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Microorganismos y Biotecnología
1. Concepto y breve historia de la biotecnología
La biotecnología es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medio ambiente
y medicina. Se desarrolla con un enfoque multidisciplinario que involucra varias ciencias como biología, bioquímica, genética, virología, agronomía,
ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras. Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los
alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos.
La Organización de la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE)1 define la biotecnología como la "aplicación de principios de la ciencia
y la ingeniería para tratamientos de materiales orgánicos e inorgánicos por sistemas biológicos para producir bienes y servicios".
Según el Convenio de Diversidad Biológica2 (1992), la biotecnología podría definirse como "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".
La biotecnología, en un sentido amplio, se puede definir como la aplicación de organismos, componentes o sistemas biológicos para la obtención
de bienes y servicios.
Vale decir entonces que desde hace miles de años, la humanidad ha venido realizando biotecnología de un modo empírico, si bien hasta la época
moderna, sin base científica. La biotecnología tiene una larga historia, que se remonta a la fabricación del vino, el pan, el queso y el yogurt. La
domesticación de plantas y animales ya comenzó en el período Neolítico; las civilizaciones Sumeria y Babilónica (6000 años a.C.) ya conocían
cómo elaborar cerveza; los egipcios ya sabían fabricar pan a partir del trigo hacia el 4000 a.C. El descubrimiento de que el jugo de uva fermentado
se convierte en vino, que la leche puede convertirse en queso o yogurt, o que se puede hacer cerveza fermentando soluciones de malta y lúpulo
fue el comienzo de la biotecnología, hace miles de años. Aunque en ese entonces el hombre no entendía cómo ocurrían estos procesos, podían
utilizarlos para su beneficio. Estas aplicaciones constituyen lo que se conoce como biotecnología tradicional y se basa en la obtención y utilización
de los productos del metabolismo de ciertos microorganismos.
Por supuesto, hasta la llegada de la moderna biología, la base de muchos de estos procesos era desconocida. Algunos hitos científicos que
sentarían la base de la biotecnología contemporánea:
 Los primeros microscopistas, como van Leeuwenhoek y Hooke (siglo XVII) describen las estructuras que están fuera del alcance del ojo, si
bien se tarda aún un par de siglos en captar la importancia de estas minúsculas ‘criaturas’.
 El descubrimiento de que las fermentaciones se debían a microorganismos se debe a la gigantesca figura de Louis Pasteur, en sus estudios
realizados entre 1857 y 1876.
 En la última parte del siglo XIX existían ya instalaciones industriales para obtener etanol, ácido acético, butanol y acetona, aprovechando
fermentaciones al aire libre en condiciones no estériles.
 A finales del siglo XIX, la "edad de oro de la bacteriología" permite: mejoras importantes en las técnicas microscópicas; el desarrollo de
técnicas asépticas, la esterilización y la pasteurización; la posibilidad de cultivar cada cepa microbiana sin mezclas con otras; cultivos puros
en laboratorio; entre otras técnicas.
 A comienzos del siglo XX la bioquímica y la microbiología convergen, estableciendo las bases enzimáticas y metabólicas de muchos
procesos de fermentación. Desde la década de 1940, las técnicas de ingeniería química, aliadas a la microbiología y a la bioquímica,
permiten la producción de antibióticos, ácidos orgánicos, esteroides, polisacáridos y vacunas. La penicilina comenzó a fabricarse en plena II
Guerra Mundial, como resultado de avances importantes en técnicas de esterilización a gran escala, mejora de las instalaciones de
fermentación (incluyendo la cuestión de la aireación), cultivo del hongo, etc. A partir de entonces se diseñaron estrategias para mejorar
genéticamente las cepas microbianas industriales.
Las décadas siguientes fueron de eclosión de producción de antibióticos así como de transformaciones de esteroides y de cultivo de células
animales para la producción de vacunas antivirales. Pero incluso bien avanzado el siglo XX, cuando la Genética había resuelto el misterio de la
naturaleza del material de la herencia, las posibilidades que había para actuar sobre dicho material eran limitadas: cruces entre plantas y animales
de la misma especie (o de especies similares), selección de los individuos con rasgos deseados, retrocruzamientos (un proceso largo y lento),
mutaciones con agentes físicos (rayos UV, rayos X) o químicos, con ulterior búsqueda (selección o rastreo-screening) de alguna variante de
interés (algo tedioso y frecuentemente infructuoso), etc. Debemos esperar a la década de los 70 para que surja un conjunto de técnicas de
laboratorio revolucionarias que por primera vez permiten "tocar" de modo racional el sancta sanctorum de la vida. Son técnicas y herramientas con
las que se puede modificar el ADN de acuerdo a diseños previos y objetivos concretos (de ahí el nombre popular de Ingeniería Genética).
Los científicos actualmente comprenden en detalle cómo ocurren estos procesos biológicos, lo que les ha permitido desarrollar nuevas técnicas a
fin de modificar o copiar algunos de dichos procesos naturales para poder lograr una variedad mucho más amplia de productos. La Ingeniería
Genética, mejor llamada tecnología del ADN, se caracteriza por su capacidad de cortar y empalmar genes o fragmentos de ADN de organismos
distintos, creando nuevas combinaciones no existentes en la naturaleza, combinaciones que ponemos a trabajar en el interior de una variedad de
organismos hospederos, para nuestro provecho.
1
http://www.oecd.org
2
http://www.cbd.int

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La biotecnología es intrínsecamente interdisciplinar
La biotecnología es una ciencia intensamente interdisciplinar, caracterizada por la reunión de conceptos y metodologías procedentes de
numerosas ciencias para aplicarlas tanto a la investigación básica como a la resolución de problemas prácticos y la obtención de bienes y
servicios. Algunas de las ramas de conocimiento implicadas en la biotecnología: Microbiología, Bioquímica, Genética, Biología celular, Química,
Ingeniería (bio)química, Ingeniería mecánica, Ciencia y Tecnología de alimentos, Electrónica, Informática, entre otras.
El avance de la biotecnología dependerá cada vez más de esta colaboración entre disciplinas, y en el uso de lenguajes y paradigmas comunes,
así como en que cada tipo de especialista comprenda los logros y limitaciones de las otras ramas biotecnológicas.
La biotecnología presenta muchos campos de aplicación
Dejando aparte el hecho ya reseñado de que las técnicas biotecnológicas (principalmente las genéticas) encuentran su primera utilidad en el
avance de las propias Ciencias de la Vida, desde el punto de vista de su aplicación comercial e industrial, podemos decir que el campo de utilidad
es inmenso:
Aplicaciones terapéuticas:
 productos farmacéuticos: antibióticos y vacunas;
 hormonas;
 terapias génicas.
Medio ambiente:
 tratamiento de residuos urbanos, agrícolas e industriales;
 biorremediación y biorreparación;
 producción de energía a partir de biomasa.
Diagnósticos:
 diagnósticos para salud humana;
 diagnósticos para agricultura y ganadería;
 ensayos para calidad de alimentos;
 ensayos para calidad ambiental.
Alimentación:
 mejora de procesos tradicionales de obtención de alimentos y bebidas.
 nuevos alimentos y bebidas.
 nutracéuticos: alimentos con perfiles determinados de nutrientes, y para
la mejora de la salud.
 aditivos alimentarios.
Cabe mencionar que si bien muchas de las biotecnologías de las que nos beneficiamos son muy antiguas, en ellas se está logrando una fase de
madurez auspiciada por los nuevos adelantos técnicos (p. ej., la tecnología de las fermentaciones). De hecho, muchas de las innovaciones que se
están produciendo no son tanto de nuevos productos, sino de mejoras en los procesos. De cualquier manera, ya estamos viendo la entrada de
nuevos productos, en forma de nuevos fármacos y de plantas transgénicas con características novedosas.
Los tres núcleos de la biotecnología
Según Smith (1996), muchos procesos biotecnológicos, especialmente los que se realizan en entornos cerrados industriales, tienen un triple
núcleo:
 obtener el mejor catalizador biológico para una función o proceso específico;
 obtener el mejor ambiente para la función de ese catalizador biológico, mediante una serie de diseños técnicos en los que es fundamental la
ingeniería química;
 procesamiento del material, consistente en separar y eventualmente purificar el material biológico producido.
1. Obtener el mejor catalizador biológico para una función o proceso específico.
En la mayoría de los casos, el catalizador biológico son células vivas, sobre todo microorganismos. Por ello, uno de los pilares de la biotecnología
es precisamente la microbiología (entendiendo ésta en sentido amplio de biología microbiana). Parte del manejo de microorganismos se puede
aplicar, con modificaciones, al manejo de células de animales y plantas, que cada vez son más importantes en la biotecnología. Varias son las
características que hacen atractivos a los microorganismos:
 La biodiversidad microbiana es gigantesca; de hecho, solo hemos investigado una pequeña parte de ella. Conforme los biólogos básicos
aprendan a recuperar más biodiversidad y a conocerla, habrá más organismos disponibles con propiedades potencialmente útiles para los
humanos.
 Las capacidades metabólicas de los microorganismos, como conjunto, son las más amplias de todos los seres vivos. Los genomas
microbianos esconden tesoros aún ocultos, pero que se van revelando poco a poco, y ahora de modo más rápido, una vez que se van
completando sus mapas y secuencias (actualmente existen varias decenas de genomas secuenciados). Las actividades biosintéticas y
degradativas de estos microorganismos presentan oportunidades extraordinarias para numerosas aplicaciones.
 Los microorganismos crecen rápidamente, y en muchos casos son fáciles de manipular desde el punto de vista genético. Esto hace que sea
relativamente fácil usarlos como factorías microscópicas para obtener productos útiles en tiempos relativamente cortos.
 Una parte esencial del aprovechamiento de los microorganismos reposa en nuestra capacidad para conservarlos viables durante largos
periodos de tiempo, y para que sus características útiles sean estables. En muchos casos, en lugar del microorganismo, se puede recurrir a
aislar alguna o algunas de sus enzimas, y se las pueden poner a trabajar en condiciones ventajosas y rentables.
2. Obtener el mejor ambiente para la función de ese catalizador biológico, mediante una serie de diseños técnicos en los que es
fundamental la ingeniería química.
El segundo componente o núcleo de las biotecnologías estriba en el entorno industrial en que ponemos a funcionar las células o las enzimas. Esto
nos lleva al concepto de biorreactor, un entorno cerrado y controlado para que nuestros catalizadores biológicos hagan lo que queremos con la
máxima eficiencia. En esta parte de la biotecnología se requiere la colaboración estrecha entre los biólogos y los ingenieros de bioprocesos,

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incluyendo los ingenieros químicos. Se trata de diseñar biorreactores o fermentadores, especies de cubas cerradas diseñadas para controlar
diversos parámetros que condicionan la buena producción: temperatura, aireación, pH, etc.
3. Procesamiento del material, consistente en separar y eventualmente purificar el material biológico producido.
Finalmente, queda el área quizá más desconocida y compleja, el procesamiento de la biomasa o de la sustancia producida: la separación de las
células respecto del medio acuoso en que han funcionado, recuperación eficiente del producto buscado, purificación, etc. A todo esto tenemos que
añadir que un factor importantísimo en el desarrollo de la biotecnología es la evaluación de la seguridad del producto, sometida a controles
rigurosos según normativas nacionales e internacionales. De hecho este factor es tan importante que se puede convertir en limitante, de modo que
las regulaciones estrictas desincentivan ciertos desarrollos biotecnológicos. Por todo ello, es importante que tales regulaciones sean realistas, y no
exijan más de lo que la evidencia científica sugiere, manteniendo en todo momento la preservación de la salud y el medio ambiente. A su vez, las
regulaciones reflejan la percepción pública de los riesgos y promesas de la biotecnología. Por ejemplo, hoy la percepción pública ha logrado
prácticamente una parada en las plantas transgénicas, a pesar de los informes científicos que dicen que en la mayor parte de los casos, sus
riesgos son similares a las plantas convencionales. Habrá que llegar a un diálogo racional entre los diversos actores (científicos, empresas,
consumidores, ecologistas, etc.), para asegurar el correcto empleo de estas tecnologías, que por un lado no impida aplicaciones benéficas sin
riesgos, y por otro regule adecuadamente aquellos ámbitos donde las dudas razonables hagan recomendables más restricciones. El ideal sería
permitir todo aquello que aporte beneficios sin aumentar riesgos, pero no caer en el error de prohibir usos positivos solo bajo vagas ideas de
riesgos no sustanciados.
2. Microorganismos utilizados en Biotecnología
Organismos modelo
Escherichia coli es un tipo de bacteria que ha sido utilizada durante décadas como organismo modelo y, con el surgimiento de la ingeniería
genética, pasó a ser el “organismo estrella” de la disciplina del ADN recombinante. Esto se debe a que las técnicas de transformación bacteriana
son sencillas y fueron las primeras en desarrollarse rutinariamente en laboratorios de todo el mundo dado que no requieren de equipamiento
sofisticado. E. coli se utiliza, entre otras aplicaciones, para obtener muchas copias de un fragmento de ADN de interés (amplificación), y para la
fabricación de proteínas recombinantes a gran escala, por ejemplo la insulina humana. Además, los plásmidos de este tipo de bacteria son
importantes ya que contienen genes de interés biológico, como aquellos que determinan ventajas adaptativas (por ejemplo, resistencia a
antibióticos) y son utilizados como vectores de clonado y de expresión en ingeniería genética.
Industrias alimentarias
La mayoría de los productos alimenticios en los que intervienen microorganismos se obtienen mediante procesos de fermentación, como el pan, el
vino, la cerveza y las leches fermentadas.
La fabricación del pan
La levadura Saccharomyces cerevisiae produce una fermentación alcohólica de los glúcidos de la harina. El etanol se evapora al ser horneado el
pan y el CO2 producido hace que el pan sea esponjoso.
La fabricación del vino y la cerveza
El vino y la cerveza son también productos resultantes de la fermentación alcohólica provocada por la levadura Saccharomyces cerevisiae. El vino
procede del mosto fermentado y la cerveza se obtiene de la malta previamente tostada (en este producto, además, se añade lúpulo). Ambos
productos contienen etanol debido a la fermentación producida por la levadura.
La producción de vinagre
El vinagre se obtiene por un proceso oxidativo, a partir de vino, mediante el cual el etanol es oxidado hasta convertirse en ácido acético por
bacterias del género Acetobacter. Este proceso consiste en una respiración aerobia, por lo que es necesario contar con bastante aireación.
La fabricación del queso y las leches fermentadas
En la elaboración del queso y las llamadas leches fermentadas (yogur, kéfir, cuajada, etc.) son fundamentales las bacterias como Lactobacillus o
Lactococcus. Estas realizan la fermentación láctica cuyo producto final es el ácido láctico, que actúa como conservante natural.
Industrias químicas
Los microorganismos producen alcoholes y acetona que se emplean en muchos procesos industriales. Ácidos orgánicos, como el acético, el cítrico
o el aminoácido glutámico, tienen mucha utilidad en industrias químicas. En el ámbito de la microbiología industrial se emplean actualmente
células microbianas modificadas genéticamente para la obtención de muchos productos específicos.
Industrias farmacéuticas
La microbiología aplicada a las industrias farmacéuticas se desarrolló después de la Segunda Guerra Mundial, con el inicio de la producción de
antibióticos. Actualmente existe un gran número de productos farmacéuticos en cuya producción intervienen los microorganismos.

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La obtención de vacunas
Muchas vacunas virales se elaboran en cultivos celulares; las vacunas contra bacterias implican el cultivo bacteriano y su posterior atenuación. La
tecnología del ADN recombinante adquiere cada vez mayor importancia en la elaboración de vacunas, tanto de virus como de bacterias.
Tabla 1: Microorganismos productores de antibióticos
La producción de antibióticos
Microorganismos del tipo de los actinomicetos y los hongos
filamentosos, como Penicillium o Cephalosporium, producen la
mayoría de los antibióticos. A partir de estos productos se
obtienen los antibióticos semisintéticos en las industrias
farmacéuticas. En el rendimiento de la producción de
antibióticos influyen el tipo de estirpe del microorganismo
productor y las condiciones de cultivo del mismo.
Tendencias actuales en la búsqueda de nuevos fármacos
El conocimiento de la fisiología, la biología molecular y la
tecnología del ADN recombinante está permitiendo buscar un
procedimiento racional de diseño de fármacos. Existe un gran
interés por el desarrollo de investigación para obtener fármacos
anticancerígenos, vitaminas u hormonas empleando
microorganismos modificados genéticamente.
Producción microbiana de enzimas
Las industrias emplean en la actualidad muchas enzimas
producidas por microorganismos. Las enzimas de mayor
aplicación industrial son las proteasas, las amilasas y glucoamilasasas y la renina. También se están empleando frecuentemente las
extremozimas.
Biotecnología aplicada a la agricultura
Los mejores resultados en la agricultura se han producido en la obtención de plantas y animales transgénicos mediante ingeniería genética. No
obstante, también se han desarrollado aplicaciones biotecnológicas tradicionales con buenos resultados, como las que se describen a
continuación.
Producción de biofertilizantes
La fijación del nitrógeno atmosférico es realizada exclusivamente por bacterias de géneros como Rhizobium y Bradhyrhizobium, que forman
simbiosis con plantas leguminosas. Ambas forman nódulos radiculares en los que se produce la fijación del nitrógeno, convertido en amonio y
aminoácidos. El enriquecimiento de nitrógeno que experimenta el suelo permite que el resto de las plantas puedan aprovecharlo.
Producción de insecticidas biológicos
Ha habido un gran interés por la utilización de bacterias, hongos y virus como bioinsecticidas y biopesticidas. La bacteria Bacillus thuringiensis se
emplea como productor de insecticidas biológicos en cultivos de plantas agrícolas, árboles y plantas ornamentales.
Los métodos de control biológico de plagas y enfermedades buscan proteger a las plantas mediante el uso de microorganismos que compitan por
los nutrientes con los patógenos o directamente otorguen resistencia a las plantas, por ejemplo al producir antibióticos. También las bacterias del
género Bacillus y Streptomyces han resultado muy eficaces en el control de enfermedades. Estas bacterias producen una amplia variedad de
sustancias con capacidad antimicrobiana.
El Bacillus thuringiensis (BT) es un agente de biocontrol que representa el 90% del mercado mundial de bioinsecticidas. Se han obtenido plantas
transgénicas, como el maíz BT, que contienen el gen de estas proteínas insecticidas, y en consecuencia resisten al ataque de los insectos. Es
decir que la misma planta produce el insecticida específico, lo que reduce la necesidad de empleo de productos químicos insecticidas.
Producción de proteína microbiana para piensos
Las proteínas contenidas en los microorganismos suponen un suplemento alimenticio importante para los piensos. Los microorganismos más
empleados son la levadura Saccharomyces cerevisiae, el alga Spirulina y el hongo Fusarium.
Producción comercial de setas
Hoy en día, un gran porcentaje de las setas comestibles son producidas en industrias agrícolas, donde se cultivan en condiciones ambientales y
nutricionales específicas. Los hongos que más se comercializan son los champiñones y la seta shiitake.
Transformación genética de plantas a través de Agrobacterium tumefaciens
El método más difundido para la transformación genética de plantas se basa en un proceso mediado por Agrobacterium tumefaciens, una bacteria
que vive en el suelo e infecta a un amplio rango de plantas. Esta bacteria tiene como blanco de infección a las heridas en el tallo o raíces de la
planta inmediatamente sobre el nivel del suelo, donde ataca a las células, causando su proliferación y formación de tumores. Esta enfermedad se
conoce como “agalla de la corona”. El mecanismo natural utilizado por Agrobacterium para transferir parte de su ADN a las células vegetales, es
aprovechado por los investigadores para transferir genes de interés a las plantas.
Para ello, primero los científicos trabajan con el plásmido Ti, en el cual reemplazan la secuencia original de ADN-T que porta los genes
responsables de la formación de tumores y los genes de síntesis de opinas, por otra secuencia nueva con el gen de interés y algún gen de
selección (de antibióticos o herbicidas). La transformación de la planta se induce a partir del contacto entre la bacteria que porta el gen de interés
en su plásmido y las células vegetales (por ej. hojas, cotiledones, etc.). El ADN-T es transportado desde la célula bacteriana a la célula vegetal
Antibiótico Organismo productor Organismos blanco
Polimixina B Bacillus polymyxa Bacterias Gram +
Bacitracina Bacillus subtilis Bacterias Gram +
Cefalosporina Cephalosporium acremonium Bacterias Gram + y -
Gentamicina Micromonospora purpurea Bacterias Gram + y -
Penicilina Penicillium chrysogenum Bacterias Gram +
Griseofulvina Penicillium griseofulvum Hongos dermatófitos
Eritromicina Streptomyces erythreus Bacterias Gram +
Neomicina Streptomyces fradiae Bacterias Gram + y -
Streptomycin Streptomyces griseus Bacterias Gram -
Rifampicina Streptomyces mediterranei M. tuberculosis
Anfotericina B Streptomyces nodosus Hongos
Vancomicina Streptomyces orientalis Bacterias Gram +
Tetraciclina Streptomyces rimosus Bacterias Gram + y -

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donde se integra a su material genético. Luego de la transformación, el tejido vegetal es cultivado in vitro en un medio con un agente selector
(antibióticos o herbicidas) donde sólo las células transgénicas sobreviven.
Biotecnología ambiental
El término biorremediación, que comprende los aspectos de biodegradación y biorreparación, se refiere a la eliminación, mediante
microorganismos, de hidrocarburos, productos tóxicos y otros compuestos contaminantes.
Eliminación de residuos humanos
El tratamiento de las aguas residuales es una intensificación de actividades microbianas, controladas, de los procesos naturales de
autopurificación.

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La biodegradación suele ser realizada por los microorganismos. Estas degradaciones pueden hacerse en el propio entorno contaminado, como
ocurre con los vertidos petrolíferos, o bien en birreactores, como la producción de metano por fermentación de las basuras.
A continuación se mencionan algunos de los desarrollos biotecnológicos que se están llevando a cabo para el mejoramiento de los
microorganismos empleados en la biorremediación:
 Bacterias Pseudomonas transgénicas que son capaces de degradar compuestos tóxicos que contienen cloro (como el vinilcloruro) en
compuestos menos nocivos.
 Bacterias capaces de degradar algunos de los componentes del petróleo, con la perspectiva de llegar a conseguir microorganismos que,
liberados en una marea negra, limpien el agua contaminada.
 Bacterias capaces de reducir las formas altamente tóxicas de mercurio en otras menos tóxicos y volátiles.
 Bacterias que transforman metales del suelo en formas menos tóxicas o insolubles. Por ejemplo: la reducción de cromo (Cr).
 Microorganismos capaces de degradar TNT, un explosivo de gran potencia y muy agresivo para el entorno.
 Bacterias que pueden eliminar el azufre de los combustibles fósiles, como en el caso del carbón o del petróleo, con el fin de favorecer
combustiones más limpias.
 La utilización de la bacteria Deinococcus radiodurans para eliminación de elementos radiactivos presentes en el suelo y aguas subterráneas.
Este microorganismo es un extremófilo que resiste condiciones extremas de radiación, sequedad, agentes oxidantes y diversos compuestos
mutagénicos.
 Cianobacterias a las que se le han introducido genes de bacterias Pseudomonas con capacidad de degradar diferentes hidrocarburos o
pesticidas.
Producción microbiana de compuestos biodegradables
Algunas bacterias, como la Alcaligenes eutrophus, producen compuestos PHA (polihidroxialcanoatos), que son plásticos biodegradables.
Biotecnología y minería
La obtención de metales a partir de minerales con escasos sulfuros metálicos solo es rentable si se aplica el proceso de biolixiviación, que es
especialmente utilizado para la obtención de cobre. La bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans es la más empleada en este proceso.
3. Principales técnicas utilizadas en Biotecnología
Esterilización
Es la eliminación de toda forma de vida de un medio o material, lo que se lleva a cabo generalmente por medios físicos, por ejemplo, filtración, o
por muerte de los organismos por calor, productos químicos u otra vía. Esta definición excluye por lo tanto cualquier técnica que resulte solamente
en un daño a los microorganismos o atenuación de la actividad de cualquier tipo.
Por destrucción total se entiende un proceso muy violento, que casi siempre implica calentamiento apreciable del material, como ocurre con la
aplicación de una llama, que es lo que hacemos en el laboratorio cuando flameamos un ansa de platino o las bocas de tubo de ensayo o
erlenmeyers. Otra manera de destruir contaminantes es con el uso de poderosos agentes oxidantes. Por supuesto ésta metodología, aunque es
efectiva, está muy restringida en su empleo.
La muerte o inactivación significa la eliminación de microorganismos sin que exista necesariamente desintegración de las células. Se puede
efectuar por calentamiento, seco o húmedo, por radiaciones o por agentes químicos. El calor húmedo, generalmente en forma de vapor bajo
presión, es muy útil y de gran valor en la esterilización en el laboratorio, que se efectúa en autoclave, o en la industria cuando se esterilizan los
medios de cultivo y los equipos de fermentación. En el caso de los autoclaves, se pueden alcanzar presiones de 1 a 3 atmósferas. En escala
grande el equipo de producción es esterilizado con vapor saturado bajo presión, y la presión requerida debe ser alcanzada en todas las partes del
equipo y el aire debe ser purgado totalmente del sistema.
La eliminación física está restringida a la esterilización de gases líquidos, y es fundamentalmente llevada a cabo por filtración mediante filtros
absolutos o filtros fibrosos. Los filtros absolutos son de materiales cerámicos, de vidrio o de metal sinterizado con poros tan pequeños que la
penetración de los microorganismos no es posible. Los filtros fibrosos no son absolutos y el material filtrante puede ser lana de vidrio, amianto y
esteres de celulosa, siendo las fibras de un diámetro variable de 0.5 a 15 micrones.
Desinfección
La palabra desinfección se aplica a la remoción o destrucción por cualquier vía de organismos vivos que pueden causar daño particular o
infección. No significa por lo tanto la destrucción de todos los microorganismos, sino solamente de aquellos que pueden producir un resultado no
deseado.
Un antiséptico es un desinfectante, o sea un agente químico usado para destruir microorganismos dañinos. Se utiliza en general para agentes a
ser aplicados en animales o humanos.
Asepsia
Es la exclusión continuada de microorganismos contaminantes. Así por ejemplo el cultivo de microorganismos en el laboratorio es llevado a cabo
asépticamente como en muchas fermentaciones industriales. El medio de cultivo es esterilizado para remover toda forma de vida y luego
inoculado con el cultivo requerido. Se dice entonces que el sistema se mantiene en condiciones asépticas.

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Pasteurización
Pasteurización es el término aplicado al proceso térmico realizado a líquidos (generalmente alimentos) que se utiliza para la destrucción de
algunos de los microorganismos patógenos posiblemente presentes en materiales sensibles al calor como la leche y la cerveza. El proceso recibe
el nombre de su descubridor, el científico-químico francés Louis Pasteur (1822-1895). Consiste en calentar la leche, por ejemplo, a 62°C,
mantenerla a esta temperatura 30 minutos y después enfriarla lo más rápidamente posible. Esta técnica no es de ninguna manera un
procedimiento de esterilización. Es solamente un método para destruir organismos patógenos y al mismo tiempo disminuir el nivel de aquellos
organismos que más pueden deteriorar la leche. En otras palabras, la pasteurización busca lograr una "esterilización parcial" de los alimentos
líquidos, alterando lo menos posible su estructura física, sus componentes químicos y sus propiedades organolépticas. Tras la operación de
pasteurización, los productos tratados se sellan herméticamente con fines de seguridad alimentaria.
Cultivos celulares
Los científicos han desarrollado metodologías para aislar células y obtener, a partir de ellas, poblaciones homogéneas que luego pueden ser
analizadas, e incluso multiplicarse in vitro (“en vidrio” = en el laboratorio). Esto ofrece ventajas en la investigación básica ya que permite estudiar
diversos procesos que ocurren en las células, y en la investigación aplicada para la producción de moléculas de interés, ingeniería de tejidos, entre
otras. El cultivo celular es el proceso mediante el que células, ya sean células procariotas o eucariotas, pueden cultivarse en condiciones
controladas.
La mayoría de las células aisladas pueden vivir, multiplicarse e incluso expresar propiedades diferenciales, si se les provee un medioambiente
apropiado en una placa de cultivo. Así, las células pueden ser observadas continuamente bajo el microscopio o analizadas bioquímicamente, con
la utilidad de explorar los efectos del agregado o remoción de moléculas específicas, tales como hormonas o factores de crecimiento, al cultivo
celular. Además, mezclando dos tipos celulares, las interacciones entre ellas pueden ser estudiadas. Cuando los experimentos se realizan sobre
cultivos celulares, se dice que son experimentos “in vitro” (“en vidrio”), para diferenciarlos de los experimentos que se llevan a cabo en organismos
completos, a los que se denomina “in vivo” (“en el organismo viviente”).
Los cultivos celulares tienen una serie de ventajas innegables, pero al mismo tiempo tienen desventajas que hay que tener en consideración.
Como ventajas podemos citar:
 Permiten un control preciso y fino del medio ambiente. En un cultivo se pueden controlar todos los factores del medio: Físico-químicos (pH,
temperatura, presión osmótica, niveles de O2, CO2, tensión superficial...), y fisiológicos (hormonas, factores de crecimiento, densidad
celular,...).
 Caracterización y homogeneidad de la muestra. Las células en cultivo de una línea celular, o de una línea continua son homogéneas, con
morfología y composición uniformes. Se pueden obtener con facilidad un número elevado de réplicas idénticas, con lo que se supera el grave
problema de heterogeneidad de las muestras inherente asociado al uso de animales de experimentación.
 Economía. Suponen una economía en el uso de reactivos o drogas a estudiar pues al realizarse en volúmenes reducidos, y con un acceso
directo de las células a la droga las concentraciones requeridas son mucho más bajas que en el animal completo.
En cuanto a las desventajas del cultivo celular:
 Técnica sensible. El crecimiento de las células animales es mucho más lento que el de los contaminantes más habituales (hongos,
levaduras, bacterias, micoplasmas...) y además dado que proceden de organismos pluricelulares son incapaces de crecer en ausencia de
una compleja mezcla de nutrientes que simula el plasma o el fluido intersticial. Esto supone la necesidad de mantener las condiciones de
asepsia en todo momento, lo cual es limitante a nivel tanto del instrumental requerido como del personal calificado para su manipulación.
 Cantidad y costo. El costo de producción de 1 g de tejido en cultivo es más de 10 veces superior al obtenido en el animal. Asimismo existe
una limitación de producción, que es del orden de 10 g de células en un laboratorio normal, y que para ser superior a 100 g requiere
instalaciones de tipo industrial.
 Inestabilidad. Muchas de las líneas celulares continuas son inestables, como consecuencia de la dotación cromosómica aneuploide. La
población celular puede variar su composición si alguna de las subpoblaciones celulares es capaz de crecer con una tasa ligeramente
superior, es decir podemos encontrar diferencias significativas en la línea celular de una generación a la siguiente. La única manera de
evitarlo es emplear líneas estables que se resiembran a partir de un stock congelado cada determinado tiempo, o después de un
determinado número de generaciones.
 La investigación biomédica supone el sacrificio cada año de muchos miles de animales de experimentación. El cultivo celular no puede
reemplazar siempre el ensayo "in vivo" pero es una alternativa válida en muchas situaciones.
Estudios que emplean cultivos celulares:
 Actividad celular. Estudia los mecanismos implicados en los diferentes procesos intracelulares, como por ej: transcripción de DNA, síntesis
de proteínas, metabolismo energético...
 Flujo intracelular. Estudia los movimientos intracelulares de sustancias y señales asociadas a los diferentes procesos fisiológicos, como por
ejemplo: ensamblaje y desensamblaje de los diferentes componentes intracelulares, movimientos del RNA: núcleo-citoplasma, movimiento
de proteínas.
 Ecología celular. Estudio de las condiciones ambientales responsables del mantenimiento de la funcionalidad celular, de su diferenciación...,
como por ej. estudio de las necesidades nutricionales, infecciones, estudio de la transformación celular (inducidad por virus o agentes
químicos), cinética de la población celular,...
 Interacciones celulares. Estudia los procesos de inducción embrionaria, cooperación metabólica, inhibición por contacto o por adhesión,
interacciones célula-célula.
Áreas de investigación fuertemente dependientes de las técnicas de cultivo celular son:
 Virología: establecimiento de condiciones de cultivo de virus animales y de plantas, producción de vacunas antivirales,...
 Investigación del cáncer.

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 Inmunología.
 Ingeniería de proteínas. Por la producción de proteínas en líneas celulares: interferón, insulina, hormona de crecimiento.
 Estudios de interacción y señalización celular, en la diferenciación y en el desarrollo.
 Aplicaciones diagnósticas. Por ejemplo en medicina y farmacología destacan el análisis cromosómico de células crecidas a partir de
muestras de amniocentesis, detección de infecciones virales, ensayos de toxicidad,...
 Aplicaciones médicas: mantenimiento y producción de tejido para transplantes.
 Aplicaciones industriales y agronómicas: producción pro reproducción "in vitro" de clones de plantas de interés cormecial.
Síntesis química de ADN: Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
No cabe ninguna duda de que la técnica más revolucionaria de las últimas décadas ha sido la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que ha
dado nuevas alas a la propia Ingeniería genética y a toda la biología molecular. Fue inventada por Kary Mullis a mediados de los años 80.
Como ya sabemos, muchas de las técnicas clásicas de la Ingeniería genética estaban encaminadas a resolver el complejo problema de cómo
clonar o localizar un gen o un segmento de ADN concreto "perdido" en la inmensidad del genoma. Sin embargo, esas técnicas son a menudo
largas y tediosas, y no es raro que no den resultados. La PCR ha venido a cambiar el panorama, ya que permite en principio producir in vitro
grandes cantidades de una secuencia de ADN concreta sin recurrir a la clonación en un organismo huésped. Esencialmente la técnica permite la
amplificación selectiva de cualquier trecho de ADN, supuesto que se conocen las secuencias que lo flanquean. Como alguien ha dicho, "es una
técnica que consigue encontrar la aguja en el pajar, al tiempo que produce un pajar de agujas por amplificación selectiva".
El principio que sustenta la PCR
 El ADN de cadena doble que se quiere amplificar se calienta casi hasta ebullición, de modo que se separan las dos cadenas, las cuales van
a servir de moldes más adelante.
 Se añaden dos cebadores o primers (normalmente fabricados por síntesis química). Cada cebador es un corto oligonucleótido,
correspondiente a una de las secuencias que flanquean el trozo a amplificar. Al bajar la temperatura, cada cebador se empareja por puentes
de hidrógeno con la secuencia complementaria de una de las cadenas del molde, y obligará a la ADN-polimerasa a comenzar la copia de esa
cadena molde complementaria (por supuesto, en sentido 5'->3')
 Al añadir la ADN-polimerasa y los 4 tipos de desoxinucleósido-trifosfato (dNTPs), se produce la síntesis de las respectivas cadenas
complementarias de cada molde, a partir de los respectivos cebadores. Al final de esta fase, tenemos el doble de cadenas de ADN de doble
cadena respecto a las de partida. El empleo de ADN-polimerasas termorresistentes, como la Taq (procedente de la bacteria Thermus
aquaticus descubierta junto a los géiseres de Yellowstone), evita tener que añadir polimerasa nueva en cada ciclo de amplificación.
 Luego la mezcla se vuelve a calentar hasta casi ebullición, con lo que se vuelven a separar las cadenas, que en su forma de cadenas
sencillas sirven para iniciar otro ciclo idéntico al anterior, al final del cual tendremos el cuádruple de ADN.
 Si repetimos el protocolo n ciclos, el resultado será 2n copias a partir de las originales.

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La técnica básica de la PCR
 En un tubito se mezcla el ADN molde, los dos cebadores (oligonucleótidos), los cuatro dNTPs y la ADN-polimerasa termorresistente. El (o
los) tubo(s) a amplificar se colocan en una máquina llamada termociclador.
 Se calienta a 94ºC durante 5 min, con lo que se separan las cadenas del ADN molde a amplificar, generándose las correspondientes
cadenas sencillas.
 Se baja la temperatura en torno a los 60ºC, de modo que cada cebador se empareja con el extremo correspondiente de una de las cadenas
del molde. Se dice que ahora tenemos los moldes cebados.
 Se sube la temperatura hasta 72ºC (la óptima de funcionamiento de la Taq), y se deja durante 5 min, tiempo durante el que se está
produciendo la síntesis in vitro de las cadenas complementarias de cada hebra molde.
 Se sube la temperatura a 94ºC durante 20 segundos, suficientes para separar la cadena recién sintetizada respecto del molde original.
 Las cadenas sencillas generadas entran ahora en un nuevo ciclo (pasos 1 al 5), y así sucesivamente, de modo que tras 30-60 ciclos
obtenemos una amplificación del ADN original de millones o miles de millones de veces.
 Todo este proceso se realiza en unos aparatos automáticos llamados termocicladores, en los que se pueden fijar los parámetros de tiempos
y temperaturas de cada paso del ciclo. El método de PCR fue patentado en 1987, y en principio fue comercializado por la empresa Cetus, si
bien desde 1991 los derechos fueron adquiridos por Hoffman-La Roche y Perkin Elmer. Las ganancias de este método tan universalmente
empleado son astronómicas.
 Las aplicaciones de la PCR y de sus numerosas variantes son prácticamente ilimitadas.
4. Lecturas recomendadas
CRUEGER, W. & A. CRUEGER. 1993. Biotecnología; Manual de Microbiología Industrial. Ed. Acribia, Zaragoza.
GLICK, B.R & J.J. PASTERNAK. 1998. Molecular Biotechnology; Principles and Applications of Recombinant DNA. 2ª edición. ASM Press.
IZQUIERDO ROJO, M. 1999. Ingeniería genética y transferencia génica. Ediciones Pirámide. Madrid.
RATLEDGE, C. & B. KRISTIANSEN. 2006. Basic Biotechnology. 3a edición. Cambridge University Press. Cambridge.
SMITH, C.A. & E.J. WOOD. 1998. Biología Molecular y Biotecnología. Addison-Wesley Iberoamericana.
SMITH, J.E. 1996. Biotechnology. 3ª edición. Cambridge University Press. Cambridge.