Apuntes Biotecnologia

Unidad I

Introducción a la biotecnología

Introducción

Definición:

El uso de organismos vivos o parte de ellos para obtener productos, bienes o servicios de interés para el hombre.

Biotecnología moderna: aplicación comercial de organismos vivos y sus productos.

Son diversos los organismos que se utilizan y se obtienen una gran variedad de diferentes productos, bienes y servicios.

Organismos:

- Microorganismos

- Células vegetales

- Células animales

Productos que se obtienen:

- Alimentos: yogurt, crema, quesos, embutidos

- Bebidas:

o Alcoholicas: ron, tequila, brandy

o Otras: lácteos, café, jugos.

- Cosméticos

- Pinturas, lacas, tintes

- Solventes: alcohol, acetona, acidos

- Plantas

- Colorantes naturales

Bienes:

- Medicamentos: vacunas, insulina, anticanserigenos, antibióticos

- Kits o estuches de diagnostico

- Tratamientos de infertilidad

Servicios

- Tratamiento de aguas residuales

- Tratamiento de suelos contaminados

- Tratamiento de aire contaminado

Que impulsa la biotecnología: el factor que impulsa es el beneficio. Los biotecnologos buscan maximizar la eficiencia (obtener o hacer mas con menos)

Utilizada desde los comienzos de la historia:

- 6mil A.C. se fabrica cerveza por primera vez,, posteriormente pan y vino.

- 1928 descubrimiento de la penicilina (Alexander Fleming)

- 40’s oswald avery, demostró que el adn era responsable de la herencia en los seres vivos

- 53’ ADN Watson y crik

- 70’s desarrollo de la ing. Genética: se demostró que mediante modificación genética de E. coli, se pueden obtener insulina

- 88’ transformación genética en plantas

- 06 1ra vacuna fabricada en una planta.

Composición multidisciplinaria de la biotecnología

- Ciencias biológicas: Bioquímica, genética, inmunología, microbiología.

- Ciencias exactas: física, matemáticas, electonica

- Ingeniería: química, bioquímica, biomédicas, materiles

Conceptos básicos en biotecnología

Se distinguen 4 fases:

1. Fase lag: el mo se adapta a las nuevas condiciones y pone en marcha su maquinaria metabolica para poder crecer activamente.

La duracion de esta fase es variable y en general es mayor cuanto mas grande sea el cambio en las condiciones en las que se encuentra el microorganismo. Medio(tipo), edad del mo, concentracion del mo, volumen de inoculo

2. Fase exponencial: los microorganismos empiezan a reproducirce de 1, 2, 4, 8, 16.(metabolitos primarios)

3. Fase estacionaria: en la que no hay aumento neto del microorganismo (metabolitos secundarios)

4. Fase de muerte: en la que el numero de mo vivos disminuye de forma exponencial.

Cultivo batch:

- No hay intercambio de materia con los alrededores (salvo los gases).

- Se carga el biorreactor con los nutrientes y después se añade el inoculo con determinada cantidad de células viables

- El proceso termina cuando se agota el o los nutrientes limitantes

- El contenido del biorreactor es removido a lfinal del proceso

- Se lava y se esteriliza para un nuevo proceso

- Bajos tiempos de proceso

- Velocidad especifica de crecimiento microbiano

- Necesario para un cultivo continuo

- “se mete todo al mismo tiempo, es mas tardad, tal vez se cambia el pH”

Cultivo continuo:

- Es el cultivo balanceado mantenido por tiempo indefinido por un sistema de flujo que se compone de: una cámara de cultivo de volumen constante (a lo que llega un suministro de nutrientes, y de la que se eliminan o separan los productos toxicos de desecho).

- Se asume que: se tiene un mezclado homogéneo, la concentración de los nutrientes es la misma en tdodo el biorreactor.

- Aplicaciones: aportan una fuente continua de células en una sola fase: tener organismo en un edo fisiológico constante para estudios metabólicos, genéticos y microbiológicos.

Batch Continuo

Sencillo Mas coplejo

Fácil de operar Difícil de operación

Bajo costo Mayor costo

Menor probabilidad de contaminación Mayor probabilidad de contaminación y mutacion

Menor rendimiento Mayor rendimiento

Calidad mayor de productos

Se eliminan toxicos

Mas costeable

Cultivo batch alimentado (feed batch)

- Los sustratos se añaden escalonadamente a medida que progresa la fermentación.

- La formación de muchos metabolitos secundarios esta sometida a represión catabólica

- Por esta razón en el método alimenado los elementos críticos de la solución de nutrientes se añaden en pequeñas concentraciones al principio de la fermentación y continúan añadiéndose a pequeñas dosis durante la fase de producción.

Cultivo biostil (con recirculación de células).

- En un sistema continuo donde ha recirculación de células

- Se demostró que el rango optimo de recirculación en una fermentación alcohólica es de 50-60%

Etapas de proceso biotecnolgico: identificación de sustrato y producto, elegir biocatalizadores y cultivarlo:

Biocatalizar 1 organismo  cultivo de masa (inocular, conservar) proceso pH, T, S,[s],H2O, O2)

separar y purificar el producto

Operaciones biotecnológicas:

1. Elección de cultivo: seleccionar cepas mas adecuadas: obtención del producto deseado, sustratos baratos, rápido crecimiento, no toxico, baja tasa de mutacion. Requiere conocimientos: biológicos, técnicas quimicas

2. Cultivo en masa: propagación de organismos para: concervarlos, preparar inoculos

3. Respuesta celular: dar condiciones especificas para generar productos de interés, en forma mas pura posible y mas abundantes

4. Operación del proceso: ejecutar todas las etapas que se requieran, optimizando; seguridad, reproducibilidad, eficiencia

5. Recuperaciond e productos: costo bajo, aceptable ambientalmente

Aplicación de la biotecnología: salud, medio ambiente, alimentos, industria.

- Alimentos: mas nutritivos, mejoras en características organolépticas, mejor calidad, nutraceuticos, mas inoculos, aditivos

- Ganadería: identificar genes responsables de un atributo deseado, animales transgénicos (antibióticos, vitaminas y enzimas, resistencia, estudio de enferemedades), producción de nuevas vacunas, desarrollo de métodos de diagnostico.

- Agropecuario: resistencia a plagas, enfermedades y conocimientos

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