombinante.

1992 Cientficos norteamericanos y britnicos elaboran una tcnica que permite detectar anormalidades, como la fibrosis qustica y la hemofilia, en embriones in vitro.

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Captulo I. Qu es la biotecnologa?

1993 Se aprueba el empleo de la hormona de crecimiento bovina rBGH/rBST de Monsanto, para aumentar la produccin de leche.

1994 Se lanza al mercado el tomate FlavSavr, que por la inactivacin de un gen puede madurar en la planta.

1995 Se descifra el primer genoma de una bacteria, Haemophilusinfluenzae.

1996 Se completa la secuenciacin del primer genoma de un organis-mo eucarionte, la levadura Saccharomyces cerevisiae. Se desarrolla el primer GeneChip (Stanford, Affymetrix).

1997 En el Instituto Roslin (Gran Bretaa) nace Dolly, una oveja clonada, y ms tarde una segunda oveja, Polly, clonada y gen-ticamente modificada.

1998 Hay ms de 1.500 empresas de biotecnologa en Estados Unidos y ms de 3.000 en el mundo. Se emplean clulas madre embrio-narias para regenerar tejidos. Se secuencia el primer genoma animal, el del gusano Caenorhabditis elegans.

1999 Se completa la secuencia del primer cromosoma humano.

2000 F. Collins, del Consorcio del Genoma Humano, y C. Venter, de Celera, anuncian simultneamente la obtencin del borrador del genoma humano. Se completa la secuencia del genoma de la mosca Drosophila melanogaster, de una planta (Arabidopsisthaliana) y, en Brasil, de una bacteria que ataca a los ctricos (Xylella fastidiosa).

2001 Se completa el borrador de la secuencia del genoma humano, publicado simultneamente en las revistas Science y Nature. Se secuencian los genomas de plantas de inters agronmico (arroz, banana) para los pases en desarrollo. Se secuencian genomas de bacterias de importancia agronmica.

2002 Se completa el borrador del proteoma funcional de la levadura; secuenciacin del genoma del agente y del vector que transmite la malaria; se identifican ms de 200 genes involucrados en la diferenciacin de las clulas madre; se descubre la participacin de molculas de ARN en la regulacin de varios procesos celulares.

2003 Se vende como mascota el GloFish, un pez transgnico que brilla en la oscuridad, originalmente diseado para detectar contaminantes. Clonan varios tipos de animales y de especies amenazadas de extincin.

2004 Entran al mercado nuevos ensayos de diagnstico y medicamen-tos como el Avastin (bevacizumab).

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Biotecnologa

2006 Un grupo de investigadores liderado por S. Yamanaka consigue inducir la pluripotencialidad celular (iPS).

2007 Las autoridades europeas de seguridad alimentaria concluyen que los genes marcadores de resistencia a los antibiticos no representan riesgos relevantes para la salud animal o humana, o para el medioambiente.

2008 Investigadores japoneses desarrollan la primera rosa azul, gen-ticamente modificada.

2010 Es autorizado en la Unin Europea el cultivo de la papa Amflora (BASF) para uso industrial. Investigadores del Instituto J. Craig Venter construyen la primera clula sinttica.

PRIMERA PARTE

FUNDAMENTOS DE LA BIOTECNOLOGA

Los agentes biolgicos

Captulo II. Las clulas y los cromosomas

1. LA CLULA COMO UNIDAD DE LOS SERES VIVOS

Unidad estructural

La clula es la unidad estructural de los seres vivos. Sean bacterias, amebas, espermatozoides o neuronas, las clulas estn formadas por agua, iones inorgnicos y molculas orgnicas (protenas, carbohidratos, lpidos y cidos nucleicos). Todas ellas presentan una membrana plasmtica que separa al citoplasma del medio externo y permite el intercambio de molculas entre ambos.

Las clulas procariotas se encuentran exclusivamente en el Reino Monera. Pequeas (0,001 a 0,005 mm) y con requerimientos nutricionales simples, estas clulas se multiplican rpidamente. La informacin gentica se encuentra en un cromosoma circular, formado por una molcula de ADN y asociado a una invaginacin de la membrana plasmtica (mesosoma). Tambin se pueden encontrar pequeas molculas circulares adicionales (plsmidos). Hay numerosos ribosomas que aseguran la sntesis proteica (Figura 1, A).

La estructura de las clulas eucariotas es mucho ms compleja, y se las encuentra en los cuatro reinos restantes (Protista, Fungi, Plantae y Animalia). Con un tamao que vara entre 0,01 y 0,10 mm, estas clulas son diez veces ms grandes que las procariotas. La presencia de compartimientos diferenciados (organelas) que cumplen actividades especficas resulta en una subdivisin del trabajo, que garantiza la eficiencia del funcionamiento de la clula (Figura 1, B y C).

El citoplasma es atravesado por un sistema de membranas, el retculo endoplasmtico, que a su vez est asociado a los ribosomas y, por consi-guiente, a la sntesis de protenas. Los productos celulares son procesados en el aparato de Golgi y luego secretados o distribuidos en otras estructuras (lisosomas, membrana celular). Hay organelas citoplasmticas complejas y rodeadas de membranas, como las mitocondrias, los cloroplastos y los peroxisomas, que estn asociadas al metabolismo energtico. El citoesque-

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42

Biotecnologa

leto, formado por tbulos y filamentos proteicos, mantiene la forma de la clula, adems de asegurar el transporte interno de las organelas y de los movimientos celulares.

La informacin gentica est distribuida en cromosomas, cada uno de ellos formado por una molcula lineal de ADN asociada a protenas. Los cromosomas y el nucleolo se encuentran en el ncleo, que funciona como un centro de control celular. La membrana nuclear, un envoltorio con poros que separa al ncleo del citoplasma, permite el intercambio de sustancias entre ambos.

A pesar de tener una organizacin muy parecida, las clulas animales difieren de las clulas vegetales en algunos aspectos. En las clulas vegetales encontramos una pared celular alrededor de la membrana plasmtica; el cito-plasma contiene cloroplastos, donde ocurre la fotosntesis, y grandes vacuo-las donde se almacenan sustancias y degradan macromolculas. Ninguna de estas estructuras se observan en las clulas animales; estas tienen un centrolo que falta en las clulas vegetales (Tabla 1).

FIGURA 1. Representaciones esquemticas de la estructura celular

A. Clula bacteriana (procariota)

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Fimbrias o pili

Cpsula

Ribosomas

Pared celular

Membrana plasmtica

Regin nucleoide (ADN)

Mesosoma

Flagelos

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Captulo II. Las clulas y los cromosomas

Unidad funcional

La clula es tambin la unidad funcional de un organismo. En la solucin viscosa del citoplasma ocurren continuamente reacciones de sntesis y degradacin de sustancias, que consumen o liberan energa. Estas reacciones constituyen lo que denominamos metabolismo.

Las reacciones metablicas son facilitadas por protenas con actividad cata-ltica, denominadas enzimas. Como las protenas estructurales, las enzimas se sintetizan en los ribosomas, que son pequeos componentes citoplasmticos, no membranosos. La estructura de las protenas depende de la informacin gentica codificada en el cido desoxirribonucleico (ADN) y transcripta en el cido ribonucleico (ARN) que la lleva del ncleo hasta el citoplasma.

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Retculo endoplasmtico

Lisosoma

Nuclolo

NcleoCitoesqueleto

Mitocondria

Ribosomas

Centrolo

Membrana plasmtica

Citoplasma

Aparato de Golgi Cromosomas

Peroxisoma

Ribosomas

MitocondriasNuclolo

Cloroplastos

Citoplasma

Citoesqueleto

Vacuola

Aparato de Golgi

Ncleo Retculo endoplasmtico

Pared celular

Cromosomas

C. Clula animal (eucariota)

B. Clula vegetal (eucariota)

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Biotecnologa

Estructura Funcin Clulabacteriana

Clulaanimal

Clulavegetal

Pared celular Mantenimiento de la formay proteccin de la clula

Presente o ausente Ausente Presente

Membranaplasmtica

Mantenimiento de la estabilidad del mediointracelular; control del intercambio entre la clulay el medio extracelular

Presente Presente

Carioteca omembranacelular

Control del flujo de sustan-cias membrana nuclear entre el ncleo y el citoplasma

Ausente Presente

Cromosoma(s) Control de la estructura y funcin celular

nico y circular;

solo ADN

Mltiples y lineales;ADN y protenas

Nuclolo(s) Formacin de ribosomas Ausente Presente

Centrolos Formacin de cilias y flagelos; participacin en la divisin celular

Ausentes Presentes Ausentes

Ribosomas Sntesis de protenas Presentes

Retculoendoplasmticorugoso

Sntesis de protenas

Ausente PresenteRetculoendoplasmticoliso

Sntesis de lpidos;almacenamiento e inactivacin de sustancias

Complejode Golgi

Secrecin celular

Vacuola central Equilibrio osmtico y almacenamiento Ausente Presente

Lisosomas Digestin intracelular Ausentes Presentes Ausentes

Mitocondrias Respiracin celular aerobia Ausentes Presentes

Cloroplastos Fotosntesis Ausentes Presentes

Citoesqueleto Mantenimiento de la formacelular; contraccin; anclajede organelas

Ausente Presente

TABLA 1. Funcin y distribucin de las estructuras celulares

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Captulo II. Las clulas y los cromosomas

Las semejanzas estructurales y funcionales de las clulas provienen de un origen evolutivo comn, aproximadamente 3,8 millones de aos atrs. Los dos tipos celulares que reconocemos hoy, las clulas procariotas y las eucariotas, aparecieron entre un milln y 1,5 millones de aos ms tarde.

2. TCNICAS DE LABORATORIO

El estudio de las clulas se ve facilitado por un conjunto de tcnicas de labo-ratorio a las que nos referimos a continuacin.

Tcnicas de microscopa que permiten una visualizacin detallada de la clula.tMicroscopa ptica, que se utiliza para observar cortes de tejidos. Gene-

ralmente, estos se fijan (con alcohol, cido actico, formaldehdo) y tien con colorantes que reaccionan con las protenas o con los cidos nucleicos, aumentando el contraste de la imagen.tMicroscopa de contraste de fase, que transforma las diferencias de gro-

sor o la densidad del fragmento observado en diferencias de contraste.tMicroscopa de fluorescencia, que asocia anticuerpos especficos a un

reactivo como la GFP (protena verde fluorescente de medusa), para marcar las molculas y visualizar su distribucin en las clulas.tMicroscopa confocal, que combina la microscopa de fluorescencia

con el anlisis electrnico de la imagen, brindando una imagen tridi-mensional.tMicroscopia electrnica, que permite la observacin en un plano de

cortes teidos con sales de metales pesados (microscopa de transmi-sin) y la observacin tridimensional de las clulas (microscopa de barrido).

Tcnicas fsicas como la centrifugacin diferencial (ultracentrifugacin, centri-fugacin en gradiente) que permiten separar los componentes celulares para estudios bioqumicos posteriores.

Tcnicas instrumentales que posibilitan el conteo de clulas y la separacin de poblaciones celulares (cell sorter) o de cromosomas (flow sorter).

Tcnicas de cultivo de clulas, con diversos objetivos.

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Biotecnologa

3. TODA CLULA PROVIENE DE OTRA PREEXISTENTE

As como una planta se forma a partir de otra planta y un animal de otro animal, toda clula deriva de otra preexistente. Este concepto, enunciado por R. Virchow en 1855, no fue plenamente aceptado hasta diez aos ms tarde cuando L. Pasteur mostr experimentalmente que la proliferacin de micro-organismos en un medio orgnico estril se debe a su contaminacin con los microorganismos presentes en el aire. Al encontrar un medio propicio, estos se multiplican rpidamente.

Todo organismo multicelular se forma por multiplicacin de una nica clula, huevo o cigota. Las contribuciones de los genes maternos y paternos para el desarrollo del embrin no son idnticas (imprinting). Las clulas embrionarias se diferencian, formando ms de 200 tipos de clulas en animales, y un poco menos en las plantas. Los diferentes tipos celula-res cumplen funciones especficas que, integradas, aseguran la unidad del organismo.

En los vegetales, la persistencia de tejidos embrionarios totipotentes (meristemas) en la planta adulta permite el crecimiento y regeneracin durante toda la vida del organismo. En condiciones apropiadas, las clulas especializadas pueden revertir a un estado no diferenciado y regenerar un organismo completo y diferenciado. En estas propiedades se basa la propa-gacin de plantas in vitro.

En los animales superiores, la totipotencia se restringe a las clulas del embrin con menos de cuatro das, que son las nicas capaces de regenerar un organismo entero. En el embrin de ms de cuatro das, algunas clulas internas del blastocisto (clulas madre embrionarias) son pluripotentes, es decir, pueden originar a todos los tejidos del organismo (Figura 2).

Las clulas madre tambin se encuentran en tejidos adultos (mdula sea, sangre, crnea y retina, pulpa dentaria, hgado, piel, tracto digestivo y pncreas). Estas clulas pueden permanecer en los tejidos multiplicndose durante largos perodos de tiempo, sin que ocurra la diferenciacin.

En determinadas condiciones fisiolgicas, estas clulas madre adultas originan clulas especializadas de varios tipos, asegurando el mantenimiento y la reparacin del tejido donde se encuentran. Es a partir de un nico tipo de clula madre multipotente de la mdula sea, por ejemplo, que se forman todas las clulas sanguneas (eritrocitos, leucocitos y plaquetas).

Finalmente, existen otras clulas madre que son unipotentes y se dife-rencian en un nico tipo celular como, por ejemplo, los queratinocitos de la piel.

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Captulo II. Las clulas y los cromosomas

En la actualidad, se estn desarrollando varias aplicaciones teraputicas de las clulas madre adultas. El progreso es ms lento con las clulas madre embrio-narias, que son objeto de controversia. Existen dos formas de obtenerlas, una de ellas a partir de los embriones supernumerarios conservados en las clnicas de fertilizacin asistida, la otra a partir de embriones formados por transferencia nuclear a un ovocito enucleado. Ambos mtodos han generado debates ticos, tanto en relacin al estatus del embrin como al origen de los ovocitos.

La polmica comienza a amainar con el desarrollo de una tecnologa que permite obtener, a partir de clulas somticas, clulas iPS (del ingls, inducedpluripotent stem cells) con propiedades equivalentes a las de las clulas madre embrionarias. La pluripotencialidad, que es inducida por insercin de algu-nos genes en clulas adultas, representa un paso importante para acabar con la necesidad de utilizar embriones congelados.

Adems de aumentar nuestro conocimiento sobre el control gentico de la diferenciacin celular, la tecnologa de reprogramacin celular abre nuevos caminos para la implementacin de ensayos, medicamentos y tratamientos nuevos. Es probable que la medicina regenerativa llegue en breve a aplicarse al tratamiento de varias enfermedades (diabetes, enfermedades cardacas, enfermedades neurodegenerativas).

4. LOS CROMOSOMAS

Cada cromosoma est formado por un filamento de ADN enrollado, a inter-valos regulares, sobre protenas (histonas). En la mayor parte del ciclo celular

Espermatozoide

vulo

Cigota

Masa interna de clulas

Blastocisto(corte)

Cultivo de clulas-madre embrionarias

Clulas de msculo cardaco

Clulas de mdula sea

Clulas de pncreas

5 a 7 das

FIGURA 2. Diferenciacin de las clulas madre embrionarias en diferentes tipos celularesLas clulas madre pueden extraerse del blastocisto y cultivarse in vitro. En condiciones experimentales adecuadas, se diferencian en los distintos tipos celulares

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Biotecnologa

los cromosomas se encuentran distendidos, formando una red de filamentos finos (cromatina). Durante la divisin celular, la cromatina se condensa, posibilitando la observacin de los cromosomas al microscopio. Desde el punto de vista morfolgico, los cromosomas se caracterizan por el tamao y la posicin del centrmero, una constriccin que divide al cromosoma en dos brazos.

El nmero de cromosomas n es constante en todos los individuos de una misma especie; n = 4 en Drosophila melanogaster y n = 23 en el hombre, por ejemplo. Como en las clulas somticas los cromosomas se encuentran siempre de a pares, en la especie humana el nmero de cromosomas (2n) es de 46, y un par determina el sexo. Los cromosomas sexuales son idnticos en la mujer (46, XX) y diferentes en el hombre (46, XY). En otras especies, la determinacin del sexo sigue mecanismos diferentes.

Un poco antes de la divisin celular, los cromosomas se duplican, de manera que cada una de las clulas hijas reciba 2n cromosomas. La mitosis mantiene constante el nmero de cromosomas en las clulas somticas de los individuos de una misma especie. En cambio, en las clulas sexuales, la meio-sis reduce a la mitad (n) el nmero de cromosomas; en la fecundacin, la fusin de las gametas restaurar el nmero 2n propio de la especie. Durante la meiosis, el entrecruzamiento de los cromosomas permite el intercambio y recombinacin de los genes (Figura 3).

Durante la formacin de las gametas, ciertos errores en la disyuncin de los cromosomas pueden dar origen a individuos con frmulas cromosmicas alteradas. En el sndrome de Down, por ejemplo, la persona presenta gene-ralmente un cromosoma 21 adicional (mujeres 47, XX + 21; hombres 47, XY + 21). Se estima que el porcentaje de recin nacidos con alguna anomala cromosmica estara en torno del 0,85%, de los cuales nicamente algunos presentaran algn sntoma.

Las alteraciones cromosmicas tambin pueden estar relacionadas con algunos tipos de cncer. En la leucemia mieloide crnica, por ejemplo, se observa la traslocacin recproca de dos pedazos de los cromosomas 9 y 22. Es frecuente encontrar alteraciones en el nmero de cromosomas de las clulas cancerosas.

5. TEORA CROMOSMICA DE LA HERENCIA

En 1865, Gregor Mendel present su trabajo Experiencias de hibridacin en plantas, en el que reuna los resultados de experimentos realizados con

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Captulo II. Las clulas y los cromosomas

arvejas (Pisum sativum) durante siete aos, en el jardn del monasterio agosti-no de Brno (Moravia, Repblica Checa). El trabajo pas casi desapercibido, pero gracias a su publicacin, un ao despus, en los Anales de la Sociedad de Historia Natural, acab siendo distribuido en varias bibliotecas de Europa y Amrica.

MEIOSIS MITOSIS

Duplicacin del ADN

Permuta

Primera divisin

Segunda divisin

Duplicacin del ADN

FIGURA 3. Mitosis y meiosisDurante la meiosis, el intercambio de fragmentos cromosmicos homlogos posibilita la recombinacin de los genes

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Biotecnologa

En el texto figuran algunas generalizaciones. La primera, conocida como Primera Ley de Mendel, Ley de Segregacin o Monohibridismo, se refiere a la segregacin de los factores (alelos) de un caracter (un gen) en la formacin de las gametas. La segunda, conocida como Segunda Ley de Mendel, Ley de la Segregacin Independiente o Dihibridismo, se refiere a la segregacin de los factores (alelos) de dos o ms caracteres (dos o ms genes) independientes en la formacin de las gametas.

En 1900, despus de arribar de manera independiente a conclusiones semejantes, los investigadores K. Correns, E. von Tschermak y H. de Vries redescubrieron en las bibliotecas el trabajo de Mendel. En ese intervalo de 35 aos se haba descrito la divisin celular (mitosis, 1875; meiosis, 1890). El paso siguiente lo dieron Sutton y Boveri (1902), quienes sugirieron que los factores hereditarios de Mendel estaran en los cromosomas.

La confirmacin de esta hiptesis vino de los trabajos de T. H. Morgan y su brillante equipo de la Universidad de Columbia (Nueva York), con la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster (Figura 4). En 1910, despus de una serie de cruzamientos y de anlisis estadsticos, Morgan mostr que la herencia del color blanco del ojo del mutante white estaba asociada a la transmisin del cromosoma X, que determina el sexo.

Morgan y sus colaboradores identificaron muchos otros mutantes de Drosophila melanogaster con un modelo mendeliano de herencia. Adems de moscas con ojos blancos en lugar de rojos, encontraron otras con alas cortas en vez de largas, con cuerpo marrn o negro en lugar de amarillo, etc. Los genes correspondientes se clasifican en cuatro grupos de ligamiento, y cada uno de ellos est asociado a uno de los cuatro pares de cromosomas de la Drosophila.

Como durante la meiosis se producen intercambios entre segmentos cro