Biotecnología: Fundamentos y Aplicaciones Esenciales en Diversos Sectores
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Fundamentos y Aplicaciones de la Biotecnología
1. Conceptos Clave de la Biotecnología
La biotecnología se define como el uso de microorganismos y/o sus derivados para obtener productos o servicios de valor, siempre que esté implicado un microorganismo o una parte de él. Hoy en día, esta disciplina incluye la ingeniería genética, capaz de modificar genes, como se observa en la producción de pan y vino a partir de levaduras, o en la fabricación de yogur.
Clasificación de la Biotecnología por Colores:
- Biotecnología Azul: Relacionada con la acuicultura y el turismo costero.
- Biotecnología Roja: Enfocada en la medicina y la salud humana.
- Biotecnología Verde: Aplicada al mundo vegetal y la agricultura.
- Biotecnología Gris: Dirigida al medio ambiente.
- Biotecnología Blanca: Utilizada en la industria, como en la producción de detergentes.
- Biotecnología Dorada: Involucra biosensores y big data.
- Biotecnología Amarilla: Presente en la industria alimentaria (enzimas).
- Biotecnología Marrón: Aplicada en veterinaria y animales.
- Biotecnología Morada: Relacionada con la bioseguridad.
- Biotecnología Negra: Asociada al bioterrorismo y la guerra patógena.
2. Biotecnología en la Industria
En el ámbito industrial, los microorganismos deben ser estables, seguros y fáciles de cultivar. Los más utilizados son bacterias, levaduras y hongos (mohos). Los procesos clave que se llevan a cabo son las fermentaciones, las cuales ocurren en fermentadores o biorreactores.
Tipos de Fermentación y sus Aplicaciones:
| Tipo de Fermentación | Microorganismo Implicado | Sustrato | Producto | Alimento/Aplicación |
|---|---|---|---|---|
| Alcohólica | Levadura | Almidón, Glucosa | Etanol y CO2 | Pan, vino, cerveza |
| Láctica | Bacteria | Carne picada | Ácido láctico | Embutidos |
| Homoláctica | Bacteria | Lactosa, Glucosa | Ácido láctico | Yogur, queso |
| Heteroláctica | Bacteria | Carne picada, pescado | Ácido láctico, CO2 y Etanol | Embutidos, salsas (pasta de pescado) |
| Acética | Bacteria | Vino, suero, malta, sidra | Ácido acético | Vinagre |
3. Biotecnología en la Industria Alimentaria
Producción de Vino (Enología):
La enología es la ciencia de la producción del vino. El proceso incluye:
- Trituración de uvas: Obtención del mosto.
- Fermentación: Las levaduras del género Saccharomyces transforman los azúcares en alcohol, obteniendo el vino.
- Trasiego: Separación del vino del sedimento en barricas.
- Envejecimiento: Desarrollo del sabor característico del vino.
- Embotellado.
Producción de Cerveza:
- Malteado de la cebada: Los granos de cebada se sumergen en agua tibia para inducir la germinación.
- Secado y trituración: El malteado se seca en horno y se tritura.
- Maceración: Se añade lúpulo y se mezcla con agua, seguido de filtración y esterilización.
- Fermentación: Con levaduras específicas.
- Maduración y embotellado.
Producción de Pan:
- Amasado: Mezcla de harina, agua, sal y levadura.
- Primera fermentación: La masa aumenta de volumen.
- Corte y moldeado: Para liberar los gases.
- Segunda fermentación.
- Horneado: El alcohol obtenido se evapora y las levaduras se inactivan. La miga se esponja gracias al CO2 producido.
Producción de Yogur:
- Esterilización de la leche: Tratamiento térmico para eliminar patógenos y bacterias contaminantes.
- Enfriamiento de la leche.
- Inoculación: Adición de bacterias lácticas (Lactobacillus y Streptococcus).
- Envasado.
- Incubación: A una temperatura aproximada de 45ºC.
- Enfriamiento: Para detener la fermentación y mantener las bacterias vivas (no se pasteuriza el yogur para preservar los cultivos).
Producción de Queso:
- Preparación de la leche: Se utiliza leche pasteurizada, esterilizada o cruda.
- Coagulación: Se añade cuajo (renina o enzimas digestivas del estómago de terneros) junto con bacterias (ej. Streptococcus).
- Corte de la cuajada.
- Eliminación del suero.
- Calentamiento: Para controlar el crecimiento bacteriano.
- Envasado y prensado.
- Salado: Sumergiendo el queso en salmuera.
- Maduración: Con la acción de diferentes microorganismos.
- Envasado y almacenamiento.
4. Biorremediación
La biorremediación es el uso de diferentes microorganismos para eliminar o neutralizar residuos y contaminantes en el suelo o en el agua. Puede realizarse in situ, si se lleva a cabo en el lugar contaminado, o ex situ, si se extrae el contaminante y se degrada en otro lugar bajo condiciones controladas.
5. Biotecnología Energética
Esta rama se enfoca en la producción de bioalcohol mediante la fermentación alcohólica de azúcares.
6. Biotecnología Farmacéutica
La biotecnología farmacéutica abarca la fabricación de antibióticos, vacunas, hormonas y suplementos alimenticios.
- Antibióticos: Sustancias elaboradas por microorganismos que inhiben o matan a otros microorganismos. Muchos son producidos por hongos filamentosos (Penicillium) y por bacterias (Streptomyces). Son diversas sustancias con toxicidad selectiva, afectando a los patógenos pero no a las células humanas. Ejemplos incluyen penicilina, bacitracina, cefalosporina, eritromicina, tetraciclina, entre otros. Es importante destacar que algunas bacterias adquieren mecanismos de defensa contra los antibióticos (resistencia), lo que origina la pérdida de acción de estos medicamentos.
- Vacunas: Preparados de microorganismos muertos o atenuados que, una vez dentro del organismo huésped, inducen una respuesta inmune.
- Hormonas: Algunas hormonas también se obtienen gracias a microorganismos.
7. Otros Usos de la Biotecnología
La biotecnología también tiene aplicaciones en la investigación biomédica, la terapia génica y la cosmética.