separata tema 1

2013

Biotecnología de Alimentos

Docente: E.A.P. Ingeniería Agroindustrial

Universidad Nacional de Moquegua

MSc. Nils L. Huamán Castilla

Primera Edición

Universidad Nacional de Moquegua

Facultad de Ingeniería

E.A.P. de Ingeniería Agroindustrial

Moquegua – Perú 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA CURSO: BIOTECNOLOGIA DE ALIMENTOSFACULTAD: INGENIERIA DOCENTE: NILS L. HUAMÁN CASTILLA

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I. INTRODUCCIÓN

La asignatura de Biotecnología de Alimentos brinda la oportunidad de acercar al

alumno al sector industrial de la producción de alimentos mediante el empleo de

microorganismos definiendo su importancia y su gran efecto de cambio en el sector

agroindustrial.

Se trata fundamentalmente de conocer los procesos de producción de los principales

alimentos fermentados, como son el yogurt, queso, vino, cerveza, vinagre, entre otros,

no dejando de lado a los organismos que los llevan a cabo y las mejoras a nivel génico

realizadas en los mismos.

La utilización apropiada de la biotecnología ofrece considerables posibilidades para

mejorar la seguridad alimentaria. Varias de estas tecnologías de proceso referidas

anteriormente, se utilizan ya sin riesgos empleando cultivos y/o cepas que permiten

optimizar tiempos de proceso. Sin embargo, ante los riesgos potenciales de los

organismos modificados genéticamente para la salud humana y para el medio ambiente,

es necesario actuar con cautela a la hora de introducirlos. Por otra parte, debido a que el

fomento de la biotecnología está en gran medida en manos de empresas comerciales,

hay que hacer todo lo posible para que lleguen sus beneficios a los pequeños

productores de tal forma que permita el desarrollo de la región.


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II. APUNTES DE CLASE

2.1 Biotecnología:

Existen varios conceptos que pueden definir a la Biotecnología, siendo los más

resaltantes los siguientes:

Según el Convenio sobre la diversidad biológica de 1992, la biotecnología es “Toda

aplicación tecnológica que utiliza sistemas biológicos de organismos vivos o sus derivados

para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos”. Aquí

están comprendidas incluso las técnicas tradicionales para la fabricación de vino y queso.

Sin embargo, por biotecnología moderna se entiende en general la modificación de

organismos vivos (plantas, animales terrestres y peces) mediante la manipulación de los

genes.

Hay dos tipos principales de procesos biotecnológicos. En el primero se utiliza la

información genética para acelerar y potenciar el mejoramiento tradicional de las plantas y

los animales. En el segundo (y más avanzado) se modifica la dotación genética de una

planta o un animal para crear un nuevo organismo.

Para el primer proceso biotecnológico podemos poner como ejemplo la investigación

que se está realizando en la República Árabe Siria para mejorar la tolerancia de las lentejas

al frío. Ya que en lugar de efectuar cruzamientos entre variedades de lentejas, luego

hacerlas crecer lentamente y verificar su rendimiento hasta que surja un tipo mejorado, lo

que podría llevar varios años de investigación los científicos están acelerando el proceso

mediante el uso de la selección asistida por marcadores, a fin de identificar los genes de las

lentejas que son tolerantes al frío. Luego utilizarán la variedad que contiene ese gen en

programas de mejoramiento tradicionales.


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Para el segundo proceso biotecnológico podemos citar las investigaciones realizadas

hacia la obtención de cultivos resistentes a los insectos ya que es un ejemplo del segundo.

Los científicos obtienen cultivos modificados genéticamente, como algodón, maíz y

quinua, mediante la introducción de un gen de una bacteria o una planta aromática para el

caso de la quinua. Las nuevas variedades producen una toxina letal para los insectos u otro

tipo de plagas, reduciendo así la necesidad de plaguicidas.

Figura 1. Arriba Salmon del Atlantico común, abajo Salmon trabajado

biotecnológicamente lo que muestra las posibilidades de la biotecnología para aumentar el

suministro de alimentos. (Chemestry & industry, 2009)

Algunas otras definiciones de biotecnología incluyen:

Utilizar un organismo vivo o sustancia que este produzca con fines

comerciales (Ramón et al., 2006)

Una variedad de tecnologías moleculares como la manipulación de genes, la

transferencia de genes, la tipificación del ADN y la clonación de plantas y

animales (FAO, 2001ª).

Toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos

vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos

para usos específicos.

Sin embargo es de nuestro interés definir BIOTECNOLOGIA ALIMENTARIA, pues

este termino con lleva a 2 conceptos:

Modificación directa del DNA de plantas, animales o microorganismos

(GMOs)


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Utilización de microorganismos o productos microbianos como alimento o

aditivo alimentario.

Es necesario recalcar que la biotecnología alimentaria tuvo que pasar por varias

etapas o decenios de tecnología agrícola, el cual detallamos en el Cuadro 1.

Cuadro 1: Avances de la tecnología Agrícola

Tecnología Etapa Intervenciones genéticas

Tradicional Unos 10 000 años

a.C.

Las civilizaciones aprovechan la diversidad biológica natural,

domestican plantas y animales, comienzan a seleccionar material

vegetal para su propagación y animales para su mejoramiento

Unos 3 000 años

a.C.

Se fabrica cerveza y queso, se fermenta vino

Convencional. Final del siglo XIX Gregor Mendel identifica en 1865 los principios de la herencia,

sentando las bases para los métodos clásicos de mejora.

Decenio de 1930 Se obtienen cultivos híbridos comerciales

Decenio de 1940 a

decenio de 1960

Se aplica la mutagénesis, el cultivo de tejidos y la regeneración de

plantas. Se descubre la transformación y la transducción. Watson y

Crick descubren en 1953 la estructura del ADN. Se identifican los

transposones (genes que se separan y se mueven)

Moderna Decenio de 1970 Se inicia la transferencia de genes mediante técnicas de recombinación de ADN.

Se recurre al aislamiento y cultivo de embriones y a la fusión protoplasmática en la fitogenética y a la inseminación artificial en la reproducción animal.

Decenio de 1980 La insulina es el primer producto comercial obtenido mediante transferencia de genes.

Se recurre al cultivo de tejidos para la propagación en gran escala de plantas y al trasplante de embriones para la producción animal.

Decenio de 1990 Se aplica la caracterización genética a una gran variedad de organismos.

En 1990 se realizan los primeros ensayos de campo de variedades de plantas obtenidas mediante ingeniería genética, que se distribuyen comercialmente en 1992. Se obtienen vacunas y hormonas mediante ingeniería genética y se clonan animales.

Decenio de 2000 Aparecen la bioinformática, la genómica y la proteómica y la

Fuente: FAO (2009)


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2.2 Alimentos Transgénicos

La Ingeniería Genética permite aislar desde un organismo la secuencia de interés de

ADN y propagarlo en otro organismo, permitiendo obtener cantidades ilimitadas del

producto codificado por dicho gen. A este tipo de organismo nuevo se le conoce como

Organismo Genéticamente Modificado (OMGs).

Con respecto a los alimentos transgénicos, lo que se hace es buscar, en un ser vivo

(animal, planta, bacteria o virus) un gen que codifique una proteína; como podría ser una

enzima que intervenga en la maduración de los frutos o en la producción de un compuesto

inhibidor de multiplicación viral o de una característica estructural u organoléptica,

confiriéndole un aumento del contenido de un nutriente o una mayor tolerancia a un

herbicida. Este gen se introduce en el material genético del alimento que se desea mejorar o

modificar. Con esto se obtienen las características finales deseadas, sin tener que pasar por

lentos procesos de selección y cruces de cosechas y de animales que se venía realizando

tradicionalmente.

Sin embargo, las dos principales características genéticas introducidas en la

actualidad en la casi totalidad de los GMOs que se cultivan comercialmente son la

resistencia al glifosato (un herbicida) y la introducción del gen que codifica la producción

de la toxina Bt (proveniente del Bacillus thuringiensis) produciendo plantas biocidas. Estas

modificaciones genéticas no sólo no representan ninguna ventaja para los consumidores

desde el punto de vista nutricional, sino que sólo han facilitado un modelo de agricultura

industrializada y sin agricultores.

Efectos adversos

Sin embargo durante los últimos 5 o 6 años, se ha desatado un conflicto en relación

con los riesgos y beneficios para salud humana del consumo de los alimentos modificados

genéticamente (AMG). Esto ha llegado incluso a las esferas socioeconómicas y legales,

incrementándose notablemente en los últimos años. En concreto, el número de estudios

científicos sobre los riesgos toxicológicos y efectos adversos sobre la salud del potencial

consumo humano de los AMG, es muy escaso, ya que se necesita evaluar este aspecto en

futuras generaciones.


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2.3 ADN recombinante

Comenzaremos definiendo el ADN, Molécula orgánica compuesta por dos cadenas de

polinucleótidos enrolladas en forma de doble hélice (más o menos como un colocho).

Regula todo lo que pasa en la célula y mantiene las características hereditarias del ser vivo.

Tiende a enrollarse formando estructuras llamadas cromosomas, en unión con proteínas y

alguna cantidad de ARN. Estos están divididos en unidades llamadas genes.

La estructura del ADN se mantiene gracias a enlaces de hidrógeno entre las bases

nitrogenadas que se encuentran orientadas hacia el interior de las cadenas Los nucleótidos

están unidos entre sí por un grupo fosfato (ver Figura 2).

Figura 2. Estructura de ADN

La función del ADN es mantener a través de un código genético la información para

que ésta se exprese en una célula y se transmita a la descendencia durante el proceso de

reproducción celular, por medio de la replicación para formar dos nuevas dobles hélices

hijas.


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Tecnología del ADN recombinante

Aislamiento y manipulación de fragmentos de ADN de un organismo para

introducirlo en otro (ADN recombinante) ya que permite obtener cantidades ilimitadas que

llevará el gen deseado. El gen deseado puede introducirse en células de otros organismos

(vegetales, bacterias, animales) en donde se expresará dicho gen (Ver Figura 3).

Figura 3. Estructura del gen

El ADN Recombinante ofrece una gran variedad de técnicas que los biólogos

moleculares utilizan para manipular las moléculas de ADN uniendo segmentos de ADN en

un lugar fuera de la célula u organismo, para luego introducirlas en una célula y hacerlas

replicarse allí, por sí mismas, o después de haberse integrado en un cromosoma celular.

Proviene de la unión artificial de dos fragmentos de ADN. De esta manera podemos

hacer que un organismo (animal, vegetal, bacteria, hongo) o un virus produzcan una

proteína que le sea totalmente extraña.

Procedimiento

Obtención del ADN pasajero. Este ADN contiene el gen deseado.

Preparación del ADN pasajero. Se le coloca la secuencia de nucleótidos que

reconocen la enzima de restricción.


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Las enzimas de restricción son endonucleasas que cortan el DNA en sitios

específicos, cuando encuentran una secuencia de nucleótidos determinada, se

conocen más de 100 enzimas diferentes, cada una de ellas con un sitio de

reconocimiento distinto.

Constituyen una herramienta de gran precisión imprescindible para

fragmentar el DNA por sitios fijos. Permiten, por tanto, cortar el DNA en

fragmentos de manera específica, controlada y reproducible (ver Figura 4).

Figura 4. Enzimas de restricción

Unión del ADN pasajero al plásmido o vector. El plásmido debe tener una

secuencia que reconozca la enzima de restricción que estamos usando. Se abre

el plásmido con esta enzima y se le añade el ADN pasajero, obteniendo una

molécula de ADN recombinante.

Transformación. Las moléculas recombinantes son introducidas a la célula

huésped.

Para un mejor resumen del proceso de ADN recombinante ver la Figura 5.


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I I I . B I B L I O G R A F I A


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