Diseño, Construcción, Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producciónde microorganismos con fines investigativos y educativos. Diseño, Construcción, Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. Iván Nicolás Barrero Cuevas Universidad El Bosque Palabras clave: Biorreactor [4]. con código abierto para ser personalizado como lo desee el usuario. Educacional [4]. desde las medicinas que consumimos a diario. Bioingeniería [4].[3] Partiendo de lo anterior se desea construir un biorreactor fácil de usar.Diseño. con fines educativos e investigativos. [1] Sin embargo la ciencia detrás de estos productos es bastante desconocida e inaccesible para la mayoría de personas. también denominados como biología sintética. hasta llegar a los alimentos que necesitamos para vivir. Cultivo Celular [4]. [2] Debido a esto en los últimos años han aparecido dispositivos caseros denominados Biorreactores. Bioproductores y Laboratorios para enseñar a quien esté interesado sobre los procesos biológicos e ingenieriles detrás de la bioingeniería. Bioproducción [4]. . así como procesos básicos de producción celular. 2 Resumen En la actualidad la bioingeniería está presente en todas partes. Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. Construcción. Investigación [4]. pasando por los elementos de higiene personal y de maquillaje. genómica y bioquímica. Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. [11] Un ejemplo claro de una ciencia que cambió radicalmente al mundo con el tiempo es la informática. Introducción: Estamos en medio de una revolución de las ciencias naturales. incluyendo nuestros cuerpos se está abriendo en una forma maleable sin precedentes. [6] Pero no todo se limita a universidades y laboratorios de investigación.[5] Por otra parte se planea utilizar al ADN sintético como aparato de almacenamiento. [12] Esta tecnología tan valiosa debe ser enseñada y comprendida por la mayoría de personas que por lo menos tengan acceso a la educación. El mundo biológico. por medio de procesos complicados para las personas que carecen de los estudios necesarios para entenderlos. la biología sintética se ha desarrollado rápidamente desde una disciplina científica a una gran industria. [5] Muchas empresas están diseñando microbios que producen productos químicos valiosos. 3 Diseño. Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. [9] [10] en reactores de fermentación gigantescos. al contrario con el suficiente dinero se puede pagar para secuenciar el genoma de una persona por 1000 USD (precio que está disminuyendo) [7]. todo esto lo han permitido avances tecnológicos como el CRISPR/CAS9 los cuales son editores genéticos con potenciales de curar enfermedades degenerativas como el cáncer y la artritis. Construcción. en unos cuantos años seremos capaces de crear órganos que funcionen con dicho tejido.Diseño. estamos a punto de usar microorganismos sintéticos dentro de productos de consumo masivo. [8] Dentro del campo de acción de la bioingeniería. en la actualidad tenemos la habilidad de transformar cualquier célula humana en una célula madre además de crecer tejidos en los laboratorios. como fármacos y fragancias. en sus primeros años a mediados de los años 70 muy pocos conocían sobre esta . Construcción. y que a su vez desean entenderlos. [11] Hoy en día. la universidad de Washington logro codificar más de 10 mil GB de información en 100 ul de ADN. [15][16] Un fermentador simple hace referencia a un biorreactor que utiliza células vivas para realizar una tarea específica. Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. [20] El AMINO permite cultivar bacterias en las condiciones necesarias para . [17] El tipo de biorreactor más común es el fermentador de tanque agitado cuya principal aplicación es la del tratamiento de aguas residuales. que eventualmente creció en su propia empresa por medio de una campaña de fondos por la página web indieGoGo en octubre del 2015[19]. 4 ciencia. [18] Dentro de los biorreactores desarrollados por Biohackers se destacan proyectos como el BIOPRODUCTION LAB AMINO desarrollado por Amino Labs. una idea que nació en el MIT media Lab. [13] Partiendo de esto alrededor del mundo han empezado a surgir grupos de Biohackers (personas de la cultura hágalo usted mismo) que desarrollan proyectos de código abierto. en el campo de la biología sintética y por ende de la bioingeniería. [14] [15] así como los elaborados por empresas o por Biohackers.Diseño. purificar solventes y transformar sustancias (el uso más con el que la mayoría de personas está familiarizada es el proceso de elaboración de cervezas). [14] Marco Conceptual. biomasa. fundada por la bioingeniera Julie Legault. con condiciones especiales para se lleven a cabo procesos químicos que involucran a organismos o moléculas químicas que reaccionan entre sí. hoy en día todas las personas con educación superior saben encender un PC y entienden conceptos básicos de informática. dentro de estos proyectos los más comunes son el biorreactor casero. Construcción. Los Biorreactores son sistemas diseñados para mantener ambientes biológicamente activos. se denomina al biorreactor resultante como reactor enzimático. el propósito de estos varía desde hacer crecer células de algunos organismos específicos o tejidos. [16] El crecimiento celular dentro del fermentador es utilizado para producir metabolitos. [15] La variedad de procesos hacen que existen diferentes tipos de biorreactores desde los más grandes a los caseros. [16] En caso de que se utilicen biomoléculas como proteínas (enzimas) en lugar de células vivas (bacterias y protistas). [27] [28] Finalmente el . el cual además se han hecho estudios para crear spirulina con fármacos. fascinado con la biología sintética. [27] Con el MDS el usuario puede trabajar con más de ocho organismos diferentes al mismo tiempo. saldrán al mercado en septiembre del 2017. no de los procesos de esterilización. [23] Sin embargo uno de los puntos débiles del Amino es su precio de $1700 y baja producción ya que tardan un mes en entregarlo. para ser más exacto la cianobacteria Asthrospira. diseñado por un ingeniero mecánico llamado William Patrick en 2015.Diseño. [22] El objetivo de Amino Labs es que el cultivo celular de a conocer a la bioingeniería y se enfoca en el área de aprendizaje para estudiantes de secundaria hasta estudiantes de post doctorado que necesiten cultivo celular rápido y seguro. [25] [26] Dentro de los más avanzados se encuentra el MDS (Microbial Design Studio) desarrollado por el Doctor Orkan Tellhan. según Tellhan el objetivo principal del MDS es que los estudiantes se preocupen solo por el diseño de sus experimentos. alga o incluso hongos. de esta forma al ingerirla se estaría satisfaciendo la necesidad del medicamento y de la nutrición. [25] el Farma se centra en hacer crecer organismos para la fabricación de fármacos (como se ve es más especializado que Amino). Construcción. una búsqueda rápida en instructables. [21] Amino Labs proporciona al usuario con todos los materiales biológicos necesarios para el crecimiento de bacterias. estos son llamados apps o aplicaciones por la empresa.com muestra más de 300 resultados de biorreactores DIY. incubación y otros pasos biológicos aburridos. Las máquinas de Tellhan cuestan aproximadamente 3000 USD a 5000 USD. [23] Este problema se soluciona por medio de los biorreactores DIY (DO IT YOURSELF o hágalo usted mismo) los cuales son más baratos de producir y además se pueden personalizar para hacer crecer cualquier organismo ya sea una bacteria. desde la bacteria en si hasta las moléculas necesarias para el cultivo celular. Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. este nació de la idea de hacer las cosas más fáciles para sus estudiantes. 5 ser utilizadas en las aplicaciones que el usuario necesite. la cual se utiliza para fabricar spirulina uno de los suplementos dietarios más importantes del mundo. [24] donde se destaca Farma. Además estos biorreactores tienden a ser enfocados hacia la investigación universitaria. si bien en las universidades como es el caso de la Universidad del Bosque y la Universidad nacional se han llevado a cabo un gran número de biorreactores. [29] Por su parte en Colombia no existe ningún tipo de biorreactor casero. [32] De aquí nace la necesidad de enseñar estas nuevas tecnologías a los más pequeños. mientras que en Norte América y Europa. 6 Bioproductor más rustico de todos fue construido por Andrew Pelling. Construcción. el resultado fue un aparato de 300 USD capaz de hacer lo mismo que los más costosos. se realizan competencias como Biofabricate e iGEM (ganadores de año pasado AMINO LABS en iGEM y MDS en Biofabricate) [27] [34] además en la mayoría de universidades se pueden encontrar programas de maestría. que se autodenominan Biohackers no han desarrollado productos al nivel de los de EE.Diseño.UU y la UE) [33]. Algo que tienen en común casi todos los Bioproductores más complejos es el uso del lenguaje de programación celular CELLO desarrollado por el MIT y la Universidad de Boston. [29] Pelling decidió construir su propio bioproductor debido a su frustración al usar equipos de 10000 USD tediosos y difíciles de manejar. desde entonces Pelling decidió refinar su invención y para finales de 2017 planea lanzar el Spiderwort’s incubator por 1000 USD. Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. [5] . diplomados y especializaciones en biología sintética (Incluso en la singularity university existe el programa de pregrado en biología sintética) [5] La cual es la base de todos los bioproductores y biorreactores modernos. CELLO es un lenguaje de programación bastante sencillo de utilizar tanto que ahí niños y adolescentes que lo utilizan en colegios y universidades alrededor del mundo. para que en un futuro ellos sean quienes innoven con ideas que ni siquiera se han pensado. En latino América lamentablemente no se ha comenzado a enseñar sobre estas nuevas tecnologías (si bien existen grupos como BIOS. estos tienden a ser grandes y bastantes costosos como es el caso de los biorreactores desarrollados por los egresados de la UEB Alejandra Fonseca Velandia (2016) [30] y Julián Andrés Vania Quiroga (2008) [31]. investigador de la Universidad de Ottawa. January 01). [16] Tabla 1: Funcionamiento de cada parte de un biorreactor común. Parte del alcance del diseño de un biorreactor es tener en cuenta los detalles importantes de sus partes y componentes. el recipiente con camisa.com. el rociador. las sondas y el deflector. Construcción. Placa de Cabeza. Mezcla las sustancias para alcanzar la homogeneidad. Se necesita una buena mezcla para . Recipiente. Agitador. (2013. [16] Imagen 1: Biorreactor común y sus partes. Parte. la placa de cabeza. Un ejemplo de esto se puede ver en la siguiente imagen.co/2014/09/introduction-to-bioreactor. Función. Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. INTRODUCTION TO BIOREACTOR. la envoltura o funda. Contiene las células y el medio para el proceso de reacción necesaria. 2016. En general. Cubrir la parte superior del biorreactor del entorno exterior. Retrieved March 16. los elementos básicos de un biorreactor incluyen el recipiente. 7 Biorreactor: partes y funciones. B.blogspot.Diseño.html. Nota: Chung. from http://bioprocessrhapsody. además el dispositivo también incluye módulos que reemplazan la necesidad de utilizar: hielo. Una bomba peristáltica es usada por lo general para agregar el agente de neutralización de pH. Mantiene la temperatura del biorreactor en un valor constante. o la extracción e inserción de plásmidos en estos mismos (clonación). en los laboratorios o en los colegios. B. El dispositivo contara con sensores de: pH. Ya sea con fines investigativos o con fines educativos. Deflector. el cual corrige la temperatura de acuerdo a los requerimientos deseados.blogspot. Se utiliza para romper el vórtice que se puede crear durante el proceso de agitación/mezclado. Envoltura o funda. Retrieved March 16. el proyecto que elaborare será un hardware pequeño y fácil de usar que permite a cualquier persona crecer y cuidar de células vivas. Nota: Chung. Usualmente es llevado a cabo por un sensor Pt- 100. Sistema de medida y control de pH. Sera la primera plataforma de bioingeniería pública disponible en Colombia que se puede utilizar en el hogar. Rociador. termómetro. [16] Propuesta y Diseño preliminar: Teniendo en cuenta todo lo anterior. INTRODUCTION TO BIOREACTOR. incubadora y temporizador. from http://bioprocessrhapsody. baño maría. 2016. a través de circulación de agua fría. ya sea para estudiar el efecto de un organismo o al organismo en si o para enseñar conceptos biológicos simples como el cultivo de microorganismos. 8 obtener los resultados deseados. Se suele utilizar una sonda de pH. ya que este reduce la eficiencia del mezclado e incrementa el consumo de energía. simples. De las partes tradicionales del biorreactor solo se .html.Diseño. Construcción.com. (2013. humedad y de densidad óptica (absorbancia). Sistema medida y control de temperatura. También ayuda un poco en el proceso de mezclado. temperatura.co/2014/09/introduction-to-bioreactor. Provee el oxígeno necesario para la producción celular en cultivos aeróbicos. January 01). Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. me explico. si todo sale bien será incluido con el dispositivo. Los pasos simples por el momento son el de ingresar el ADN modificado (plásmido) dentro del organismo deseado. esto se debe a que cada vez con el pasar de los años más y más personas tendrán acceso a estas nuevas tecnologías. desarrollo e innovación en el campo de la ingeniería genética y la bioingeniería. El proceso de cultivo celular será simplificado en tres simples pasos. además tanto el hardware como el software serán de código abierto para que cualquiera los personalice como quiera y para lo que quiera. cualquier persona con el interés necesario en estas ciencias (incluyendo estudiantes de secundaria) pueden secuenciar su ADN. hasta complejos para generar tejidos y órganos. Discusión: Tras haber hecho una extensa búsqueda sobre el tema de los biorreactores caseros. el plásmido puede ser diseñado por CELLOCAD y ordenado de un laboratorio que venda plásmidos. además también estará conectado a internet por medio de wifi para observar el progreso del experimento a distancia. [35] Desde el principio estas tecnologías y herramientas se crearon con la idea de que cualquier persona (novata o experta) en el campo de las ciencias naturales las pueda usar. [5] Desde que se completó el proyecto genoma humano en 2003 se ha visto un incremento en la elaboración de herramientas para leer. sin embargo si el usuario es más experimentado puede hacer los cambios al proceso que quiera. Construcción.Diseño. me topé con una pequeña revolución que hasta ahora está dando sus pasos iniciales para el estudio. tras haber insertado el plásmido se procede a dejar crecer al organismo (cultivo celular) una vez hecho esto se obtiene al organismo deseado y el usuario decide por cuanto tiempo lo tendrá con vida. por medio de que tanto alimento se les proporcionara. [5] [11] Esto resulta que en la actualidad. Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. secuenciar y editar ADN. También contara con una pantalla para el monitoreo y configuración del cultivo celular. aprender sobre . así como hacer cultivos celulares simples como bacterias. 9 utilizara el agitador y el rociador que provee oxígeno a los microorganismos en caso de hacer cultivos aeróbicos. el alimento (LB Agar) se consigue por medio de los mismos distribuidores de los plásmidos. 000 personas han participado en iGEM. las . secuenciar genes de forma gratuita. su interés en hacer más y aprender más está creciendo rápidamente. [34] Otro equipo propuso convertir metanol en una fuente de carbono universal. [36] En América latina como es costumbre nos hemos quedado atrás en esta revolución. imaginar lo que será capaz de lograr dado herramientas mejoradas como adultos es sumamente interesante las innovaciones que pueden lograr. abierta para todos. [11] Unirse a iGEM la comunidad de biología sintética más grande del mundo. [11] Y si están trabajando para resolver enormes desafíos utilizando la biología sintética hoy en día. eficiente y personalizada para cada tumor y genética del paciente". La competencia ha crecido de 5 equipos en 2004 a 245 equipos en más de 32 países en 2014. [34] [11] No sólo los adolescentes ya están reescribiendo el código de la vida. estos son objetivos nobles. leer la guía básica del biohacking llamada BioBuilder. Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. pero el punto es que los jóvenes ya están trabajando hacia ellos. [34] Ahora como toda ciencia existen la posibilidad del uso indebido de esta misma. un equipo de iGEM de Israel propuso un proyecto para "desarrollar una terapia del cáncer que sea altamente específica para las células cancerosas. son muy pocos los países donde se puede estudiar bioingeniería. 10 CRISPR. comprar ADN sintético diseñado por ellos mismos o de bases de datos de otras persona. debido a estos miedos y problemas éticos se han desarrollado leyes para evitar esto. 18. o como se muestra en este artículo comprar mini laboratorios. Hasta el momento.Diseño. Construcción. biorreactores o bioproductores caseros para el desarrollo de sus experimentos propios. Y el ganador del primer premio del año pasado en el nivel de la secundaria preparó un diseño biológico para prevenir el daño en los tejidos causado por la inflamación crónica en el cuerpo humano. [34] Para ser claros. Algunos de los avances de esta ciencia son: el año pasado. donde el uso indebido de herramientas para biohacking puede llevar a 3 años de prisión es muy probable que otros países del mundo occidental sigan este ejemplo para impedir catástrofes ambientales o sociales que nazcan de estas tecnologías. el primer país en hacerlo fue Alemania en 2016. para mejorarlos e incluso adaptarlos a algo similar de lo que se expone en este trabajo. y no existe ningún programa en biología sintética y mucho menos se presentan comunidades de biohacking. una vez logrado esto las posibilidades son ilimitadas. todo tiene un enfoque académico (a las universidades) y al sector privado. Construcción. esta es una oportunidad única ya que sur américa posee la mayor biodiversidad del planeta. su alineación con las líneas de investigación en la facultad Bioingeniera y su impacto en la sociedad Colombiana. monitoreen y cuiden el cultivo. [11] Para concluir en caso de que el proyecto no sea aprobado como alternativa me gustaría continuar trabajando en los biorreactores que ya fueron diseñados por los egresados de años pasados en la universidad. estas alternativas las tome con los criterios de su cercanía al proyecto deseado. o incluso crear nuestra propia comunidad de Biohackers. es decir robots que siembren. también me gustaría trabajar en el servicio de proporcionar sistemas de automatización en cultivos agrícolas. [33] [34] Todo esto parte de la educación y el interés del público general por esta razón es necesario crear las herramientas para que las personas se animen a participar. acceso a especies que ningún otro continente tiene. para que se den cuenta que no es difícil secuenciar un gen o crear ADN sintético. o sistemas de siembra casero (tener cultivos de frutas y verduras en las casas y oficinas) totalmente o parcialmente automatizados.Diseño. Operación y puesta en marcha de un Bioproductor para la producción de microorganismos con fines investigativos y educativos. . 11 facultades son nuevas. y en mi opinión personal es preferible que los nativos a este continente nos apropiemos del conocimiento de esta biodiversidad tan rica antes que los extranjeros. esto no está mal ya que por lo menos existe el interés en el tema pero se necesita plantear participación en eventos y competencias como el iGEM. ieee. March 31). from https://www. (2016. This Droplet of DNA Could Store 600 Smartphones Worth of Retrievable Data. 2017. 12 Referencias [1] Angenon. (2015). M. from https://singularityhub. N. M. from https://singularityhub. The Synthetic Biology Era Is Here-How We Can Make the Most of It. From the tumor- inducing principle to plant biotechnology and its importance for society.um.. [3] Strickland. & Perassi. N. December 01).com/2016/08/19/the- synthetic-biology-era-is-here-how-we-can-make-the-most-of-it/ [6] Fan. Construcción. 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