UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓNFACULTAD DE EDUCACIÓN Especialidad: Biología, Química y Tecnología de los Alimentos PROYECTOS BIOTECNOLÓGICOS Docente :Julio Macedo Figueroa Huacho - Perú 2011 BIOTECNOLOGÍA* 1.- INTRODUCCIÓN La biotecnología no es, en sí misma, una ciencia; es un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias (biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, química, medicina y veterinaria entre otras). Hay muchas definiciones para describir la biotecnología. En términos generales biotecnología es el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor para el hombre. Como tal, la biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. Históricamente, biotecnología implicaba el uso de organismos para realizar una tarea o función. Si se acepta esta definición, la biotecnología ha estado presente por mucho tiempo. Procesos como la producción de cerveza, vino, queso y yogurt implican el uso de bacterias o levaduras con el fin de convertir un producto natural como leche o jugo de uvas, en un producto de fermentación más apetecible como el yogurt o el vino Tradicionalmente la biotecnología tiene muchas aplicaciones. Un ejemplo sencillo es el compostaje, el cual aumenta la fertilidad del suelo permitiendo que microorganismos del suelo descompongan residuos orgánicos. Otras aplicaciones incluyen la producción y uso de vacunas para prevenir enfermedades humanas y animales. En la industria alimenticia, la producción de vino y de cerveza se encuentra entre los muchos usos prácticos de la biotecnología. La biotecnología moderna está compuesta por una variedad de técnicas derivadas de la investigación en biología celular y molecular, las cuales pueden ser utilizadas en cualquier industria que utilice microorganismos o células vegetales y animales. Esta tecnología permite la transformación de la agricultura. También tiene importancia para otras industrias basadas en el carbono, como energía, productos químicos y farmacéuticos y manejo de residuos o desechos. Tiene un enorme impacto potencial, porque la investigación en ciencias biológicas está efectuando avances vertiginosos y los resultados no solamente afectan una amplitud de sectores sino que también facilitan enlace entre ellos. Por ejemplo, resultados exitosos en fermentaciones de desechos agrícolas, podrían afectar tanto la economía del sector energético como la de agroindustria y adicionalmente ejercer un efecto ambiental favorable. Una definición más exacta y específica de la biotecnología "moderna" es "la aplicación comercial de organismos vivos o sus productos, la cual involucra la manipulación deliberada de sus moléculas de DNA". Esta definición implica una serie de desarrollos en técnicas de laboratorio que, durante las últimas décadas, han sido responsables del tremendo interés científico y comercial en biotecnología, la creación de nuevas empresas y la reorientación de investigaciones y de inversiones en compañías ya establecidas y en Universidades. La biotecnología consiste en un gradiente de tecnologías que van desde las técnicas de la biotecnología "tradicional", largamente establecidas y ampliamente conocidas y utilizadas (e.g., fermentación de alimentos, control biológico), hasta la biotecnología moderna, basada en la utilización de las nuevas técnicas del DNA recombinante (llamadas de ingeniería genética), los anticuerpos monoclonales y los nuevos métodos de cultivo de células y tejidos. 2.- BIOTECNOLOGÍA El creciente interés que en los últimos años ha despertado la biotecnología, tanto en los medios académicos como en la actividad económica, se ha traducido, entre otras cosas, en una proliferación de definiciones. Esta relativa abundancia es reflejo, por un lado, del carácter multidisciplinario de la biotecnología (Microbiología, Ingeniería Química, Bioquímica y Química) y, por el otro, de la dificultad que existe para fijar estrictamente sus límites. Todas las definiciones tienen en común que hacen referencia al empleo de agentes biológicos y de microorganismos. 2 Una definición amplia de biotecnología sería: Un conjunto de innovaciones tecnológicas que se basa en la utilización de microorganismos y procesos microbiológicos para la obtención de bienes y servicios y para el desarrollo de actividades científicas de investigación. (1) Se ha observado que la biotecnología no representa nada nuevo, ya que tanto la utilización de microorganismos en los procesos de fermentación tradicionales, así como las técnicas empíricas de selección genética y de hibridación, se han usado a lo largo de toda la historia de la humanidad. Esto ha llevado a distinguir entre la biotecnología tradicional y la nueva biotecnología. Equivocadamente se tiende a asociar los procesos de fermentación con la primera y la ingeniería genética con la segunda. La ingeniería genética no es sino el más reciente y espectacular desarrollo de la biotecnología, que no sustituye ninguna técnica preexistente, sino que más bien enriquece y amplia las posibilidades de aplicación y los usos de las biotecnologías tradicionales. 3.- ANTECEDENTES. La historia de la biotecnología puede dividirse en cuatro períodos. El primero corresponde a la era anterior a Pasteur y sus comienzos se confunden con los de la humanidad. En esta época, la biotecnología se refiere a las prácticas empíricas de selección de plantas y animales y sus cruzas, y a la fermentación como un proceso para preservar y enriquecer el contenido proteínico de los alimentos. Este período se extiende hasta la segunda mitad del siglo XIX y se caracteriza como la aplicación artesanal de una experiencia resultante de la práctica diaria. Era tecnología sin ciencia subyacente en su acepción moderna. La segunda era biotecnológica comienza con la identificación, por Pasteur, de los microorganismos como causa de la fermentación y el siguiente descubrimiento por parte de Buchner de la capacidad de las enzimas, extraídas de las levaduras, de convertir azúcares en alcohol. Estos desarrollos dieron un gran impulso a la aplicación de las técnicas de fermentación en la industria alimenticia y al desarrollo industrial de productos como las levaduras, los ácidos cítricos y lácticos y, finalmente, al desarrollo de una industria química para la producción de acetona, "butanol" y glicerol, mediante el uso de bacterias. La tercera época en la historia de la biotecnología se caracteriza por desarrollos en cierto sentido opuestos, ya que por un lado la expansión vertiginosa de la industria petroquímica tiende a desplazar los procesos biotecnológicos de la fermentación, pero por otro, el descubrimiento de la penicilina por Fleming en 1928, sentaría las bases para la producción en gran escala de antibióticos, a partir de la década de los años cuarenta. Un segundo desarrollo importante de esa época es el comienzo, en la década de los años treinta, de la aplicación de variedades híbridas en la zona maicera de los Estados Unidos ("corn belt"), con espectaculares incrementos en la producción por hectárea, iniciándose así el camino hacia la "revolución verde" que alcanzaría su apogeo 30 años más tarde. La cuarta era de la biotecnología es la actual. Se inicia con el descubrimiento de la doble estructura axial del ácido "deoxi-ribonucleico" (ADN) por Crick y Watson en 1953, seguido por los procesos que permiten la inmovilización de las enzimas, los primeros experimentos de ingeniería genética realizados por Cohen y Boyer en 1973 y aplicación en 1975 de la técnica del "hibridoma" para la producción de anticuerpos "monoclonales", gracias a los trabajos de Milstein y Kohler. Estos han sido los acontecimientos fundamentales que han dado origen al auge de la biotecnología a partir de los años ochenta. Su aplicación rápida en áreas tan diversas como la agricultura, la industria alimenticia, la farmacéutica, los procesos de diagnóstico y tratamiento médico, la industria química, la minería y la informática, justifica las expectativas generadas en torno de estas tecnologías. Un aspecto fundamental de la nueva biotecnología es que es intensiva en el uso del conocimiento científico. En el período anterior a Pasteur, la biotecnología se limitaba a la aplicación de una experiencia práctica que se transmitía de generación en generación. Con Pasteur, el conocimiento científico de las características de los microorganismos comienza a orientar su utilización práctica, pero las aplicaciones industriales se mantienen fundamentalmente como artesanales, con la excepción de unas pocas áreas en la industria química y farmacéutica (como la de los antibióticos), en 3 las cuales se inicia la actividad de I y D en el seno de la corporación transnacional. En todos estos casos, la innovación biotecnológica surgió en el sector productivo; en cambio, los desarrollos de la nueva biotecnología se originan en los centros de investigación, generalmente localizados en el seno de las universidades. Las nuevas biotecnologías pueden agruparse en cuatro categorías básicas: · Técnicas para el cultivo de células y tejidos. · Procesos biotecnológicos, fundamentalmente de fermentación, y que incluyen la técnica de inmovilización de enzimas. · Técnicas que aplican la microbiología a la selección y cultivo de células y microorganismos. · Técnicas para la manipulación, modificación y transferencia de materiales genéticos (ingeniería genética). Aunque los cuatro grupos se complementan entre sí, existe una diferencia fundamental entre los tres primeros y el cuarto. Los primeros se basan en el conocimiento de las características y comportamiento y los microorganismos y en el uso deliberado de estas características (de cada organismo en particular), para el logro de objetivos específicos en el logro de nuevos productos o procesos. La enorme potencialidad del último grupo se deriva de la capacidad de manipular las características estructurales y funcionales de los organismos y de aplicación práctica de esta capacidad para superar ciertos límites naturales en el desarrollo de nuevos productos o procesos. Desde un punto algo diferente, es posible agrupar las tecnologías que forman parte de la biotecnología en los seis grupos siguientes: · Cultivos de tejidos y células para: la rápida micropropagación "in vitro" de plantas, la obtención de cultivos sanos, el mejoramiento genético por cruza amplia, la preservación e intercambio de "germoplasma", la "biosíntesis" de "metabolitos" secundarios de interés económico y la investigación básica. · El uso de enzimas o fermentación microbiana, para la conservación de materia primas definidas como sustratos en determinados productos, la recuperación de estos productos, su separación de los caldos de fermentación y su purificación final. · Tecnología del "hibridoma", que se refiere a la producción, a partir de "clones", de anticuerpos de acción muy específica que reciben el nombre de anticuerpos "monoclonales". · Ingeniería de proteínas, que implica la modificación de la estructura de las proteínas para mejorar su funcionamiento o para la producción de proteínas totalmente nuevas. · Ingeniería genética o tecnología del "ADN", que consiste en la introducción de un "ADN" híbrido, que contiene los genes de interés para determinados propósitos, para capacitar a ciertos organismos en la elaboración de productos específicos, ya sean estos enzimas, hormonas o cualquier otro tipo de proteína u organismo. · Bioinformática, que se refiere a la técnica basada en la utilización de proteínas en aparatos electrónicos, particularmente sensores biológicos y "bioships"; es decir, "microchips" biológicos, capaces de lógica y memoria. A diferencia de la primera clasificación, que señala las técnicas propiamente tales, la segunda se refiere también a las actividades económicas en las que se hace uso de dichas tecnologías. La nueva biotecnología crea nuevos procesos y nuevos productos en diversas áreas de la economía. Como estos procesos se basan en los mismos principios, ya sea que se apliquen en un sector económico o en otro, ello introduce cierto grado de flexibilidad, ya que permite la movilidad entre diferentes sectores. Por ejemplo, los procesos de fermentación pueden aplicarse para la producción, en gran escala, de alcohol o de antibióticos como la penicilina, o en escalas menores para la producción de aminoácidos o en la industria farmacéutica. Esto facilita la movilidad de factores productivos y tiene impacto sobre la calificación de la mano de obra, la cual, aun cuando deberá adaptarse a este nuevo perfil tecnológico (tanto en términos cuantitativos como cualitativos) posiblemente logre al mismo tiempo una mayor facilidad de empleo. A nivel mundial el interés por la biotecnología es indudable, como se ve a través del frecuente abordaje de tales temas en los periódicos, libros y medios de comunicación. Algunos descubrimientos útiles serán una consecuencia directa del uso de las técnicas de ingeniería genética que logren transferir determinados genes (a veces incluso genes humanos) a un determinado microorganismo apropiado, para hacer el producto que es precisamente requerido en el mercado. 4 Determinadas proteínas humanas y algunos enzimas requeridos en Medicina se conseguirán de esta forma, en el futuro. Otros muchos beneficios, serán el resultado de la fabricación mediante técnicas de fermentación, de anticuerpos específicos para fines analíticos y terapéuticos. Estos anticuerpos monoclonales se producirán mediante el crecimiento de células en grandes tanques de cultivo, utilizando el conocimiento biotecnológico adquirido por el cultivo de microorganismos en grandes fermentadores, como por ejemplo la producción de antibióticos como la penicilina. Se están desarrollando en la actualidad importantes descubrimientos y aplicaciones comerciales en cada uno de los campos de la Biotecnología, incluyendo las que tienen lugar en las industrias de fermentación, la biotecnología de los enzimas y células inmovilizadas, el tratamiento de residuos y la utilización de subproductos. Aquellos procesos que resulten productivos serán útiles a la sociedad, atractivos para la industria por motivos comerciales y en algunos casos recibirán el apoyo de los respectivos gobiernos. Una gran potencialidad de la biotecnología se da en el campo de la investigación y el desarrollo científico, ya que proporciona herramientas que permiten una mejor comprensión de los procesos fisiológicos, por ejemplo, del sistema inmuno-defensivo, o que reducen, en forma considerable, los plazos de la I y D, facilitando así los procesos de innovación tecnológica. A su vez, con el advenimiento de nuevas técnicas en el campo biológico, la actividad de la I y D en este campo tiende a hacerse cada vez más científica y menos empírica, acentuándose así las características de intensidad científica propias de la biotecnología. Resulta claro que siendo la biotecnología un sistema de diversas innovaciones científico-tecnológicas interrelacionadas, no todas ellas evolucionan al mismo ritmo. Las condiciones de mercado, las expectativas de beneficios, aspectos organizativos y de gestión, entre otros, favorecen la rápida puesta en marcha y difusión de algunas de estas tecnologías, relegando a otras. La literatura sobre la innovación tecnológica acostumbra distinguir entre aquellas innovaciones que surgen como respuesta a una situación de mercado, y a expectativas de beneficios económicos, de aquéllas que se originan en el área de I y D como resultado de un proceso continuo y acumulativo de desarrollo científicotecnológico. En el primer caso se habla de "demand or market-pull" y en el segundo, de "technological-push". Ha sido frecuente, en los últimos tiempos, señalar el láser y la biotecnología como ejemplos del segundo tipo de innovación. Es decir, descubrimientos científicos a los que se arriba sin una aplicación específica predeterminada en mente, pero que luego encuentran una gama considerable de aplicaciones prácticas. Sin embargo, pareciera más correcto considerar ambos factores, el inherente proceso científicotecnológico y aquél que corresponde a incentivos económicos, como complementarios. Así, en el caso de la biotecnología, aun cuando ésta nace en el ámbito de la I y D, de las muchas aplicaciones posibles, las que se desarrollan primero son aquellas que ofrecen expectativas de importantes beneficios económicos en un plazo más o menos breve. En la agricultura, la biotecnología se orienta a la superación de los factores limitantes de la producción agrícola a través de la obtención de variedades de plantas tolerantes a condiciones ambientales negativas (sequías, suelos ácidos), resistentes a enfermedades y pestes, que permitan aumentar el proceso fotosintético, la fijación de nitrógeno o la captación de elementos nutritivos. También se apunta al logro de plantas más productivas y/o más nutritivas, mediante la mejora de su contenido proteínico o aminoácido. Un desarrollo paralelo es la producción de pesticidas (insecticidas, herbicidas y fungicidas) microbianos. Las técnicas que ya se emplean, o que están desarrollándose, van desde los cultivos de tejidos, la fusión protoplasmática, el cultivo in vitro de "meristemas", la producción de nódulos de "rhizobium" y "micorizas", hasta la ingeniería genética para la obtención de plantas de mayor capacidad fotosintética, que puedan fijar directamente nitrógeno, resistentes a plagas y pestes, etc. El cultivo de tejidos consiste en la regeneración de plantas completas a partir de una masa amorfa, de células, que se denomina "callo". En su forma más general, se aplica a todo tipo de cultivo "in vitro", desde simples unidades indiferenciadas hasta complejos multicelulares y órganos. El proceso consiste en la incubación, en condiciones controladas 5 y asépticas, de una célula o parte de un tejido vegetal (hoja, tallo, raíz, embrión, semilla, "meristema", polen, etc.) en un medio que contiene elementos nutritivos, vitaminas y factores de crecimiento. Las aplicaciones de esta técnica se dan en tres áreas fundamentales: a) rápida micropropagación "in vitro" de plantas, b) desarrollo "in vitro" de variedades mejoradas y c)producción de "metabolitos" secundarios de interés económico para el cultivo de células de plantas. En el primer grupo se incluye el cultivo "in vitro" de "meristemas", que permiten la micropropagación de material de siembra uniforme y sano, y el cultivo de anteras, de gran utilidad al permitir la reducción del tiempo necesario en la selección de genes, y por lo tanto de gran ayuda en las técnicas tradicionales de hibridación. También incluye el cultivo y la fusión de "protoplastos", el cultivo de embriones, la mutación somática, etc. Las ventajas principales del cultivo "in vitro" de plantas son: a) rápida reproducción y multiplicación de cultivos; b) obtención de cultivos sanos, libres de virus y agentes patógenos; c) posibilidad de obtener material de siembra a lo largo de todo el año (no estar sujetos al ciclo estacional); d) posibilidad de reproducir especies de difícil reproducción o de reproducción y crecimientos lentos; e) facilita la investigación y proporciona nuevas herramientas de gran utilidad en otras técnicas como la del "rADN", y f) mejora las condiciones de almacenamiento, transporte y comercialización de germoplasma, facilitando su transferencia internacional. Algunas de las técnicas aplicadas son ya prácticamente de dominio público y tienen además costos relativamente bajos. Como ejemplo puede mencionarse los cultivos de tejidos, ampliamente utilizados para la producción de plantas ornamentales y con enorme potencial en plantas tropicales como la yuca, la palma de aceite, la patata dulce, el banano, la papaya, etc. En forma similar, la producción de "inóculos" de "rhizobium" es una actividad ampliamente utilizada en el cultivo de la soya en los Estados Unidos, Australia y Brasil, y que prácticamente ha eliminado la utilización de fertilizantes químicos en este cultivo. Un aspecto que es importante de destacar en el desarrollo de la biotecnología agrícola, es que tanto los procesos como los productos que se utilizan como insumos, están fuertemente condicionados por las características ecológicas, climáticas y geográficas, así como por la diversidad biológica y genética de cada área o región. Por lo tanto, el desarrollo biotecnológico aplicado a la agricultura tiene que ser llevado a cabo in situ. Por ejemplo, es sabido que cada especie de leguminosa existe una bacteria de "rhizobium" específica. Más aún, estas bacterias tienden a ser, además, específicas respecto de condiciones ecológicas y climáticas particulares, de tal manera que para cada leguminosa se necesita no sólo el "inóculo" de una bacteria determinada, sino que también esa bacteria se adapte a las condiciones ambientales en las cuales la leguminosa se cultiva. Así los "inóculos" de "rhizobium" que se utiliza para los cultivos de soya en los Estados Unidos no son efectivos en los cultivos de soya en Brasil, ya que las características de los suelos, la temperatura y la humedad difieren. La producción de "inóculos" debe realizarse en el lugar y para el producto para el cual se van a utilizar. La magnitud del mercado potencial agrícola para la biotecnología es, en gran medida, materia de especulación debido precisamente a la falta de un conocimiento detallado de muchas de estas condiciones locales. En este campo, la biotecnología está orientada a la utilización en gran escala de "biomasa" para la producción de materias primas orgánicas, que actualmente se obtienen mediante procesos químicos convencionales. Las ventajas son que la "biomasa" es un recurso altamente subutilizado y relativamente barato., ya que en gran parte esta constituído por residuos y desechos de plantaciones forestales y de cultivos en gran escala. Es además un recurso renovable. Las principales fuentes potencialmente disponibles para la producción tanto de etanol como de otros productos químicos a granel son (aparte de las melazas de la caña) cultivos como la yuca, el sorgo, las papas y el maíz; los sueros de la industria de la leche; los residuos de las plantaciones de café y, en general, todo tipo de residuo celuloso. Actualmente la biotecnología está siendo aplicada en gran escala en la producción de alcohol (etanol), como combustible sustituto del petróleo, fundamentalmente en el Brasil y en menor medida en Estados Unidos y la India. En el Brasil, la producción se logra a partir de melazas de la caña de azúcar, mientras que en Estados Unidos se usa el 6 maíz. Otro producto importante es el ácido cítrico. Los principales productores son los Estados Unidos, Italia, Bélgica y Francia. Utilizan como materia prima melazas de remolacha. La importancia que tiene cada una de las aplicaciones mencionadas es incuestionable desde el punto de vista económico. Como ejemplos concretos cabe mencionar las aplicaciones ya realizadas para la micropropagación de cultivos sanos de yuca, el desarrollo en curso de sistemas de reproducción para la palma africana (palma de aceite), el creciente comercio internacional de plantas ornamentales, la producción de material sano de patata y el creciente intercambio de "germoplasma". Por lo que respecta a la mayor rapidez en la obtención de híbridos, se han indicado las siguientes cifras: una nueva especie de tomate que por cruza tradicional se obtiene en un plazo de 7-8 años, por variación "somaclonal" se puede obtener en 3-4 años; en el caso de la caña de azúcar, el plazo se reduce de 14 a 7 años. Las diferentes técnicas de cultivo de tejidos están en distintas fases de desarrollo; algunas como el tejido "meristemático", ya han sido ampliamente aplicadas para la obtención de cultivos sanos y libres de virus (caso yuca, por ejemplo). Otras técnicas tienen una maduración más lenta y su aplicación es de más largo plazo. Las técnicas de cultivo de tejidos se pueden clasificar, según la fecha de su aplicación en actividades económicas, en las siguientes categorías: Aplicaciones de corto plazo (dentro de los tres años) Aplicaciones de mediano plazo (dentro de los próximos ocho años) Aplicaciones de largo plazo (no antes de los próximos ocho años) Propagación vegetativa Variación "somaclonal" Hibridización somática Eliminación de enfermedades Variación "gametoclonal" Líneas celulares mutantes Intercambio de germoplasma Cultivos de embriones Transferencia de cromosomas Transferencia de genes pro cruza amplia Fertilización "in vitro" Ingeniería genética molecular Cultivo de anteras y "haploidea" Otra aplicación económica importante, aun cuando es de más largo plazo, es la obtención de "metabolitos" secundarios por cultivo celular. Hay cuatro grupos importantes de "metabolitos" secundarios: a) aceites esenciales, que se emplean como sazonadores, perfumes y solventes; b) glucósidos: "saponinas", aceite de mostaza para colorantes; c) alcaloides tales como morfina, cocaína, atropina, etc. de gran utilidad en la producción de fármacos, de los que se conocen más de 4000 compuestos, la mayoría de origen vegetal; d) enzimas: "hidrolasas", "proteasas", "amilasas", "ribonucleasas". La obtención por procesos tradicionales de estos productos es ineficiente, estando sujeta a las variaciones estacionales y/o climáticas, dificultades de conservación y transporte, falta de homogeneidad del producto obtenido, etc. Frente a estos inconvenientes, el cultivo celular ofrece la posibilidad de un suministro regular de un producto homogéneo y sobre todo la perspectiva de lograr buenos rendimientos, dado que las plantas pueden ser "manipuladas" y su crecimiento es controlado. El cultivo celular permite la "rutinización" típica de las actividades industriales y por lo tanto la optimización de las operaciones. Finalmente, se vislumbra también la posibilidad de obtener nuevos compuestos por medio del cultivo celular. Para ello se prevén dos enfoques diferentes: a) el aislamiento de un cultivo capaz de alto rendimiento y b) el cultivo celular en gran escala y la obtención industrial de determinados productos. 4. BIOTECNOLOGÍA VEGETAL Con las técnicas de la biotecnología moderna, es posible producir más rápidamente que antes, nuevas variedades de plantas con características mejoradas, produciendo en mayores cantidades, con tolerancia a condiciones adversas, resistencia a herbicidas específicos, control de plagas, cultivo durante todo el año. Problemas de enfermedades y control de malezas ahora pueden ser tratados genéticamente en vez de con químicos. La ingeniería genética (proceso de transferir ADN de un organismo a otro) aporta grandes beneficios a la agricultura a través de la manipulación genética de microorganismos, plantas y animales. Una planta modificada por ingeniería genética, que contiene ADN de una fuente externa, es un organismo transgénico. Un ejemplo de planta transgénica es el tomate que permite mantenerse durante mas tiempo en los almacenes evitando que se reblandezcan antes de ser transportados. En el mes de Enero del pasado año 2000, se llegó a un acuerdo sobre el Protocolo de la Bioseguridad. Europa y Estados Unidos 7 acordaron establecer medidas de control al comercio de productos transgénicos. Mas de 130 países dieron el visto bueno al acuerdo de Montreal, sin embargo, en este acuerdo existen partes con posiciones, que si no son incompatibles, sí son contradictorias en lo relativo al etiquetado y comercialización de estos productos: · De una parte encontramos a EEUU y a sus multinacionales, que acompañados por otros grandes países exportadores de materias primas agrícolas, quieren una legislación abierta y permisiva, en la que el mercado sea quien imponga su ley. EEUU defiende el uso de la biotecnología y pone de relieve la importancia de su industria, que crea nuevos puestos de trabajo y fomenta la innovación tecnológica y podría acabar con el hambre del mundo. · En el lado opuesto se encuentra la Unión Europea y otros países desarrollados de Asia, que pretenden poner orden y límite a ese comercio, empezando por un etiquetado riguroso que diferencie, tanto las materias primas como los productos elaborados en los que se incluyan organismos modificados genéticamente (OMG). Así mismo pretenden controlar y limitar el desarrollo de las patentes, propugnando incluso, una moratoria de 10 años, debido a que no se conoce con certeza los verdaderos efectos de esas manipulaciones genéticas sobre el resto de variedades vegetales y sobre el ecosistema. España ha sido acusada por grupos ecologistas y organizaciones agrarias como, COAG y UPA de ser uno de los países más permisivos en este aspecto. · El sector más radical lo constituye aquellos los grupos conservacionistas y colectivos científicos que abogan por la prohibición de cualquier tipo de alteración de los códigos genéticos. Las multinacionales de la biotecnología son las que, por ahora se están llevando el gato al agua. Los cinco gigantes son: · AstraZeneca. · DuPont. · Monsanto. · Novartis. · Aventis. Suponen el 60% del mercado de pesticidas. 23% del mercado de semillas. 100% del mercado de semillas transgénicas. Entre los cultivos transgénicos autorizados en la Unión Europea: 1. Producto Empresa Tabaco Selta Soja Monsanto Colza PGS Maíz Novartis Colza AgrEvo Maíz (T25) AgrEvo Maíz (MON 810) Monsanto Maíz (MON 809) Ploneer Achicoria Bejo Zaden Colza AgrEvo Maíz Novartis Colza PGS Patata AVEBE Remolacha DLF-Trifolium Clavel Florigene Tomate Zeneca Algodón Monsanto Maíz DeKalb Patata Amylogene Clavel Florigene Fuente.Unesco, Emst & Young, SEBIOT. En Europa, los casos de Soja y Maíz transgénicos resultan de especial relevancia. La soja se utiliza en un 40 a 60% de los alimentos procesados: aceite, margarina, alimentos dietéticos e infantiles, cerveza, etc. España importa de EEUU 1´5 millones de toneladas, el cuarto país importador detrás de Japón, Taiwan y Holanda. La comercialización del maíz transgénico está autorizada en EEUU, Canadá, Japón y también en la Unión Europea desde Enero de 1997. ¿Qué consecuencias puede traer el consumo de plantas y alimentos transgénicos? China planea plantar tomates, arroz, pimientos y patatas por lo menos en la mitad de todas sus tierras de labor (500.000 kilómetros cuadrados) en el plazo de cinco años. Sus investigadores analizaron el efecto de los pimientos y los tomates transgénicos en ratas de laboratorio, comparando el peso y el estado de los mismos con los de otros no alimentados, y no observaron diferencias significativas. La creación o elaboración de este tipo de alimentos depende del nivel de desarrollo del país, de los intereses políticos del mismo y del grado de presión que ejerzan las grandes industrias privadas del sector. Hay un gran debate en torno a la conveniencia o no de este tipo de organismos. 8 Entre los posibles beneficios que defensores alegan podemos señalar: sus · Alimentos con más vitaminas, minerales y proteínas, y menor contenido en grasas. · Cultivos más resistentes al ataque de virus, hongos insectos sin la necesidad de emplear productos químicos, lo que supone un mayor ahorro económico y menor daño al medio ambiente. · Mayor tiempo de conservación de frutas y verduras. · Cultivos tolerantes al sequía y estrés (Por ejemplo, un contenido alto de sal en el suelo). Hay quien asegura que estos alimentos ponen en peligro la salud humana, provocando la aparición de alergias insospechadas. Por ejemplo, se han citado casos de alergia producida por soja transgénica manipulada con genes de la nuez de Brasil o de fresas resistentes a las heladas por llevar incorporado un gen de pescado (un pez que vive en aguas árticas a bajas temperaturas) En este caso, las personas alérgicas al pescado podrían sufrir una crisis alérgica al ingerir las fresas transgénicas. Estas situaciones motivaron que organizaciones de consumidores y ecologistas pidieran que los productos elaborados con plantas transgénicas lleven la etiqueta correspondiente. Esta petición fue concedida con la aprobación el 15 de Mayo de 1997 del Reglamento CE nº 258/97 "sobre nuevos alimentos y nuevos ingredientes alimentarios" aprobado por el Parlamento Europeo y el Consejo de la Unión Europea el 27 de Enero de 1997. En principio este Reglamento consideraba fuera de su aplicación a los productos derivados de la soja y maíz transgénicos, cuya comercialización había sido permitida con anterioridad, el 26 de Mayo de 1998 se aprobó el Reglamento nº1139/98/CE del Consejo por el que se exige el etiquetado de los alimentos e ingredientes alimentarios fabricados, total o parcialmente, a partir de maíz y de semillas de soja modificados genéticamente. Sin embargo esta regulación es muy necesaria, ya que calmará, en cierto modo la alarma social existente en torno a las plantas y alimentos transgénicos. La sociedad conocerá poco a poco las características de estos productos y su temor ya no podrá basarse en el desconocimiento y temor a lo desconocido y novedoso, pudiendo entonces, aceptarlos o rechazarlos. *Autor: Mario Andres osorio 5.- BIOTECNOLOGIA FUNDAMENTAL "El hombre encuentra a Dios detrás de cada puerta que la ciencia logra abrir" Albert Einstein. Con esta frase parece que Einstein quería poner de relieve la importancia que tiene para la humanidad la ciencia y sus descubrimientos. Con el paso del tiempo vamos descubriendo más y más cosas que por su gran facultad de asombro nos parecen "de ciencia ficción", pero que nos hace ver y comprobar lo grande que es la vida y los secretos que aun nos quedan por desentrañar. 6.- CONCEPTO DE BIOTECNOLOGÍA. La biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. Procesos como la producción de cerveza, vino, queso y yogurt implican el uso de bacterias o levaduras con el fin de convertir un producto natural como la leche, en un producto de fermentación más apetecible como el yogurt. En términos generales biotecnología se puede definir como el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor para el hombre. La biotecnología moderna está compuesta por una variedad de técnicas derivadas de la investigación en biología celular y molecular, las cuales pueden ser utilizadas en cualquier industria que utilice microorganismos o células vegetales o animales. Es la aplicación comercial de organismos vivos o sus productos, la cual involucra la manipulación deliberada de sus moléculas de DNA. Por tanto, podemos decir que la biotecnología abarca desde la biotecnología tradicional, muy conocidas y establecidas, y por tanto utilizadas, como por ejemplo la 9 fermentación de alimentos, hasta la biotecnología moderna, basada en la utilización de las nuevas técnicas del DNA recombinante (ingeniería genética), los anticuerpos monoclonales y los nuevos métodos de cultivo de células y tejidos. 7.- UN POCO DE HISTORIA. La biotecnología no es nueva, sus orígenes se remontan a los albores de la historia de la humanidad. Nuestros ancestros primitivos iniciaron, hace miles de años durante la Edad de Piedra, la práctica de utilizar organismos vivos y sus productos. La biotecnología es un término que se ha dado a la evolución y recientes avances de la ciencia de la genética. Esta ciencia se originó hacia finales del siglo XX con el trabajo de Gregor Joham Mendel. La historia realmente se inicia con las investigaciones de Charles Darwin, considerado como el padre de la biología moderna, que concluyó que las especies no son fijas e inalterables, sino que son capaces de evolucionar a lo largo del tiempo, para producir nuevas especies. La explicación de esta evolución, según sus observaciones, se basaba en que los miembros de una determinada especie presentaban grandes variaciones entre ellos, unos estaban mas acondicionados al ambiente en que se encontraban que otros, lo que significaba que los más aptos producirían más descendencia que los menos aptos. Este proceso es conocido como selección natural, y suponía la modificación de las características de la población, de manera que los rasgos mas fuertes se mantendrían y propagarían, mientras que los menos favorables se harían menos comunes y acabarían desapareciendo El monje Gregor J. Mendel (1822-1884), trabajaba en el jardín de su monasterio en Austria sin ser consciente de la importancia de sus estudios. Mendel eligió como material de estudio una planta común, el guisante (pisum sativum). Esta planta es de fácil obtención y cultivo, hemafrodita y por tanto con capacidad para autofecundarse, ofreciendo asimismo la posibilidad de realizar fecundaciones cruzadas entre distintas variedades, muy numerosas en el guisante y fácilmente distinguibles. En sus estudios, en lugar de analizar la transmisión global de las características de la planta, prestó atención a un solo rasgo cada vez, permitiéndole seleccionar determinados aspectos de la planta que presentaban alternativas claramente diferenciables, como por ejemplo la forma de la semilla (rugosa/lisa) o su color (amarilla/verde). En 1866 publicó los resultados de sus experiencias llevadas a cabo durante 7 años en el jardín de su monasterio de los agustinos, los cuales permitieron superar las antiguas concepciones sobre la herencia que aún prevalecían en su época, según las cuales los caracteres se transmitían de padres a hijos a través de una serie de fluidos relacionados con la sangre, al mezclarse las sangres en la descendencia, los caracteres de los progenitores se fusionaban y no podían volver a separarse. Mendel expuso una nueva concepción de la herencia, según la cual los caracteres no se heredan como tales, sino que solo se transmitían los factores que los determinaban. Su estudio del comportamiento de los factores hereditarios se realizaba, con total intuición, 50 años antes de conocerse la naturaleza de estos factores (posteriormente llamados genes). A pesar de que describió el comportamiento esencial de los genes, sus experimentos no revelaron la naturaleza química de las unidades de la herencia, hecho que ocurrió hacia la mitad del siglo XX e involucró muchos trabajos de diferentes científicos de todo el mundo, durante varias décadas. 8.- CLASIFICACIÓN Y TÉCNICAS USADAS EN BIOTECNOLOGÍA La biotecnología, y en particular la llamada "nueva biotecnología", se ha convertido en las últimas décadas en el centro de investigación científica puntera. La mayor parte de los presupuestos gubernamentales dedicados a Investigación y Desarrollo está, hoy en día, dedicada a éste ámbito tecnocientífico. La biotecnología puede ser clasificada en cinco amplias áreas. · Biotecnología en Salud Humana.( Donde se incluye la B. Alimentaria) · Biotecnología Animal. · Biotecnología Industrial. 10 · Biotecnología Vegetal. · Biotecnología Ambiental. Las técnicas biotecnológicas utilizadas en los diferentes campos de aplicación de la biotecnología se pueden agrupar en dos grandes grupos: Cultivo de tejidos: Trabaja a un nivel superior a la célula e incluye células, tejidos y órganos que se desarrollan en condiciones controladas. Tecnología del ADN: Involucra la manipulación de genes a nivel del ADN, aislamiento de genes, su recombinación y expresión en nuevas formas, etc. La ingeniería genética puede ser una herramienta muy poderosa para crear alternativas amistosas ambientales en productos y procesos que actualmente contaminan el ambiente o acaban con los recursos no renovables. Factores políticos, económicos y sociales determinarán que posibilidades científicas se harán realidad. 9.- BIOTECNOLOGÍA ANIMAL La biotecnología animal ha experimentado un gran desarrollo en las últimas décadas. Las aplicaciones iniciales se dirigieron principalmente a sistemas diagnósticos, nuevas vacunas y drogas, fertilización de embriones in vitro, uso de hormonas de crecimiento, etc. Los animales transgénicos como el "ratón oncogénico" han sido muy útiles en trabajos de laboratorio para estudios de enfermedades humanas. Existen tres áreas diferentes en las cuales la biotecnología puede influir sobre la producción animal: -El uso de tecnologías reproductivas -Nuevas vacunas y -Nuevas bacterias y cultivos celulares que producen hormonas. En animales tenemos ejemplos de modelos desarrollados para evaluar enfermedades genéticas humanas, el uso de animales para la producción de drogas y como fuente donante de células y órganos, por ejemplo el uso de animales para la producción de proteínas sanguíneas humanas o anticuerpos. Para las enfermedades animales, la biotecnología provee de numerosas oportunidades para combatirlas, y están siendo desarrolladas vacunas contra muchas enfermedades bovinas y porcinas, que en los últimos tiempos han hecho mella en estos animales. 10.- BIOTECNOLOGÍA INDUSTRIAL Las tecnologías de ADN ofrecen muchas posibilidades en el uso industrial de los microorganismos con aplicaciones que van desde producción de vacunas recombinantes y medicinas, tales como insulina, hormonas de crecimiento e interferón, como enzimas y producción de proteínas especiales. Desde hace varias décadas las grandes multinacionales de la biotecnología tienen puestos sus ojos en el control de algo vital para todos los pueblos del planeta, las plantas. Ya que, tanto las plantas silvestres como los cultivos encierran unas posibilidades de hacer negocio verdaderamente insospechadas. Y esta posibilidad la han visto claramente dos empresas como: Pharmagenesis es una empresa Americana que une, en la investigación de las plantas, la biología y la informática. Esta empresa basa sus estudios en el análisis de una planta china, llamada "Liana del Dios del Trueno", ha sido analizada química y genéticamente y se ha descubierto que es eficaz contra la artritis y además es anticancerígena, ya que la molécula extraída de la planta provoca el suicidio de las células cancerígenas de distintos tumores. Los chinos llevan muchos años (muchísimos) utilizando de forma natural estas plantas, pero Pharmagenesis tiene la patente para explotar el principio activo de la "Liana del Dios del Trueno" y los chinos no obtienen ningún beneficio de ello, en cambio, esta empresa ganará mucho dinero por los derechos de autor en la venta de cada caja de medicamento que se venda. Pharmagenesis piensa que de alguna forma compensa a los ciudadanos chinos, puesto que les compra las plantas y porque todos sus empleados, en China, son nacionales de país. 11 Otra de estas industrias es Monsanto. Esta empresa americana es una de las gigantes de la química y los plásticos, y desde hace poco, de los genes. Ha creado cerca de dos hectáreas de invernaderos en los que ha recreado los distintos climas existentes en el mundo, incluso las estaciones, y ha plantado en ellas una gran variedad de plantas, arroz, soja, maíz, tabaco, etc., a las que somete a estudios y pruebas. En sus estudios, cultiva plantas transgénicas, y las sitúa junto a otras plantas que no han sido modificadas genéticamente, y el resultado es asombroso. La planta de patata transgénica ha soportado una plaga de escarabajos, debido a que en sus hojas existe una sustancia letal para ellos, en cambio la planta no modificada ha quedado destrozada por el ataque. Monsanto se fundó en 1901, en ese momento era una de las cinco mayores empresas químicas americanas. Fabricó muchos productos que después se demostró que eran tóxicos. En la guerra de Vietnam la aviación norteamericana derramó un potente herbicida, "el agente naranja" y uno de los principales proveedores fue Monsanto. Hoy hace lo que puede por cambiar de imagen, pero parece que no lo está logrando del todo, ya que se sabe que cada año destina un 20% más al desarrollo y elaboración de herbicidas. Todos los beneficios que obtiene los está destinando al descubrimiento de nuevos genes y puesta a punto de nuevas plantas. En 1998 obtuvo unos beneficios de 118.000.000 millones de pesetas. Monsanto ha declarado que para el 2002 producirá algodón coloreado genéticamente, será de color amarillo, rojo, blanco y azul. No será necesario tintarlo después. Es uno de los principales productores de soja transgénica. Los agricultores que adquieren semillas transgénicas contratan con ella deben firmar un contrato por el que se comprometen a pedir otro stock de semillas al año siguiente, no tiene derecho a revender las semillas a otros, ya que tienen que devolverlas a la empresa, tampoco pueden volver a utilizarlas, los agricultores están atrapados por la empresa ya que crean en ellos una dependencia total. Mediante una tarjeta de socio o cliente controlan a los agricultores, saben cuántos kilos de semillas se han llevado, dónde la cultivan, en qué fecha la cultivan, etc. Nueve de cada diez agricultores siguen a Monsanto y nueve de cada diez venden su soja a una empresa que, curiosamente, pertenece a Monsanto desde hace unos pocos años. Es una prisión para los agricultores ya que entran en un círculo vicioso del que es difícil salir. Estos agricultores de soja transgénica utilizan un herbicida, propiedad de Monsanto, lo esparcen sobre el terreno y lo dejan limpio para sembrar, esparcen las semillas y tres meses después vuelven a echar el herbicida, que mata todo menos la planta de soja. Monsanto les prometía cosechas abundantes y grandes beneficios, los agricultores se quejan de la escasez de las mismas y de lo caras que son las semillas, pero la gran empresa alega que ha de proteger sus obras científicas y quien quiera utilizarlas ha de pagar su precio: "La población mundial crece, por lo que hay que producir más alimentos pero el terreno de cultivo sigue siendo el mismo, por ello es necesario cultivar más y mejor." (Monsanto) Ha patentado una semilla que esteriliza las semillas que produce, por lo que éstas no servirán para poder plantar al año siguiente. Esta semilla es denominada por los ecologistas como "terminator". También ha modificado una mala hierba que ahora produce plástico flexible. ¿A dónde va a llegar esto?. En la India ya produce efectos negativos. Los agricultores de este país quemaron una plantación de algodón transgénico porque no producía la cantidad que le habían asegurado , sino todo lo contrario y además muchos de ellos no pueden pagar el precio de la semillas, se sienten engañados. Es muy probable que se produzcan graves problemas y ya se están produciendo los efectos negativos. En Australia las malas hierbas mutantes invaden los cultivos, en EEUU el maíz transgénico amenaza con extinguir una mariposa protegida y en Inglaterra los científicos han demostrado que 12 el consumo de alimentos modificados genéticamente puede producir alergias. ¿Qué pasará dentro de dos o tres años cuando el mundo este lleno de plantas que fabriquen plásticos, vacunas y sustancias químicas, qué va a ser de los pájaros, los mamíferos que entran en contacto con estas plantas? Los Gobiernos han de pensar en ello antes de que sea tarde 11.- BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL La biotecnología ambiental se refiere a la aplicación de los procesos biológicos modernos para la protección y restauración de la calidad del ambiente. El uso de microorganismos en procesos ambientales se encuentra desde el siglo XIX. Hacia finales de 1950 y principios de 1960, cuando se descubrió la estructura y función de los ácidos nucleicos, se puede distinguir entre biotecnología antigua tradicional y la biotecnología de segunda generación, la cual, en parte, hace uso de la tecnología del ADN recombinante. Actualmente, la principal aplicación de la biotecnología ambiental es limpiar la polución. La limpieza del agua residual fue una de las primeras aplicaciones, seguida por la purificación del aire y gases de desecho mediante el uso de biofiltros. La biorremediación (uso de sistemas biológicos para la reducción de la polución del aire o de los sistemas acuáticos y terrestres) se está enfocando hacia el suelo y los residuos sólidos, tratamientos de aguas domésticas e industriales, aguas procesadas y de consumo humano, aire y gases de desecho, lo que está provocando que surjan muchas inquietudes e interrogantes debido al escaso conocimiento de las interacciones de los organismos entre sí, y con el suelo. Los sistemas biológicos utilizados son microorganismos y plantas. Cada vez más compañías industriales están desarrollando procesos en el área de prevención, con el fin de reducir el impacto ambiental como respuesta a la tendencia internacional al desarrollo de una sociedad sostenible. La biotecnología puede ayudar a producir nuevos productos que tengan menos impacto ambiental. En definitiva, la biotecnología puede ser utilizada para evaluar el estado de los ecosistemas, transformar contaminantes en sustancias no tóxicas, generar materiales biodegradables a partir de recursos renovables y desarrollar procesos de manufactura y manejo de desechos ambientalmente seguros. 12.- BIOTECNOLOGÍA HUMANA Puesto que cada criatura es única, cada una posee una composición única de ADN. Cualquier individuo puede ser identificado por pequeñas diferencias en su secuencia de ADN, este pequeño fragmento puede ser utilizado para determinar relaciones familiares en litigios de paternidad, para confrontar donantes de órganos con receptores en programas de trasplante, unir sospechosos con la evidencia de ADN en la escena del crimen (biotecnología forense). El desarrollo de técnicas para el diagnóstico de enfermedades infecciosas o de desordenes genéticos es una de las aplicaciones de mayor impacto de la tecnología de ADN. Al utilizar las técnicas de secuenciación de ADN los científicos pueden diagnosticar infecciones víricas, bacterianas o mapear la localización específica de los genes a lo largo de la molécula de ADN en las células. El primer tratamiento exitoso en terapia génica fue en 1990, cuando se trató una enfermedad del sistema inmune de niños llamada "Deficiencia de ADA". Células sanguíneas con los genes correctos de ADA fueron inyectadas al cuerpo del paciente donde produjeron suficientes células normales que permitieron mejorar el sistema inmune. Hoy, la terapia génica esta tratando enfermedades tales como tumores cerebrales malignos, fibrosis quística y HIV. Con esta técnica se pretende también reparar órganos, como por ejemplo un hígado cirrótico a partir de las pocas células sanas que le quedan, un par de ventrículos nuevos para reemplazar los efectos devastadores de un infarto, la regeneración de una mano amputada o disponer de una fuente inagotable de neuronas para corregir los efectos de enfermedades tan graves como el Alzheimer o el Parkinson. 13 En estos momentos existen tres líneas de investigación: 1- La clonación de células madre.: James Thonson, de la Universidad de Wisconsin (EEUU) descubrió en 1998 cómo obtener células madre a partir de un embrión humano. En el embrión esas células son las destinadas a formar todos los órganos del cuerpo, y estimuladas adecuadamente pueden reparar órganos dañados. El inconveniente de este método, es que el embrión de partida debe ser un clon del paciente. La clonación humana suscita un gran rechazo y mas aún en este caso cuando un embrión de pocos días, que nunca va a ser implantado en un útero, es utilizado únicamente para este fin y después se destruye. Esto plantea grandes problemas éticos y religiosos. 2- La reprogramación de células adultas sin necesidad de clonar. La empresa británica PPL Therapeutics está a la cabeza de esta técnica, que les salva de todos los escollos morales y legales que existen al respecto. 3- El esclarecimiento y manipulación del mecanismo genético que dispara la formación de órganos y extremidades en el embrión. En esta técnica nos encontramos con un español, Juan Carlos Izpisúa, que dirige un laboratorio en el Instituto Salk de La Jolla (California). El mecanismo consiste en determinar la relación existente entre dos familias de proteínas (llamadas Wnt y FGF) cuya unión en forma de parejas dispara la formación de un determinado miembro. Una pareja concreta formada por un miembro de Wnt y un miembro de FGF dispara la formación de un brazo, otra pareja distinta dispara la de una pierna, otra la del hígado, etc. El ser humano sólo tiene activas estas parejas cuando es un embrión, pero anfibios como el axolote mexicano las tiene activas toda la vida, por ello pueden regenerar sus miembros amputados. La investigación de Izpisúa está encaminada a encontrar la forma de reactivar estas parejas en los humanos adultos. 13.- BIOTECNOLOGÍA ALIMENTICIA Los Europeos y en especial los Españoles, vivimos muy preocupados por su alimentación. El consumidor tiende a asimilar alimento natural con alimento sano y seguro y a mitificarlo cuando lo compara con los transgénicos, sin pensar que éstos han pasado por mayor número de evaluaciones sanitarias antes de su comercialización. Centenares de científicos de distintas disciplinas (química, farmacológica.) trabajan en los centros de investigación de la industria alimentaria para desarrollar productos adaptados a nuestros sentidos. Detrás de los alimentos de aspecto y sabor perfecto, se esconde un largo y complejo proceso de elaboración en el laboratorio. Si un sorbete a base de agua resulta cremoso o si una pizca de polvo marrón se convierte, al disolverse en el agua, en un capuchino, es gracias a recetas basadas en conocimientos de microfísica y de la química. Vamos a ver algunos ejemplos curiosos que se dan en algunos de los alimentos que tomamos cada día: - La multinacional Nestlé está realizando un estudio para lograr que los cereales crujan más, ya que a los consumidores no les gusta que sean demasiado silenciosos. - Para que los espaguetis se cuezan por dentro, es necesario un tiempo de elaboración de ocho o diez minutos, lo que provoca que la parte exterior se reblandezca demasiado, provocando que no queden al dente. Para evitarlo los científicos del Centro de Investigaciones Nestlé han creado unos espaguetis seccionados en forma de trébol, que se cuecen de forma uniforme en sólo tres minutos. - Las gominolas se elaboran a partir de macromoléculas semejantes a las de los polímeros que forman los materiales plásticos. - Las patatas fritas de bolsa se hicieron más apetitosas gracias a un experimento de David Parker, de la Universidad de Birmingham, que las sometió a una pequeña dosis de radioactividad. - Young Hwa Kim, físico de la Lehig University Bethlem, en Pensilvania, ha logrado, sin añadir ningún ingrediente 14 secreto al maíz, palomitas gigantes, multiplicando su tamaño por diez, simplemente reduciendo la presión existente en el ambiente en que se cuece. - Otros científicos Alemanes de la Universidad Técnica de Berlín, tratan de solucionar uno de los mayores problemas de la cerveza, su espuma se desvanece rápidamente. Para resolverlo pretenden modificar directamente un gen de la cebada, para así conservar por más tiempo su espuma. Objetivos de la biotecnología de alimentos. El objetivo fundamental de la Biotecnología de Alimentos es la investigación acerca de los procesos de elaboración de productos alimenticios mediante la utilización de organismos vivos o procesos biológicos o enzimáticos, así como la obtención de alimentos genéticamente modificados mediante técnicas biotecnológicas. Áreas de aplicación. Los aportes de la Biotecnología para apoyar los procesos productivos de la industria alimentaría y agroalimentaria se enfocan a dos grandes líneas prioritarias de investigación: a) TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS Y BIOCATÁLISIS. El área de Tecnología Enzimática y Biocatálisis incluye el extenso campo de las Fermentaciones en procesamiento de alimentos, así como la Mejora genética de microorganismos de aplicación en tecnología de alimentos y la Producción de proteínas y enzimas de uso alimentario. Fermentaciones La Fermentación es la transformación de una sustancia orgánica (generalmente un carbohidrato) en otra utilizable, producida mediante un proceso metabólico por microorganismos o por enzimas que provocan reacciones de oxidación-reducción, de las cuales el organismo productor deriva la energía suficiente para su metabolismo. Las fermentaciones pueden ser anaeróbicas, si se producen fuera del contacto con el aire, o aeróbicas, que sólo tienen lugar en presencia de oxígeno. Las fermentaciones más comunes en la industria de alimentos es la del azúcar, con formación de alcohol etílico, en la elaboración de vino, cerveza, sidra; la del alcohol, con formación de ácido acético, en la elaboración del vinagre; y la fermentación láctica, en la elaboración de quesos y yogures. Actualmente en la industria fermentativa se utilizan tanques de fermentación en los que ésta se realiza en condiciones controladas de temperatura y presión y que permiten regular constantemente la entrada y salida de productos. Los diversos tipos de fermentaciones en la industria de alimentos se pueden clasificar de la siguiente manera: - Fermentaciones no alcohólicas: · Panadería (fermentación por levaduras de panadería) · Vegetales fermentados (encurtidos en general) · Ensilado (fermentación de forraje) - Fermentaciones alcohólicas: · Vino (fermentación alcohólica y maloláctica). · Cerveza. · Sidra. · Destilados. · Vinagre (transformación de alcohol en ácido acético por fermentación con Acetobacter) - Fermentaciones cárnicas: · Embutidos crudos curados (salame, chorizo español, etc.) · Jamón Serrano (producto curado) · Productos de pescado fermentado (fermentación en filetes de pescado ahumado) - Fermentaciones lácticas: · Leches fermentadas en general. · Yogur (fermentación de leche con microorganismos acidificantes, como Lactobacillus) · Quesos (fermentación con determinados cultivos bacterianos inoculados) · Bebidas lácticas alcohólicas (Kefir) - Fermentaciones locales especiales: · Salsa de soya. · Miso. · Tofu. · Otros productos. 15 OTRAS APLICACIONES EN TECNOLOGÍA ENZIMÁTICA Y BIOCATÁLISIS Mejora genética de microorganismos: - Obtención de cepas recombinantes de microorganismos de utilidad en tecnología de alimentos, mediante técnicas de ingeniería genética. Se obtienen así microorganismos como levaduras industriales que poseen una mayor adaptación y eficacia en los procesos fermentativos, o bacterias capaces de producir determinadas enzimas de utilidad en procesamiento de alimentos. - Producción de proteínas y enzimas de uso alimentario: Producción de enzimas con una actividad enzimática dada, a partir de células microbianas. Esta actividad se vale de varias disciplinas, como la microbiología, la ingeniería genética, ingeniería de proteínas e ingeniería bioquímica. Se obtienen así enzimas que transforman el azúcar en polímeros, enzimas que hidrolizan la lactosa de la leche para hacerla más digerible, enzimas que se utilizan en enología, etc. - Diseño de procesos enzimáticos: Con los catalizadores disponibles o desarrollados, enzimas o células, libres o inmovilizadas, se pueden llevar a cabo procesos enzimáticos o fermentativos en reactores de diversas características, las que se determinarán para cada proceso específico. Así, se ha desarrollado, por ejemplo, una línea de procesos de extracción enzimática de principios activos vegetales para la transformación de materias primas. Tal es el caso de un proceso biológico para la extracción de aceite de coco, sin usar solventes ni extractores mecánicos. Líneas de Investigación en Tecnología Enzimática y Biocatálisis En la actualidad se están llevando a cabo diversos avances en los campos de investigación referentes a Tecnología Enzimática y Biocatálisis, en particular el estudio del metabolismo y mejoramiento genético de Levaduras Industriales, así como la expresión de enzimas específicas mediante cepas microbianas recombinantes. Algunas de las líneas de investigación en desarrollo actual son las que se describen a continuación: - Bacterias Lácticas: · Utilización de técnicas y desarrollo de métodos para la detección e identificación de bacterias lácticas, utilizadas como cultivos iniciadores de fermentaciones alimentarías. · Estudios sobre el metabolismo de bacterias lácticas, incluyendo metabolismo de azúcares, regulación de la glucólisis e incidencia en la producción de volátiles y la calidad de productos lácteos. - Biología Molecular de Levaduras Industriales: · Estudio de mecanismos moleculares implicados en la fisiología de levaduras industriales durante los procesos fermentativos que llevan a cabo. · Estudio de los mecanismos moleculares de la respuesta a estrés osmótico en levaduras industriales. · Modificación genética de cepas de levaduras industriales para conseguir una mayor adaptación y eficacia en los procesos fermentativos. - Enzimas y Levaduras Vínicas: · Utilización de técnicas de selección e identificación de levaduras vínicas. · Estudios de la fisiología de levaduras vínicas durante los procesos de fermentación. · Modificación genética de levaduras vínicas. · Estudios sobre la aplicación de enzimas en enología. · Producción de enzimas de interés enológico. - Estructura y Función de Enzimas: · Estudios de la relación entre estructura y función de proteínas. · Producción heteróloga de enzimas por cepas microbianas. - Levaduras de Panadería: · Aislamiento y caracterización de microorganismos con aplicación potencial en la industria de panadería. · Estudios sobre el metabolismo de levaduras de panadería. · Expresión heteróloga de genes que codifican enzimas de interés en los procesos de panificación. - Taxonomía Molecular: · Aplicación de técnicas moleculares para la detección e identificación de bacterias en 16 alimentos. Detección e identificación de bacterias patógenas por PCR. b) ALIMENTOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS. ¿Qué son los Alimentos Genéticamente Modificados? La demanda de alimento global ha aumentado la necesidad de cultivos mejorados. La Biotecnología ofrece la tecnología necesaria para producir alimentos más nutritivos y de mejor sabor, rendimientos más altos de cosecha y plantas que se protegen naturalmente contra enfermedades, insectos y condiciones adversas. La tecnología de Alimentos Genéticamente Modificados (también llamados Alimentos Transgénicos) permite efectuar la selección de un rasgo genético específico de un organismo e introducir ese rasgo en el código genético del organismo fuente del alimento, por medio de técnicas de ingeniería genética. Esto ha hecho posible que se desarrollen cultivos para alimentación con rasgos ventajosos específicos u otros sin rasgos indeseables. En lugar de pasar 10 o 12 años desarrollando plantas a través de métodos de hibridación tradicional, mezclando millares de genes para mejorar un cultivo determinado, la Biotecnología actual permite la transferencia de solamente uno o pocos genes deseables, obteniendo cultivos con las características deseadas en tiempos muy cortos. Principales aplicaciones Genéticamente en Alimentos Modificados · Mejoramientos en la calidad nutricional. · Modificaciones para obtener cosechas más tempranas. · Mejor manejo de postcosecha. · Otras características de valor agregado. Ventajas de los Alimentos Genéticamente Modificados Las ventajas ofrecidas por los Alimentos GM pueden resumirse en los siguientes aspectos principales: - Mejoras nutricionales: Se pueden efectuar modificaciones genéticas para obtener alimentos enriquecidos en aminoácidos esenciales, alimentos con contenido modificado de ácidos grasos, alimentos con alto contenido de sólidos, o alimentos enriquecidos en contenido de determinadas vitaminas o minerales, entre otras características de calidad nutricional. - Mayor productividad de cosechas: Se pueden obtener cultivos para alimentación genéticamente modificados que presenten resistencia natural a enfermedades o plagas, condiciones climáticas adversas o suelos ácidos o salinos, aumento en la fijación de nitrógeno de las plantas, resistencia a herbicidas. Todo esto permite reducir notablemente el daño a los cultivos y aumentar la productividad agrícola en cifras cercanas al 25%. Protección del medioambiente: Los cultivos biotecnológicos que son resistentes a enfermedades e insectos reducen la necesidad del uso de pesticidas agroquímicos, lo que se traduce en una mucho menor exposición de aguas subterráneas, personas y ambiente en general a residuos químicos. Alimentos más frescos: Cultivos a los cuales se ha modificado los genes que regulan la velocidad de maduración de frutos permiten obtener variedades de maduración lenta, de modo de permitir manejos de postcosecha o transportes de más larga duración sin que los alimentos lleguen al consumidor en estados avanzados de madurez. Principales especies cultivadas de Alimentos Genéticamente Modificados Las ventajas ofrecidas por la Biotecnología de modificación genética se aplican fundamentalmente en el mejoramiento de cultivos agrícolas. Las principales aplicaciones se ven en cultivos con las siguientes características: · Resistencia a enfermedades y plagas · Resistencia a sequías y temperaturas extremas · Aumentos en la fijación de nitrógeno (permitiendo reducir el uso de fertilizantes) · Resistencia a suelos ácidos y/o salinos · Resistencia a herbicidas (permitiendo eliminar malezas sin afectar el cultivo) 17 Los principales cultivos genéticamente modificados para alimentación que se utilizan hoy en día son soya, maíz, canola, tomate, papas y calabaza; considerándose los tres principales soya, canola y maíz. Por su repercusión en Europa, los casos de la soya y el maíz transgénicos resultan de especial relevancia. La soya se utiliza en un 40-60% de los alimentos procesados: aceite, margarina, alimentos dietéticos e infantiles, cerveza, etc. El 2% de la soya producida en Estados Unidos es transgénica, de la que un 40% se exporta a Europa. La utilización de plantas transgénicas en programas de mejora se va incrementando día a día. Algunos expertos han llegado incluso a predecir que hacia el año 2005, el 25% de la producción agrícola en Europa lo será de plantas transgénicas. Nota: "Canola" es una combinación de dos palabras: canadiense y aceite (oil). La canola fue desarrollada por cultivadores canadienses con técnicas tradicionales de cultivo, específicamente por sus cualidades nutricionales. Las semillas se prensan, obteniéndose el aceite de canola para consumo humano, y el resto se procesa para obtener alimento para ganado. Reconocida ya por sus beneficios para la salud, la investigación ahora se está llevando a cabo para mejorar aun más el perfil nutricional de la canola. Algunos ejemplos destacables de Alimentos GM - Soya resistente a glifosato: Es una variedad de soya transgénica obtenida por la compañía estadounidense Monsanto, a la que se le ha transferido un gen que produce resistencia al glifosato, componente activo del herbicida "Roundup". Esto permite la utilización del herbicida sin afectar el cultivo, permitiendo que se alcancen mayores niveles de productividad. - Maíz resistente a glufosinato y a Ostrinia nubilabis: Maíz transgénico producido por la multinacional Ciba-Geigy (hoy Novartis), resistente al glufosinato de amonio (componente activo del herbicida "Basta"), y resistente además al Ostrinia nubilabis, un insecto que horada el tallo de la planta destruyéndola. - Tomate de maduración lenta: Se han obtenido plantas transgénicas de tomate con genes que alargan el período de conservación y almacenamiento evitando la síntesis de la poligalacturonasa que produce el reblandecimiento del fruto. Así, se tienen ventajas en cuanto al manejo postcosecha de tomates, que pueden soportar períodos más largos de almacenamiento o transporte y llegar en buenas condiciones al consumidor final. - Arroz Dorado: Es una variedad de arroz obtenida por modificación genética para contener Betacaroteno, una pro-vitamina que en el organismo se transforma en vitamina A. Esto puede significar una gran ayuda para países en vías de desarrollo en los que se sufre masivamente de deficiencia de vitamina A, condición que puede llevar a muchos casos de ceguera. Muchos de estos países, además, tienen justamente al arroz como la base de su alimentación. Consideraciones de seguridad para Alimentos GM El uso de procesos biotecnológicos, particularmente modificación genética, es extremadamente importante al idear nuevas maneras de aumentar la producción de alimentos, mejorar la calidad nutricional y proporcionar mejores características de proceso o almacenaje. Cuando se desarrollan nuevos alimentos o componentes de alimentos usando Biotecnología, hay requisitos legales nacionales y expectativas del consumidor para que existan sistemas y procedimientos eficaces de evaluación de la seguridad de los alimentos para el consumo. Las técnicas tradicionales de evaluación de la seguridad de los alimentos, basadas en pruebas toxicológicas (según lo utilizado para los aditivos alimentarios, por ejemplo), pueden no aplicarse siempre a los alimentos o componentes de alimentos obtenidos por Biotecnología. De acuerdo a una reunión de consulta conjunta de la FAO y la OMS en 1996, las consideraciones de seguridad de alimentos con respecto a los organismos producidos por las técnicas que cambian los rasgos hereditarios, como la tecnología de DNA recombinante, son básicamente las mismas que se relacionan con otras maneras de alterar el genoma de un organismo, tal como la hibridación convencional. 18 Éstas incluyen: · Las consecuencias directas (nutricionales, tóxicas o alergénicas) de la presencia en los alimentos de nuevos productos genéticos codificados por los genes introducidos durante la modificación genética. · Las consecuencias de los niveles alterados de productos genéticos existentes codificados por los genes introducidos o modificados durante la modificación genética. · Las consecuencias indirectas de los efectos de cualquier nuevo producto genético, o de niveles alterados del producto genético existente, en el metabolismo del organismo fuente del alimento, que conduzca a la presencia de nuevos componentes o de niveles alterados de componentes existentes. · Las consecuencias de las mutaciones causadas por el proceso de modificación genética del organismo fuente del alimento, como interrupción de secuencias de codificación o control, o la activación de genes latentes, conduciendo a la presencia de nuevos componentes o de niveles alterados de componentes existentes. · Las consecuencias de la transferencia genética a la microflora gastrointestinal desde organismos genéticamente modificados o alimentos o componentes alimenticios derivados de ellos. · El potencial de efectos adversos para la salud asociados a los microorganismos genéticamente modificados de los alimentos. La presencia en alimentos de genes nuevos o introducidos per se no es considerada como un riesgo a la seguridad de los alimentos, puesto que todo el DNA se compone de los mismos elementos. Aplicaciones ventajosas de Alimentos GM para el mundo en desarrollo En muchos países en vías de desarrollo existen graves de problemas de hambre, sub-alimentación, enfermedades y problemas de salud pública en general. Las causas del hambre y malnutrición en el mundo en desarrollo son variadas y sistémicas, y hay pocas soluciones inmediatas y sostenibles. Sin embargo, en las próximas décadas, la Biotecnología ayudará a encontrar soluciones, y por lo tanto proporcionará opciones realistas para las naciones del mundo subdesarrollado. Naciones Unidas estima que más de 100 millones de niños en todo el mundo tienen deficiencia de vitamina A, lo que puede conducir a tanto como 250.000 casos de ceguera infantil. El Arroz Dorado, que fue creado por Biotecnología para producir Betacaroteno, una pro-vitamina que se transforma en vitamina A, fue desarrollado específicamente para tratar esta crisis de salud. Para las poblaciones cuya fuente de alimentación primaria es el arroz, este avance nutricional puede significar una mejora enorme en salud pública. La deficiencia de hierro afecta a 400 millones de mujeres en edad de maternidad, lo que conduce a niveles más altos de nacimiento prematuro, mortalidad perinatal y retraso mental y de crecimiento. Para dar solución a este problema, investigadores en Biotecnología están intentando producir un arroz con niveles más altos de hierro. Los científicos también están intentando mejorar el perfil nutricional de muchos de los alimentos del mundo, desde aceite de canola con niveles más altos de Betacaroteno, a frutas y hortalizas que contengan más vitaminas C y E. Los cultivos generados por Biotecnología también poseen el potencial de transformar la productividad en el mundo en vías de desarrollo. Cultivos que son típicamente dañados por enfermedades, parásitos, malezas y sequías pueden causar la ruina de las economías de subsistencia. Nuevos cultivos genéticamente modificados, que pueden resistir estas amenazas, están siendo creados. Según el Banco Mundial, la Biotecnología podría elevar la productividad alimentaría del mundo hasta en un 25%, alimentando a más gente mientras se consumen menos recursos. Un ejemplo sobresaliente del impacto potencial de la biotecnología agrícola se da en África, donde los trabajos de desmalezamiento de cultivos prácticamente esclavizan a grandes cantidades de personas, impidiendo muchas veces que los niños asistan a la escuela. Una solución la constituirían los cultivos resistentes a los herbicidas, que permitirían la eliminación de malezas sólo por rociamiento con estos agroquímicos. Quizás la más significativa ventaja potencial de la Biotecnología para el mundo en desarrollo se presenta en la forma de alimentos capaces de vacunar contra enfermedades. Los científicos ya han 19 demostrado que un alimento se puede utilizar para administrar vacunas contra enfermedades específicas. El virus Norwalk provoca una enfermedad poco conocida que afecta a niños y ancianos con gastroenteritis a veces mortales. Investigadores de la Universidad de Cornell desarrollaron recientemente una variedad de papa que inmuniza contra el virus Norwalk. Además, ya se está anticipando la producción de una variedad de plátano que puede entregar una vacuna contra la hepatitis B. Incluso en el mundo desarrollado, no todos los niños reciben las inmunizaciones necesarias. En las regiones del mundo donde la inmunización es prácticamente inexistente y el conocimiento de los conceptos de salud pública es limitado, el desarrollo de estos nuevos alimentos podría combatir la significativa desnutrición y paliar las deficiencias en salud. EL FUTURO DE LA BIOTECNOLOGÍA DE ALIMENTOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS La próxima generación de productos obtenidos por Biotecnología, muchos de los cuales ya han sido desarrollados pero no están todavía en el mercado, se concentran en una cantidad de características que subrayarán su uso en sistemas de producción de alimentos, como también mejorarán sus aspectos de calidad final. Estos alimentos posibles incluyen soya con cualidades nutricionales mejoradas mediante un incremento en el contenido de proteínas y aminoácidos; cultivos con aceites, grasas y almidones modificados para mejorar el procesamiento y la digestibilidad, tales como canola con alto contenido de estearato, maíz bajo en fitato o ácido fítico. Otros productos que están siendo desarrollados incluirán nuevas características de calidad para el consumidor, como los llamados alimentos funcionales, que son cultivos desarrollados para producir medicinas o suplementos alimentarios dentro de la planta. Estos podrán proporcionar inmunidad contra enfermedades o mejorar características saludables de los alimentos tradicionales. Una investigación substancial también se ha dedicado al desarrollo de pescado genéticamente modificado, como el salmón. Algunos de estos productos ya están disponibles para el uso, no obstante la mayoría está a años de la producción comercial generalizada. Algunos ejemplos destacables de Alimentos Genéticamente Modificados que podrían desarrollarse en el futuro son los siguientes: · Leche con biodisponibilidad de calcio mejorada. · Huevos con menos colesterol. · Papas y tomates con mayor contenido de sólidos. · Maíz y soya con contenido aumentado de aminoácidos esenciales para ser utilizados en alimentación humana y animal. · Café descafeinado naturalmente. · Cultivos con contenido modificado de ácidos grasos que permitan la producción de aceites más saludables. · Rasgos que controlan la maduración de pimientos y fruta tropical, permitiendo un aumento en los tiempos necesarios para transportes de larga distancia. Las ventajas generales que se visualizan en la agricultura de Alimentos GM incluyen básicamente la protección de cultivos contra pérdida de productividad, reducción en el uso de pesticidas, mayor protección medioambiental, protección contra insectos por temporadas largas, y ahorros de trabajo y energía porque los agroquímicos serían aplicados con menor frecuencia. Resumiendo, se puede decir que la Biotecnología tiene un amplísimo rango de aplicación en la industria de alimentos, ofreciendo los medios para producir alimentos de mejor calidad en forma más eficiente y segura para la salud y el medio ambiente. Una de las promesas de la Biotecnología es generar innovaciones y mejoras en los alimentos conduciendo a prácticas agrícolas más ecológicas, contribuyendo a una agricultura sustentable que utiliza con respeto los recursos del medioambiente. El área de mayor aplicación de la Biotecnología en alimentos, y la más antigua, corresponde a las Fermentaciones, de gran importancia dentro de la Tecnología de Alimentos y que abarca varios campos, como fermentaciones alcohólicas, fermentaciones cárnicas y fermentaciones lácticas. El área más reciente y de mayor proyección dentro de la Biotecnología de Alimentos está en el desarrollo de Alimentos Genéticamente 20 Modificados o Transgénicos, cuyas principales ventajas se ven en mejoras nutricionales, mayor productividad de cosechas y mayor protección medioambiental. Además, los Alimentos GM poseen hoy en día gran importancia en las soluciones de graves problemas de escasez de alimentos, desnutrición y problemas de salud pública en general del mundo en vías de desarrollo. Utilización de enzimas en la industria de alimentos. INDUSTR ENZIMAS IA Cervecer Amilasas ía Papaina, Pepesina Fiscina, Bromelina INCIDENCIA TECNOLOGICA Mejoran los procesos de liquefacción y de sacarificación. Evitan la turbidez durante la conservación de ciertos productos. Evitan el oscurecimiento y los sabores desagradables. Mejoran la clarificación y extracción de jugos. Evita el oscurecimiento y los sabores desagradables. Utilización de jarabes de alto contenido de fructuosa. Mejoran la clarificación extracción de jugos. Aumenta la solubilidad y disminuye la turbidez del té. Evita el oscurecimiento y los sabores desagradables. Enmascara el gusto a oxido. Quesería Helados Industria s cárnicas Panificac ión Vinificaci Glucosaón oxidasa Enzi. Pépticas Glucosaoxidasa Bebidas no alcohólic as Glucosaisomerasa Enzi. Pépticas Tannasa Glucosaoxidasa Confiterí a Fabricación de leche delactosada, evita la cristalización de leche concentrada. "Cuajo" Precipitación de Lactasa la caseína. Lipasa Influencia el sabor de los quesos. Influencia el sabor de los quesos. Lactasa Evita la Glucosacristalización. isomerasa Permite la utilización de jarabes de alta concentración de fructuosa. Papaina, Ablandamiento Fiscina de carnes. bromelina Producción de hidrolizados. Amilasa Mejora la Lactasa calidad del pan. Proteasa Mejora la Lipoxidasa coloración de la superficie, debido a la reacción de Maillard. Disminuye la viscosidad de la pasta. Produce una miga muy blanca. Amilasas, Hidrólisis de Pullulanasa almidó y Isoamilasas, producción de Invertsa y jarabes de alto Glucosacontenido de isomersa fructuosa. lipasa Acentúa el sabor en chocolates. Industria AlfaHidrolisa la azucarera galactosidasa rafinosa y permite la cristalización normal del azúcar. 14.- CLONACIÓN. Lechería Tripsina Lactasa 21 De todos los problemas bioéticos planteados por la ingeniería genética hay uno que se ha convertido últimamente en el centro de debate público: la clonación. La clonación es una forma de reproducción no sexual, que se da naturalmente en muchas plantas junto a la reproducción sexual y que, a diferencia de esta última, produce copias genéticas exactas de la planta originaria. Los ejemplos mas conocidos son las patatas y las fresas. La naturaleza produce de modo natural clones, sin intermediación humana de ningún tipo, como es el caso de los gemelos monocigotos que comparten una información genética idéntica debido a una división espontánea del zigoto. Clonar significa crear un ser vivo idéntico a otro, a partir de una célula del individuo original. Las dos principales técnicas de clonación son: · Por separación de embriones. · Por transferencia nuclear, que fue el método utilizado para clonar a la Oveja Dolly. ¿Qué usos clonación? o utilidades tiene la Antes de Dolly, científicos de diversas partes del mundo habían logrado clonar sapos, monos, ovejas y vacas. Pero siempre habían utilizado células de embriones, las cuales tienen la capacidad de dividirse y dar origen a un nuevo ser. En la década de los 70 se descubrió, gracias a un experimento con sapos, que era posible clonar individuos completos a partir de células diferenciadas. * Célula diferenciada: aquellas que ya tienen determinada su función dentro del organismo: células de sangre, de huesos, del cerebro. ¿Cómo fue el proceso de clonación de la oveja Dolly? De la ubre de la madre de Dolly (la llamada original en el dibujo), los científicos sacaron una célula, que contiene todo el material genético (ADN) de la oveja adulta. Después, la otra oveja, a la que llamaremos oveja X, le extrajeron un óvulo, el cual serviría de célula receptora. Al óvulo se le sacó el núcleo, eliminando así el material genético de la oveja donante. Se extrajo el núcleo de la célula mamaria y, mediante impulsos eléctricos, se fusionó al óvulo sin núcleo de la oveja donante. Con los mismos impulsos se activó al óvulo para que comenzara su división, tal y como lo hacen los óvulos fertilizados en un proceso natural de reproducción. Al sexto día, ya se habrá formado un embrión, el cual fue implantado en el útero de una tercera oveja, la madre sustituta, que tras un periodo normal de gestación, dio a luz a Dolly: una oveja exactamente igual a su madre genética. Clonación animal sí, clonación animal no: En el ámbito de la medicina y la investigación médica: · Mejorar el conocimiento genético y psicológico. · Disponer de modelos de enfermedades humanas. · Producir a bajo coste proteínas para su posible uso terapéutico. · Suministrar órganos o tejidos para trasplantes. En la investigación agrícola y agrónoma: Permite mejorar la selección de animales que posean alguna cualidad innata o adquirida de interés (resistencia, productividad, etc). Clonación animal En 1997, el Instituto Roslin, en Escocia, clonó por primera vez (después de 277 intentos) en la historia a un mamífero a partir de una *célula diferenciada de otro. Dolly, es el primer mamífero de la historia que se ha clonado de un adulto. Las alteraciones del patrimonio genético en animales plantean problemas éticos. Entre las consecuencias que se han barajado para considerar ilícita la clonación es el factor medioambiental. A la larga supondría un detrimento de la variabilidad genética y de adaptación de las especies. Debemos evitar el abuso de la naturaleza, protegerla de los efectos de una manipulación irracional e injustificada por parte del hombre. Algunos investigadores consideran que el uso y manipulación del genoma de animales 22 y vegetales puede ser uno de los principales instrumentos para acabar con el hambre del mundo o aportar excelentes fábricas vivas de sustancias químicas muy valiosas para el hombre. Como principio ético debemos decir que estas alteraciones deben estar orientadas al servicio del hombre o la naturaleza de forma directa o indirecta, y como consecuencia el investigador no puede actuar con la intención de dañar con la manipulación del genoma, ni al propio animal ni a los seres humanos. Con la finalidad de evitar que esto suceda, el Grupo de Asesores sobre las Implicaciones éticas de la Biotecnología de la Comisión Europea (GAIEB) dictaminó en Mayo de 1997, a petición de la Comisión Europea, lo siguiente: • • La Comunidad Europea debería expresar con claridad su condena de clonación reproductiva humana. La finalidad diagnóstica o farmacológica con intención de luchar contra la enfermedad justifica la aplicación de la ingeniería genética y en concreto la clonación sobre animales. El respeto del ecosistema y la biodiversidad representa el horizonte ético que debe guiar estas acciones de intervención genética, no abusando de la naturaleza, sino desentrañándola sin destruir sus riquezas. Por lo tanto, guardando las debidas precauciones de seguridad y teniendo como fin el beneficio del hombre, las aplicaciones de esta nueva técnica en la agricultura, ganadería y en la farmacología parecen totalmente lícitas. Pero, ¿quién nos dice que esto va a ser realmente así? Es posible que alguna mente trastornada o maliciosa se sirva de este sistema para hacer daño a los animales o a las personas. Clonación humana El primer experimento de clonación en embriones humanos del cual se tiene noticia es el realizado en 1993 por Jeny Hall y Robert Stilman, de la Universidad de George Washington. Habían conseguido embriones humanos mediante la división artificial de un óvulo fecundado, pero no llegaron a desarrollarse. Esto ha provocado un gran número de reacciones desde todos los ámbitos, la mayoría de las instituciones internacionales, de los gobiernos, de las iglesias y de la opinión pública se decantan por la no clonación humana. La pregunta que se plantea ahora es ¿debe hacerse lo que puede hacerse? La respuesta a la misma no es unánime: Renato Dulbecco, Premio Nobel de Medicina, ha declarado que "es un error excluir a priori el realizar experimentos de clonación con humanos, porque esta técnica podría ser útil para solucionar problemas tan importantes como los trasplantes" Para él, sería por tanto válido clonar a seres humanos con el fin de utilizar posteriormente sus órganos. Entonces, ¿sería lícito decidir tener un hijo • • • • • • • • • La clonación de animales de cría o de animales de laboratorio sólo es éticamente aceptable si se lleva a cabo con estricta consideración del bienestar de los animales, bajo la supervisión de organismos de control. Los requisitos éticos necesarios son: Evitar o minimizar el sufrimiento de los animales. Sustituir en lo posible la utilización de animales en investigación por otras opciones. Debe prestarse atención a la necesidad de preservar la diversidad genética de las cabañas de animales. En lo referente a los humanos: Debería prohibirse cualquier intento de producir un individuo humano genéticamente idéntico mediante sustitución nuclear a partir de células de un niño o adulto (clonación reproductiva) Se descarta cualquier intento de crear embriones genéticamente idénticos en ensayos clínicos en técnicas de reproducción asistida, ya sea mediante la división del embrión, ya mediante transferencia nuclear a partir de un embrión existente. La clonación múltiple es inaceptable. La investigación sobre sustitución nuclear debería tener como objetivo arrojar luz sobre la causa de una enfermedad humana o contribuir a aliviar un sufrimiento. 23 para utilizarlo como donante de médula ósea con el fin de salvar la vida a un hermano con leucemia? En el otro lado encontramos opiniones como la de Ian Wilmut, el padre de Dolly, "yo no aceptaría la clonación de seres humanos bajo ninguna circunstancia, ni siquiera la mas desesperada" El debate sobre la clonación no ha hecho mas que empezar, y está claro que va a causar muchos problemas en el futuro. La UNESCO, la Unión Europea, el Vaticano, los Parlamentos de Alemania e Italia, y el Congreso de los EEUU se han pronunciado en contra de la clonación en humanos. La Casa Blanca solicitó en 1997 una moratoria sobre este tipo de investigaciones y la Comisión Nacional Asesora de Bioética recomendó que se impusiera una restricción legal al respecto. La LEGISLACIÓN PENAL vigente en los distintos países o no contemplan la circunstancia de la clonación de humanos o si lo hacen difieren mucho acerca de las penas aplicables. En ESPAÑA la clonación de seres humanos está expresamente prohibida por el Código Penal (Ley Orgánica 10/1995, de 23 de Noviembre). El Título V dedicado a los delitos relativos a la manipulación genética, así lo expresa en su artículo 161 segundo párrafo: Se castigará con la pena de prisión de uno a cinco años la creación de seres humanos idénticos por clonación u otros procedimientos dirigidos a la selección de la raza. Ya desde 1985 estaba considerada motivo de infracción administrativa. Por otra parte, la Ley 35/1988 sobre Técnicas de Reproducción Asistida contemplaba en su artículo 20: Son infracciones muy graves: K)Crear seres humanos idénticos por clonación u otros procedimientos dirigidos a la selección de la raza. l)La creación de seres humanos por clonación en cualquiera de las variantes o cualquier otro procedimiento capaz de originar varios humanos idénticos. En 1997, 19 países, entre ellos España, firmaron el primer texto jurídico de derecho internacional, la Convención de Asturias de Bioética, que prohíbe la clonación de seres humanos. En nuestro país, ha sido motivo de debate entre juristas la conveniencia o no de regular las practicas de manipulación genética, y en particular la clonación, en el Código Penal. Sin embargo no prevé todas las modalidades de manipulación que la ciencia está poniendo rápidamente a disposición de toda la humanidad. En ALEMANIA existe parecida a la nuestra. una legislación La legislación BRITÁNICA, que prohibe reemplazar la célula de un embrión con el núcleo extraído de la célula de otra persona o embrión, está redactada de tal forma que deja ciertos resquicios legales, que son los que han permitido la creación de la oveja Dolly. Si analizamos el tema desde el punto de visto ético, podemos llegar a resultados muy controvertidos, como la utilización de esta técnica para la creación de seres clónicos inferiores, provocando un abuso de los más fuertes sobre los más débiles, como fuente de trasplantes (clonación terapéutica), como método para aliviar el dolor y los efectos psicológicos de la pérdida de un ser querido obteniendo una copia del mismo, o conseguir clónicos de personas de alto nivel intelectual o moral que puedan ser de utilidad para la humanidad. Es difícil aportar argumentos a favor de la clonación humana. La opinión, casi totalmente unánime, es la de oposición a la misma. Hay quien defiende la conveniencia de la clonación terapéutica, es decir, utilizar órganos humanos clonados en trasplantes y en el tratamiento y curación de enfermedades como el SIDA o el cáncer, pero para otros es una forma mas de clonación reproductiva, que conlleva incluso un agravante, ya que unos seres son creados únicamente para el provecho de otros. 24 ¿Cómo conseguir que esta tecnología sirva al hombre y no se revuelva contra él? Existe una presión interesada en la industria tecnomédica, y en las empresas ganaderas y de alimentación, que está favorecida por la legislación vigente sobre patentización de organismos vivos (Dolly). La mercantilización de la ciencia juega a favor de una legislación ambigua y permisiva. A esto se unen las dificultades económicas, políticas y culturales para lograr, a corto plazo, una legislación mundial unificada sobre la clonación, y es posible que, mientras tanto, se lleve a cabo clonaciones de seres humanos. La clonación deberá ser tratada mediante leyes especiales en las que queden claramente señalados los límites entre lo permitido y lo prohibido, entre lo favorable a la humanidad y los ataques contra ésta, porque la ciencia avanza rápidamente y no sabemos lo que nos deparará el futuro. Preguntas más frecuentes sobre la clonación humana: ¿Cuáles son los riesgos actuales de la clonación? Los científicos consideran que la técnica aún no está lo suficientemente desarrollada para clonar seres humanos, por lo que hay riesgo de abortos, de malformaciones (niños con un solo ojo o con dos corazones, etc). ¿Es un clon idéntico a su clonado? Físicamente son iguales, ya que la dotación genética es la misma, sin embargo, en la formación de una persona influyen en gran medida los factores ambientales, familiares, educativos, etc, por lo que no son realmente fotocopias. ¿A quién beneficia la clonación? Es útil para aquellos hombres que son infértiles y no consienten que su pareja sea inseminada in vitro con el semen de otro hombre, para las parejas de lesbianas, que podrían actuar de donantes del ovocito y madre de alquiler, eliminando la necesidad de inseminación artificial o fecundación in vitro. 15.- GENOMA HUMANO. Desde el siglo pasado, investigadores de todo el mundo no han cejado en su empeño de descifrar el lenguaje de la vida, cómo unas mismas características pasan de una generación a la siguiente. Para entender este lenguaje es esencial comprender la estructura de un organismo vivo y cuál es su estructura. Todos los seres vivos estamos compuestos por células. En el núcleo o centro de cada célula, hay muchas parejas de cromosomas, que desplegados muestran el ADN, que está formado por largas cadenas de cuatro bases, Adenina, Citosina, Timina y Guanina, llamadas bases nucleótidas, que compartimos todos los seres vivos. Estas bases se unen entre sí formando cadenas, de las cuales, algunos trozos se denominan genes o segmentos con la suficiente información para que las células produzcan proteínas. El ADN contiene toda la información necesaria para que las células produzcan cada proteína de un ser vivo y por lo tanto, es el responsable de las características del ser. El ADN transmite esta información hereditaria de una generación a la siguiente. 16.-EL GRAN DESCUBRIMIENTO Hace poco, se hizo público uno de los mayores descubrimientos de la historia de la ciencia y de la medicina: la presentación del mapa genético por los dos equipos de investigación que trabajaban en el Proyecto Genoma Humano (en adelante PGH) desde hacia una década. Estos dos equipos son Consorcio Internacional Genoma Humano, integrado por 20 grupos de diferentes países (entre los que no está España) y la empresa privada Celera Genomics. Por PGH se denomina a una multitud de subproyectos desarrollados en diversos centros de investigación de diferentes países, encaminados a obtener la secuencia completa de toda la información genética humana contenida en los cromosomas. Los tres objetivos del PGH eran (puesto que ya se ha conseguido): 25 · La creación de mapas genéticos (con el fin de identificar cuáles son los genes existentes). · El desarrollo de mapas físicos (con el fin de situar a los genes en los cromosomas). · La determinación de la secuencia completa del genoma humano. Este proyecto se inició, oficialmente en 1990, y por entonces se creía que el genoma podría tener alrededor de 100.000 genes. El borrador ha demostrado que disponemos de 30.000 a 40.000 genes, menos de la mitad de lo que se creía. Aunque el mapa genético es, oficialmente, una obra conjunta de la empresa Celera y el Consorcio Público, cada uno de ellos cuenta con una versión propia. La principal beneficiada por el reciente logro científico es Celera. Su fundador, Craig Venter participó durante tres años en el Instituto Nacional de Salud, subvencionado por el Gobierno Estadounidense, tras los cuales, decidió en 1988, abandonarlo, dejando en la estacada al director, Francis Collins, y fundar su propia empresa. Craig lanzó la noticia de que en el 2001 tendría la descodificación del genoma humano, su ex jefe, Collins se quedó de piedra, puesto que sus resultados no se esperaban hasta el 2005. Analistas del sector, aseguran que el trabajo de investigación desarrollado por Celera, es mucho más rico y complejo que el realizado por los científicos del sector público. Aprovechando esta circunstancia, no ha tardado en poner a disposición del público en Internet la secuenciación, pero de forma ininteligible, por lo que sólo podrán acceder a su base de datos a aquellas compañías biotecnológicas que estén interesadas en ella, previo pago, claro está, de 900 millones de pesetas. 17.- EL NEGOCIO DE LOS GENES. Empresas farmacéuticas de la categoría y la importancia como Pzifer o American Home Products, podrían estar pagando hasta 2.700 millones de pesetas por los archivos genéticos de Celera, que ha de recuperar todo lo invertido en este descubrimiento, y no piensa dejar pasar la oportunidad de llenarse los bolsillos. Todas aquellas empresas que dirigían sus investigaciones al descubrimiento del mapa del genoma humano han de cambiar su actividad, puesto que Celera se les ha adelantado. Ya ha pasado la hora de las empresas meramente genómicas. Estas empresas pueden desarrollar herramientas de lectura del genoma, especializarse en el análisis de proteínas (empresas denominadas proteómicas) o dar el salto a la producción de fármacos. Esto es lo que debe hacer también Celera, ya que de lo contrario perderá el interés y la confianza de sus accionistas. España está situada a la cola de esta industria. Hay muy pocas sociedades biotecnológicas y uno de los principales motivos de su escasez es la falta de inversión, tanto pública como privada. Otra de las industrias que se va a ver muy beneficiada son las empresas bioinformáticas. La rapidez en la consecución de nuevos medicamentos va a depender de la velocidad de interpretación de las secuencias genéticas y las relaciones de las proteínas. Son necesarios mejores programas informáticos y ordenadores más potentes para poder tratar las enormes bases de datos generadas por esta industria. Empresas como Rosetta, Informax o Lion Bioscience compiten por la elaboración de software de lectura y interpretación de las secuencias genéticas. 18.- BENEFICIOS PARA LA SALUD Con este hallazgo nace, definitivamente, la Medicina del Siglo XXI. En la historia de la biología y de la medicina habrá un antes y un después de este 12 de Febrero de 2001, la secuenciación del genoma traerá cambios determinantes para la salud y para la medicina. Cáncer: Existe un conocimiento bastante profundo del mecanismo de acción de toda una serie de genes implicados en el cáncer, sin embargo aun no se ha encontrado la solución al mismo, pero se prevé que se alcance pronto. Farmacogenética: La medicina del futuro será aquella que, en primer lugar, sea capaz de prevenir la aparición de enfermedades y que, en caso contrario, permita un tratamiento individualizado. La farmacogenómica es una nueva disciplina que estudia la relación entre las diferencias genéticas individuales y los efectos de los 26 fármacos, debido a que los seres humanos no responden igual a ellos. Conociendo las características particulares de cada uno se podrá determinar si lo productos disponibles son adecuados, y en caso de no serlos, desarrollar terapias específicas para cada trastorno. De esta manera las compañías farmacéuticas pueden seleccionar sólo a aquellas poblaciones que se puedan beneficiar del tratamiento, evitando así exponer a los pacientes a un fármaco que no le van a ser eficaces y que pueden provocarles alguna reacción adversa. Predicción: Muchas de las 4.000 enfermedades hereditarias conocidas podrán ser detectadas a tiempo mediante un test de ADN, lo que facilitará la curación definitiva antes, incluso, de que se produzcan los primeros síntomas. Niños a la carta: Será posible hacer que los hijos nazcan con las características al gusto de los padres, aportándole al bebé los genes que determinan el tono del pelo, la estatura, el color de los ojos, etc. Revolución en la psiquiatría y la psicología: Aunque no existe un único gen que determine un tipo de comportamiento humano, el conocimiento del genoma humano va a ayudar en esta labor. Se sabe que más del 99´9% del mapa genético de cada individuo es idéntico, que no hay un código que diferencie a los blancos y a los negros, ni a los criminales de los que no lo son, por ello la diferencia entre la conducta de uno y otro reside en los estímulos que recibe del exterior y en su capacidad de elegir por una opción u otra en la vida. 19.- PATENTAR LA VIDA Una de las consecuencias del descubrimiento de la secuencia del genoma humano es la problemática surgida en torno a la viabilidad y la conveniencia de patentar los genes humanos. En la actualidad el marco jurídico al que hacen referencia todos los requisitos de patentabilidad industrial de ámbito internacional el es definido en el denominado Convenio de Munchen y en el caso Español en la Ley 11/1986, de 20 de Marzo, de Patentes. Toda invención ha de cumplir con unos requisitos que justifiquen su registro como tal a través de una solicitud de patente. Entre ellos está el de novedad y el de aplicación industrial. Es necesario distinguir entre invento, que susceptible de ser patentado descubrimiento, que no lo es. Gran parte la discusión gira en torno a la aplicación estos criterios al material genético. es y de de La identificación de secuencias de ADN debe comprenderse dentro de la categoría de los descubrimientos y éstos, como es sabido, no son patentables. Los derechos de patentes norteamericano y europeo difieren en aspectos esenciales, lo cual impide establecer criterios claros y homogéneos a la hora de aceptar o rechazar solicitudes de patente: En EEUU se considera aceptable la patentabilidad de los productos de la naturaleza así como los procedimientos de obtención de éstos, siempre y cuando el producto en cuestión no se haya logrado con anterioridad. En Europa, la Oficina Europea de Patentes ha establecido criterios más restrictivos que los aplicados habitualmente en EEUU ante la aceptación de solicitudes de patentes de material genético, aunque en los últimos años ha ido ganando fuerza corriente menos restrictiva y más proclive a aceptar este tipo de solicitudes. De esta forma se desdibuja la frontera entre invento y descubrimiento. En España, la Ley de Patentes establece que sólo son patentables las invenciones (artículo 4), por lo que identificación de secuencias de ADN no son susceptibles de patente. Entonces, ¿son patentables los procedimientos llevados a cabo para su descubrimiento? Si este procedimiento puede calificarse como de "invención" sería posible, siempre y cuando cumpla con los requisitos del artículo 5, es decir siempre que su publicación o explotación no sea contraria al orden público o a las buenas costumbres, que no suponga una raza animal, etc. 27 Además, la constitución española establece en su artículo 10.1 que : La dignidad de la persona, los derechos inviolables que le son inherentes, el libre desarrollo de la personalidad, el respeto a la ley y a los derechos de los demás, son fundamento del orden político y de la paz social. En este tema enfrentadas: aparecen dos posturas · La prohibición en el patentamiento de invenciones génicas (incluidas las secuencias génicas) comportaría inevitablemente que las empresas, o cualquier parte, interesadas en emplear el conocimiento para crear productos se enfrentaría al secreto comercial, lo cual haría mas lento el avance científico en detrimento de la comunidad investigadora en su conjunto. · Los antibióticos han sido patentados durante años sin las exigencias aplicadas a las secuencias de ADN, y sin embargo son también producidas por organismos vivos. Por ello si una empresa encuentra un organismo y a partir de él elabora un método para fabricar un producto y usarlo, es clasificado como una invención, y por lo tanto susceptible de patente. 20.- EUGENESIA Por Eugenesia entendemos la aplicación de las leyes biológicas al perfeccionamiento de la especie humana. Se pueden distinguir dos tipos de eugenesia, en función de la finalidad a la cual esté destinada: · Eugenesia negativa: Destinada a la eliminación de una descendencia no deseada, o que padece graves malformaciones, bien mediante el aborto, el empleo de métodos anticonceptivos o la muerte del recién nacido. · Eugenesia positiva: Destinada a la selección de algunas características fisiológicas deseadas. Darwin ya recogía en su teoría de la selección natural esta idea de eugenesia. Pero la experiencia más traumática la encontramos en Alemania, durante los años treinta, en plena vigencia del régimen nazi. En 1933, los nazis comenzaron a poner en práctica su ideología racial, creían que los Alemanes eran una raza superior, por lo que decidieron deshacerse de aquellas razas que ellos consideraban inferiores. Su principal objetivo fue el ataque a los Judíos, pero también atacaron a gitanos, impedidos, enfermos mentales, homosexuales, testigos de Jehová, y a cualquier persona que no encajara con su modelo de "Ario típico", es decir, rubio, de ojos azules y alto. Eran considerados como genéticamente · Gran parte de la comunidad científica y bioética, y de las organizaciones no gubernamentales (ONG) especializadas son contrarias a la patentabilidad. · La otra parte de la comunidad científica, junto a la de la industria privada a través de gigantescas inversiones, está dispuesta a aceptar tal práctica. Entre los argumentos esgrimidos por las ONG podemos señalar: -La concesión de patentes sobre seres vivos supone la apropiación de una parte de ella para su explotación, reduciendo la relación de la sociedad con la naturaleza a meros intereses económicos. -Los derechos de una persona a decidir sobre su propio cuerpo y su vida se verían gravemente dañados si los seres humanos, partes de su cuerpo, sus rasgos físicos y psicológicos, y la información genética pueden convertirse en propiedad exclusiva del titular de una patente. -Los animales estarán expuestos a nuevas formas de sufrimiento y se convertirán en auténticas "fábricas" animales para la producción farmacéutica. -La libertad para publicar y el libre intercambio de descubrimientos está desapareciendo ante la necesidad de mantener en secreto la información con vistas a la solicitud de una patente. -Los países del tercer mundo se encontrarán con muchas dificultades para acceder a la información científica y a la transferencia de tecnología. Entre los argumentos de los que están a favor cabe destacar: 28 "inferiores" La ideología racial nazi fue impulsada por científicos que apoyaban la "crianza selectiva" para mejorar la raza humana. Las leyes aprobadas entre 1933 y 1935 estaban enfocadas hacia la reducción de programas de esterilización involuntaria, 350.000 individuos juzgados física o mentalmente impedidos fueron objeto de procedimientos quirúrgicos o radioactivos enfocados hacia la esterilización. El término eugenesia ha sido sustituido por el de neoeugenesia, debido a la aparición de la ingeniería genética. A diferencia de la eugenesia clásica, la neoeugenesia es una realidad puramente médica, vinculada exclusivamente con el cuidado de la salud y con la opción individual de reproducción. En España, la legislación permite el empleo de las técnicas de procreación asistida en la prevención y tratamiento de enfermedades de origen genético o hereditario, lo cual es un reconocimiento implícito de eugenesia negativa. La Ley sobre Técnicas de Reproducción Asistida prohibe explícitamente la modificación del patrimonio genético no patológico (Art. 15.2b) así como la manipulación genética con fines no terapéuticos (Art.20.2), lo cual cierra la puerta a cualquier tentación de práctica eugenésica positiva mediante modificación del patrimonio genético. La esterilización voluntaria está recogida como posibilidad en el marco jurídico español (Art.156 Código Penal), pero la esterilización involuntaria por razones de planificación demográfica es inconstitucional en España. 21.PROPIEDAD INTELECTUAL PROTECCIÓN DE DATOS. Propiedad intelectual Con Derechos de Propiedad Intelectual la ley se refiere a las patentes, derechos de propiedad literaria, secretos comerciales e industriales y protección de variedades vegetales Cada país debe contar con políticas nacionales claras y con regulaciones apropiadas de los derechos de propiedad Y intelectual. Sin embargo, no hay una normativa internacional aceptada y reconocida para el manejo de los derechos de propiedad intelectual, y existe toda una gama de opiniones en relación con su utilidad. En muchos países las políticas nacionales sobre derechos de propiedad intelectual frecuentemente tienden a no conceder el patentamiento de productos, específicamente farmacéuticos, microorganismos y variedades animales y vegetales, mientras que la protección a los procesos que generan nuevos productos generalmente es permitida. En España, el R.D.L 1/1996, de 12 de Abril, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Propiedad Intelectual, recoge en su artículo 10.1 que: "son objeto de propiedad intelectual todas las creaciones originales literarias, artísticas o científicas expresadas por cualquier medio o soporte.." Se están llevando a cabo negociaciones internacionales con el fin de armonizar las regulaciones nacionales, sin embargo los derechos de propiedad intelectual en relación a la biotecnología y a sus innovaciones aún no está clara, y requiere de un mayor estudio y análisis. Protección de datos médicos y genéticos. El derecho al respeto de la vida privada y familiar se encuentra reconocido en la Declaración Universal de los Derechos Humanos (artículo 12), por el Convenio Europeo para la protección de los derechos del hombre y de las libertades fundamentales de 1950 (artículo 8.1) y por el Convenio sobre Biomedicina de 1996 del Consejo de Europa (artículo 10). En la actualidad, los datos genéticos figuran en las historias clínicas de los hospitales, en los ficheros de la policía, en los bancos de datos de las instituciones públicas con competencia en materia de adopción, en las empresas dedicadas a estudios genealógicos, etc. La generalización de la informática en el almacenamiento de datos médicos y genéticos individuales obtenidos en la práctica rutinaria de asistencia médica abre 29 una puerta de acceso a elementos de mayor intimidad de la persona. Un fichero con datos genéticos es un fichero con datos de carácter personal, porque el ADN es único para cada persona. El problema reside en cómo armonizar el acceso a esa información con el respeto a la intimidad individual. Se trata que el ciudadano tenga reconocido y protegido su derecho a la denominada "libertad informática" El Consejo de Europa es el organismo que, mediante le emisión de diversas Recomendaciones al respecto, más esfuerzos ha dedicado a la elaboración de unos principios básicos que en materia de protección de datos puedan servir como modelo legislativo para los diferentes países que integran la Organización. En España, la Ley Orgánica de Protección de Datos de Carácter Personal (LOPD), 15/1999, de 13 de Diciembre, es la norma general aplicable a esta materia. En su artículo 7.3 recoge los llamados "datos especialmente protegidos", entre los que se encuentran los datos relativos a la salud (incluidos los datos genéticos). Los datos sólo pueden ser recogidos por profesionales de la salud competentes y en circunstancias específicas. ¿La creación de un fichero con datos relativos a afectados y enfermos de SIDA es lícito? Sí lo es. Los médicos están obligados a llevar un control sobre las personas enfermas de SIDA, deben informar de ello a las autoridades sanitarias, y debe, también, informar al enfermo de que sus datos van a ser incluidos en un fichero y de todos los derechos que recoge la LOPD. Existe un fichero nacional inscrito en la Agencia de Protección de Datos que sólo incluye los datos de aquellas personas que han desarrollado la enfermedad, si sólo tienen anticuerpos y la enfermedad no se ha manifestado no se incluyen en el mismo. También existe un fichero de donaciones sanguíneas, de donantes de gametos y embriones y relativos a inseminaciones artificiales a nivel nacional. ¿Pero que ocurriría si los ficheros con datos de carácter personal de un individuo cayeran, por ejemplo, en manos de una empresa? Esta empresa desearía tener en sus manos los datos genéticos de los aspirantes al puesto ya que de ese modo podría conocer si alguno de ellos está enfermo de SIDA, o si es propenso a sufrir un ataque al corazón a los 35 años, o puede padecer alguna enfermedad mental degenerativa en un futuro, etc. Con estos datos realizaría una preselección de los aspirantes injusta y basada en datos meramente aproximativos, ya que el desarrollo de estas enfermedades depende también, en gran medida, de los cuidados y medios preventivos que ponga en practica el sujeto el sujeto. Esto supondría una grave lesión a la intimidad de las personas. Otro supuesto sería aquel en el que las aseguradoras tuvieran en sus manos los datos genéticos de sus asegurados. Estas establecerían sus primas en función de la predisposición del sujeto a padecer alguna enfermedad o, en el peor de los casos, de estar sentenciado a muerte. Sin embargo, estos datos también podrían utilizarlos en su favor los posibles asegurados, mintiendo sobre los mismos, por ello, al final, la cuestión quedaría en tablas. Lo mejor sería que nadie los tuviera, sin embargo tampoco debemos ignorar por miedo a las consecuencias, lo ideal sería hacer un buen uso de este conocimiento por parte de todos y con la ayuda de una buena regulación. En este tema nadie se ha atrevido a pronunciarse, excepto Gran Bretaña, el Gobierno de Tony Blair ha autorizado que las compañías aseguradoras accedan al mapa genético de los clientes, aceptando que actúen en consecuencia, es decir, discriminando a quienes deseen. 22.LOS BIOCHIPS Y COMPUTADORAS DEL SIGLO XXI. LAS Desde la aparición de las primeras computadoras, los dispositivos electrónicos que manejan y procesan toda la información han ido variando y perfilando cuatro generaciones de computador: 30 La primera generación con tubos o válvulas, la segunda con transistores, la tercera con circuitos integrados (cientos de transistores) y la cuarta generación con chips de silicio (miles de transistores). Sin embargo, los chips de silicio presentan algunos inconvenientes que impiden diseñar computadoras más compactas. Es aquí donde aparecen los biochips. Los biochips son moléculas semiconductoras orgánicas insertadas en una red de proteínas fijadas a un soporte, también proteico. Las señales eléctricas pasan a través de la molécula orgánica semiconductora. Con respecto a los chips de silicio, los biochips presentan la ventaja de que miles de ellos pueden ensamblarse en una pequeñísima estructura tridimensional y ocupar muy poco espacio sin interferencia. Además, pueden producirse grandes cantidades de estos biochips mediante procedimientos biotecnológicos. ¿Serán las biocomputadoras la generación de las computadoras? 23.- GLOSARIO DE TÉRMINOS. ADN: Ácido desoxirribonucleico, molécula con una estructura en doble hélice y que representa el soporte químico de la herencia: Está presente en los cromosomas, así como en las mitocondrias y en los cloroplastos. ALELOS: Un gen puede modificarse por mutación originándose dos o mas formas de expresión que se denominan alelos. ARN: Ácido Ribonucleico, molécula semejante al ADN y que interviene en la descodificación de los genes en proteínas. BIOSEGURIDAD: Las políticas y procedimientos adoptados para garantizar la segura aplicación de la biotecnología en salud y ambiente (se aplica principalmente al uso seguro de organismos transgénicos). BIOÉTICA: estudio sistemático de la conducta humana en el área de las ciencias humanas y de la atención sanitaria, en cuanto se examina esta conducta a la luz de valores y principios morales. BIOTECNOLOGÍA: Enciclopédicamente es el conjunto de procesos industriales que implican el uso de los sistemas biológicos, aplicación de los principios de la ciencia y la quinta ingeniería al tratamiento de materias por medio de agentes biológicos en la producción de bienes y servicios. Desde el punto de vista científico, es cualquier técnica que utilice organismos vivos o sustancias de estos organismos para hacer o modificar un producto, mejorar plantas o animales, o desarrollar microorganismos, para usos específicos. CLONACIÓN: Proceso por el cual, sin unir dos células sexuales, y a partir de la implantación del núcleo de una célula con una dotación cromosómica completa en un óvulo, al que previamente le ha sido extirpado el núcleo, se obtiene un ser humano gemelo idéntico genéticamente a aquél a quien le ha sido extraído la célula dotada de la totalidad de cromosomas. CLON: Se define como el grupo de organismos de idéntica constitución genética que proceden de un único individuo mediante multiplicación asexual, siendo a su vez iguales a él. CROMOSOMA: Estructura física que reviste la cromatina del núcleo celular tras su condensación, fija los colorantes básicos y contiene los genes. CARÁCTER: Cada una de las particularidades morfológicas o fisiológicas de un ser vivo, por ejemplo, ojos azules, pelo rizado, etc. EUGENESIA: Término acuñado por el científico británico Francis Dalton que significa el desarrollo adecuado de la raza a través de la selección de los caracteres. FENOTIPO: Es la expresión observable del genotipo, su manifestación externa una vez modificada por las interacciones ambientales. Genotipo + Acción ambiental = Fenotipo. Por ejemplo, el grado del color de la piel viene determinado por el genotipo, pero también depende del grado de insolación. GENÉTICA: Es la ciencia que estudia la herencia biológica, es decir, la transmisión de los caracteres morfológicos y fisiológicos que pasan de un ser vivo a sus descendientes. GENÉTICA MENDELIANA: Es el estudio de la herencia biológica mediante experimentos de reproducción. Intenta averiguar cuál es la 31 información biológica de los individuos a partir de las proporciones matemáticas en que se hereda un carácter. GENÉTICA MOLECULAR: Estudio de las moléculas que contienen la información biológica y de los procesos químicos de su transmisión y manifestación. El sentido de su estudio es, pues, inverso al de la Genética mendeliana. A partir de la información (ácidos nucleicos) se deduce cómo serán los caracteres (proteínas). GEN: Los genes son las unidades estructurales y funcionales de la herencia, transmitidas de padres a hijos a través de los gametos. Constituyen la base física de la herencia. Molecularmente, un gen es un fragmento de ADN que contiene información para la síntesis de una cadena polipeptídica (proteína). Corresponde a lo que Mendel denominó factor hereditario. GENOTIPO (genoma): Conjunto de genes que contiene un organismo heredados de sus progenitores. El genotipo tiende a expresarse al exterior para originar el conjunto de rasgos morfológicos y fisiológicos que caracterizan al ser vivo. Sin embargo esta tendencia no siempre puede desarrollarse y con frecuencia el resultado externo observable no es fiel reflejo de la expresión del genotipo debido a que influyen factores ambientales que modifican la expresión. INGENIERÍA GENÉTICA: Es una disciplina de la biología. Manipulación de la composición genética mediante la introducción o eliminación de genes específicos a través de técnicas modernas de biología molecular y ADN recombinante. INTERFERON: Familia de proteínas pequeñas que estimulan la resistencia a virus en las células. MUTACIÓN: Cambio brusco en el estado alélico de un gen, como consecuencia de la acción de un agente físico o químico, y que se traduce bien por una modificación puntual en la secuencia del ADN, bien por una deleción o una inserción. ORGANISMO TRANSGÉNICO: Organismo (animal, vegetal o microorganismo) en el cual un gen foráneo, o una secuencia de ADN foránea ha sido incorporada a su genoma durante su desarrollo inicial PROTEINAS: Moléculas esenciales para la estructura y la vida celular, formadas por la estructuración lineal de elementos simples, llamados aminoácidos, y cuyo numero es variable. PROPIEDAD INTELECTUAL: Campo de la Ley que incluye la protección de patentes, derechos literarios, marcas comerciales e industriales y protección de variedades vegetales. PROYECTO GENOMA HUMANO: Proyecto internacional que trata de obtener la descripción completa del genoma humano, para lo que es necesario mapear y secuenciar todo el genoma. TECNOLOGÍA DE ADN RECOMBINANTE. Es el proceso de cortar y recombinar fragmentos de ADN de diferentes fuentes como medio para el aislamiento de genes o para alterar su estructura o función. 24.- CRONOLOGÍA. • • • • • • • • • • • 1.000 a. C.: Los babilonios celebraban con ritos religiosos la polinización de las palmeras. 323 a. C. :Aristóteles especula sobre la naturaleza de la reproducción y la herencia. 1676: Se confirma la reproducción sexual de las plantas. 1838: Se descubre que todos los organismos vivos están compuestos por células. 1859: Darwin hace pública su teoría sobre la evolución de las especies. 1866. Mendel descubre en los guisantes las unidades fundamentales de la herencia. 1871: Se aísla el ADN en el núcleo de una célula. 1883: Francis Galton acuña el término eugenesia. 1887: Se descubre que las células reproductivas constituyen un linaje continuo, diferente de las otras células del cuerpo. 1909: Las unidades fundamentales de la herencia biológica reciben el nombre de genes. 1910: Un biólogo americano, Thomas Morgan presenta sus experimentos con la mosca de la fruta, que revelan 32 • • • • • • • • • • • • • • • • • que algunos fragmentos genéticos son determinados por el sexo. 1925: Se descubre que la actividad del gen está relacionada con su posición en el cromosoma. 1927: Se descubre que los rayos X causan mutaciones genéticas. 1933: La Alemania nazi esteriliza a 56.244 "defectuosos hereditarios". 1933 a 1945: El holocausto nazi extermina a seis millones de judíos por medio de su política eugenésica. 1943: El ADN es identificado como la molécula genética. 1940 a 1950: Se descubre que cada gen codifica un única proteína. 1953: El bioquímico americano James Watson y el biofísico Francis Crick anuncian la estructura en doble hélice del ADN o código genético. 1956: Se identifican 23 pares de cromosomas en las células del cuerpo humano. 1961: Desciframiento de las primeras letras del código genético. 1966: Se descifra el código genético completo del ADN. 1972: Se crea la primera molécula de ADN recombinante en el laboratorio: genes de una especie son introducidos de otras especies y funcionan correctamente. 1975: La Conferencia de Asilomar evalúa los riesgos biológicos de las tecnologías de ADN recombinante, y agrupa una moratoria de los experimentos con estas tecnologías. Se fundó Genentech Incorporated, primera empresa de ingeniería genética. 1977: Se fabricó con éxito una hormona humana en una bacteria. 1978: Se clonó el gen de la insulina humana. 1980: El Tribunal Supremo de los Estados Unidos de América dictamina que se pueden patentar los microbios obtenidos mediante ingeniería genética. 1981: Primer diagnóstico prenatal de una enfermedad humana por medio del análisis del ADN. 1982: Se crea el primer ratón transgénico., llamado "superratón", insertando el gen de la hormona del crecimiento de la rata en óvulos de ratona fecundados. Se produce insulina utilizando técnicas de ADN recombinante. • • • • • • • • • • 1983: Se inventa la técnica PCR (reacción en cadena de la polimerasa), que permite copiar genes específicos con gran rapidez. Es una técnica muy poderosa para producir millones de copias de una región específica de ADN, que permite analizarla tan rápido como se puede purificar una sustancia química. PCR ha sido el instrumento esencial en el desarrollo de técnicas de diagnóstico, medicina forense y la detección de genes asociados con errores innatos del metabolismo. 1984: Creación de las primeras plantas transgénicas. 1985:Se inicia el empleo de interferones en el tratamiento de enfermedades víricas. Se utiliza por primera vez la "huella genética" en una investigación judicial en Gran Bretaña. 1986: Se autorizan las pruebas clínicas de la vacuna contra la hepatitis B obtenida mediante ingeniería genética. 1987: Propuesta comercial para establecer la secuencia completa del genoma humano, Proyecto Genoma Humano. Comercialización del primer anticuerpo monoclonal de uso terapéutico. 1988: La Universidad de Harvard patenta por primera vez un organismo producido mediante ingeniería genética, un ratón. Se crea la organización HUGO para llevar a cabo el Proyecto Genoma Humano: identificar todos los genes del cuerpo humano. 1989: Comercialización de las primeras máquinas automáticas de secuenciación del ADN. 1990: Primer tratamiento con éxito mediante terapia génica en niños con trastornos inmunológicos (niños burbuja). Se ponen en marcha numerosos protocolos experimentales de terapia génica para intentar curar enfermedades cancerosas y metabólicas. 1994: Se comercializa en California el primer vegetal modificado genéticamente, un tomate, y se autoriza en Holanda la reproducción del primer toro transgénico. 1995: Se completan las primeras secuencias de genomas de bacterias. 33 • • • • 1996: Por primera vez se completa la secuencia del genoma de un organismo eucariótico, la levadura de cerveza. 1997: Investigadores, liderados por Ian Wilmut clonan al primer mamífero, la oveja Dolly. 1998: Análisis de DNA de restos de semen cogido de ropas de Mónica Lewinsky incriminan al presidente Bill Clinton. 2001: Se publica el mapa provisional del genoma humano. 25.- MARCO JURÍDICO (Compararlo con la legislación peruana actual) LEGISLACIÓN COMUNITARIA · Directiva del Consejo 90/219/CEE, de 23 de Abril de 1990, relativa a la utilización confinada de microorganismos modificados genéticamente. · Directiva del Consejo 90/220/CEE, de 23 de Abril de 1990, sobre la liberación intencional en el medio ambiente de organismos modificados genéticamente. · Directiva 98/81/CE del Consejo, de 26 de Octubre de 1997 por la que se modifica la Directiva 90/219/CEE relativa a la utilización confinada de microorganismos modificados genéticamente. · Directiva 1999/10/CE de la Comisión de 8 de Marzo de 1999, por la que se establecen excepciones a las disposiciones del artículo 7 de la Directiva 79/112/CEE del Consejo en lo relativo al etiquetado de los productos alimenticios. · Reglamento (CE) nº 258/97 del Parlamento Europeo y del Consejo de 27 de Enero de 1997 sobre nuevos alimentos y nuevos ingredientes alimentarios. · Resolución de 16 de Marzo de 1989 del Parlamento Europeo sobre los problemas éticos y jurídicos de la manipulación genética. · Resolución sobre la clonación del Parlamento Europeo (Diario Oficial de las Comunidades Europeas) de 12 de Marzo de 1997. · Resolución sobre clonación de seres humanos del Parlamento Europeo de 15 de Marzo de 1997. · Reglamento (CE) nº 1139/98 del Consejo de 26 de Mayo de 1998 relativo a la indicación obligatoria, en el etiquetado de determinados productos alimenticios fabricados a partir de organismos modificados genéticamente, de información distinta de la prevista en la Directiva 79/112/CEE. · Decisión 90/395 del Consejo, estructurando un programa de investigación y desarrollo sobre genoma humano. · Decisión 92/2/8 del Consejo en materia de Biortecnología. · La Convención Europea para la protección de los Derechos Humanos y de la Dignidad del Ser Humano frente las aplicaciones de la Biología y de la Medicina, del Consejo de Europa (1996). · La Declaración Universal sobre el genoma Humano y los Derechos de la Persona Humana, de la UNESCO (1998). · Las Resoluciones 1993/91 y 1995/82, de la Comisión de los Derechos Humanos de la ONU (1995). · La Resolución sobre la Bioética, de la Conferencia de Jefes de Estado y de Gobierno de la Organización para la Unidad Africana.(1996). · La Declaración Programa y Acción de la Conferencia Mundial de Derechos Humanos de Viena. (1995). · La Declaración sobre los Principios de Actuación en la Investigación Genética, del Consejo de la Organización del Genoma Humano. (1996). · La Declaración Universal de los Derechos Humanos de la Generaciones Futuras (1994). · La Declaración de Bilbao sobre el Derecho ante el Proyecto Genoma Humano (1993). PAUTAS ÉTICAS INTERNACIONALES · Código de Nuremberg (Tribunal Internacional de Nuremberg) Publicado en 1946 como respuesta a las atrocidades cometidas por los médicos investigadores nazis. · Declaración de Helsinki de la Asociación Médica Mundial. Recomendaciones para orientar a los médicos en la investigación con seres humanos. Adoptado en 1964 y varias veces revisado. Ultima revisión, año 2000. · Principios de Etica Médica. Detallados en el texto de la Resolución 37/194 adoptada por la Asamblea General de la Naciones Unidas en 1982. LEGISLACIÓN ESPAÑOLA 34 · Constitución Española. · Ley de 28 de Diciembre de 1988, nº 42/1988 (Jefatura del Estado) BOE 31 de Diciembre de 1988. Nº 314. EMBRIONES. Donación y utilización de embriones y fetos humanos o de sus células, tejidos u órganos. · Ley 3 de Junio de 1994. Nº 15/1994. Biotecnología. Establece el régimen jurídico, utilización confinada, liberación voluntaria y comercialización de organismos modificados genéticamente, a fin de prevenir riesgos para la salud humana y para el medio ambiente. · R.D 20 de Junio de 1997. Nº 951/1997. Biotecnología. Aprueba el Reglamento General para el desarrollo y ejecución de la Ley 15/1994 de 3 de Junio (RCL 1994,1581). · Orden de 21 de Septiembre de 2000 por la que se regulan los ficheros automatizados para la identificación genética ADNHumanitas, restos humanos y ADN-Veritas, vestigios biológicos y muestras de cotejo, en la Dirección General de la Policía. · Ley 35/1988 sobre Técnicas de Reproducción Asistida. · Código Penal 1995. CONCLUSIONES. Las posibilidades generadas por el avance de la ciencia se anticipan en el tiempo a la capacidad de respuesta de la sociedad ante los diferentes dilemas éticos y sociales planteados. Las posibilidades de la ciencia podrían estar excediendo la capacidad de la sociedad para asumir y responder adecuadamente a este progreso científico. Las expectativas creadas en la comunidad científica y en la opinión pública respecto a las posibilidades de la biotecnología suponen la generación de nuevas necesidades más que la solución de las ya existentes. Es el clásico fenómeno económico de oferta genera demanda o, en otras palabras, posible solución genera deseo y necesidad. Es necesario regular, que no controlar, las transacciones derivadas de los nuevos avances científicos. La creciente especialización del conocimiento científico sitúa el control del mismo en manos de una élite investigadora que no tiene por qué orientar su trabajo al servicio de la voluntad social o de acuerdo con los valores sociales más prevalentes. Es obvio que la profesión investigación se mueve dentro de unos principios deontológicos usualmente bien establecidos, lo que no la exime, al igual que en cualquier otra profesión de la presencia de conflictos de intereses asociados a loa fenómenos sociales y a la competencia existente entre los grupos de investigación. Hay que añadir que en los avances científicos existe la posibilidad real de negocio, que provoca conflictos perjudiciales para el buen desarrollo de las investigaciones y de su adecuación a la moral y a lo ético. La clonación humana, en estos momentos no es aceptable ni permisible, ya que las técnica aún no está lista, no es fiable y para lograr clonar a un niño sano sería necesario llevar a cabo muchísimos intentos antes de lograr un resultado satisfactorio, se producirían muchos casos de embriones con malformaciones irreversibles, como el crecimiento extra de órganos o extremidades, y sin dejar a un lado la posibilidad de que en un futuro surjan problemas inicialmente no previstos. A mi parecer, sólo cabría la posibilidad de admitir la clonación humana en aquellos casos de parejas homosexuales que quieren tener hijos sin tener que recurrir a material genético ajeno o en aquellas parejas infértiles cuyos problemas no pueden ser solucionados con las técnicas existentes. Debemos abrir nuestra mente a los avances de la ciencia, recordemos que no hace mucho tiempo atrás los trasplantes de corazón nos parecían algo monstruoso, al igual que la fecundación in vitro, y ahora lo vemos como un beneficio más que nos aporta la ciencia y que nos permite ver lo 35 pequeños e insignificantes que parecemos ante la grandiosidad y sabiduría de la naturaleza. (apuntes de diversos autores) Nota .- Documento de trabajo para los estudiantes del IX Ciclo de la Facultad de Educación – UNJFSC - Especialidad: Biología, Química y Tecnología de los Alimentos. de otro para producir las características deseadas. En la actualidad tienen mayor presencia alimentos procedentes de plantas transgénicas como el maíz, la cebada o la soja. La ingeniería genética o tecnología del ADN recombinante es la ciencia que manipula secuencias de ADN (que normalmente codifican genes) de forma directa, posibilitando su extracción de un taxón biológico dado y su inclusión en otro, así como la modificación o eliminación de estos genes. En esto se diferencia de la mejora clásica, que es la ciencia que introduce fragmentos de ADN (conteniendo como en el caso anterior genes) de forma indirecta, mediante cruzamientos dirigidos.1 La primera estrategia, la de la ingeniería genética, se circunscribe en la disciplina denominada biotecnología vegetal. Cabe destacar que la inserción de grupos de genes y otros procesos pueden realizarse mediante técnicas de biotecnología vegetal que no son consideradas ingeniería genética, como puede ser la fusión de protoplastos.2 La mejora de las especies que serán usadas como alimento ha sido un motivo común en la historia de la Humanidad. Entre el 12.000 y 4.000 a. de C. ya se realizaba una mejora por selección artificial de plantas. Tras el descubrimiento de la reproducción sexual en vegetales, se realizó el primer cruzamiento intergenérico (es decir, entre especies de géneros distintos) en 1876. En 1909 se efectuó la primera fusión de protoplastos, y en 1927 se obtuvieron mutantes de mayor productividad mediante irradiación con rayos X de semillas. En 1983 se produjo la primera planta transgénica. En estas fechas, unos biotecnólogos logran aislar un gen e introducirlo en un genoma de la bacteria E.Coli. Tres años más tarde, en 1986, Monsanto, empresa multinacional dedicada a la biotecnología, crea la primera planta genéticamente modificada. Se trataba de una planta de tabaco a la que se añadió a su genoma un gen de resistencia para el antibiótico Kanamicina. Finalmente, en 1994 se aprueba la comercialización del primer alimento modificado genéticamente, los tomates Flavr Savr, creados Calgene, una empresa biotecnóloga. A estos se les introdujo un gen antisentido con respecto al gen normal de la poligalacturonasa, enzima que induce a la maduración del tomate, de manera que este aguantaría más tiempo maduro y tendría una mayor resistencia. Pero Alimento transgénico De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a: navegación, búsqueda Áreas con cultivos de GMO en 2005. Los cinco países que producen más del 95% de GMO :Otros países con GMOs comercializados Puntos naranja: sólo cultivos experimentales. Los alimentos sometidos a ingeniería genética o alimentos transgénicos son aquellos que fueron producidos a partir de un organismo modificado genéticamente mediante ingeniería genética. Dicho de otra forma, es aquel alimento obtenido de un organismo al cual le han incorporado genes 36 pocos años después, en 1996, este producto tuvo que ser retirado del mercado de productos frescos al presentar consecuencias imprevistas como una piel blanda, un sabor extraño y cambios en su composición. Aun así, estos tomates se usan para la producción de tomates elaborados.3 En el año 2007, los cultivos de transgénicos se extienden en 114,3 millones de hectáreas de 23 países, de los cuales 12 son países en vías de desarrollo.4 En el año 2006 en Estados Unidos el 89% de plantaciones de soya (o soja) lo eran de variedades transgénicas, así como el 83% del algodón y el 61% del maíz.5 Beneficios Por esta razón, la introducción de genes que provocan el desarrollo de resistentes a uno o varios órdenes de insectos ha sido un elemento común a muchas de las variedades patentadas. Las ventajas de este método suponen un menor uso de insecticidas en los campos sembrados con estas variedades,9 lo que redunda en un menor impacto en el ecosistema que alberga al cultivo y por la salud de los trabajadores que manipulan los fitosanitarios.10 Recientemente se están desarrollando los primeros transgénicos animales. El primero en ser aprobado para el consumo humano en Estados Unidos fue un salmón AquaBounty (2010) que era capaz de crecer en la mitad de tiempo y durante el invierno gracias al gen de la hormona de crecimiento de otra especie de salmón y al gen "anticongelante" de otra especie de pez.11 Polémica Ciruela transgénica. Los caracteres introducidos mediante ingeniería genética en especies destinadas a la producción de alimentos comestibles que buscan el incremento de la productividad (por ejemplo, mediante una resistencia mejorada a las plagas) así como la introducción de características de calidad nuevas. Debido al mayor desarrollo de la manipulación genética en especies vegetales, todos los alimentos transgénicos corresponden a derivados de plantas. Por ejemplo, un carácter empleado con frecuencia es la resistencia a herbicidas, puesto que de este modo es posible emplearlos afectando sólo a la flora ajena al cultivo. Cabe destacar que el empleo de variedades modificadas y resistentes a herbicidas ha disminuido la contaminación debido a estos productos en acuíferos y suelo,6 si bien es cierto que no se requeriría el uso de estos herbicidas tan nocivos por su alto contenido en glifosato (GLY) y amonio glifosinado (GLU)7 si no se plantaran estas variedades, diseñadas exclusivamente para resistir a dichos compuestos.6 Las plagas de insectos son uno de los elementos más devastadores en agricultura.8 Protesta de organizaciones agrarias españolas en contra de los transgénicos en la agricultura ecológica (Puerta del Sol de Madrid, 30 de agosto de 2008). En varios países del mundo han surgido grupos opuestos a los organismos genéticamente modificados, formados principalmente por ecologistas, asociaciones de derechos del consumidor, algunos científicos y políticos, los cuales exigen el etiquetaje de estos, por sus preocupaciones sobre seguridad alimentaria, impactos ambientales, cambios culturales y dependencias económicas. Llaman a evitar este tipo de alimentos, cuya producción involucraría daños a la salud, ambientales, económicos, sociales y problemas legales y éticos por concepto de patentes.12 13 14 De este modo, surge la polémica derivada entre sopesar las ventajas e inconvenientes del proceso. Es decir: el impacto beneficioso en 37 cuanto a economía,9 estado medioambiental del ecosistema aledaño al cultivo6 y en la salud del agricultor ha sido descrito,10 pero las dudas respecto a la posible aparición de alergias,15 cambios en el perfil nutricional, dilución del acervo genético y difusión de resistencias a antibióticos también. Por otro lado, la práctica de modificar genéticamente las especies para uso del hombre, acompaña a la humanidad desde sus orígenes (ver domesticación), por lo que los sectores a favor de la biotecnología esgrimen estudios científicos para sustentar sus posturas, y acusan a los sectores antitransgénicos de ocultar o ignorar hechos frente al público.16 Por su parte, los científicos resaltan que el peligro para la salud se ha estudiado pormenorizadamente en todos y cada uno de este tipo de productos que hasta la fecha han obtenido el permiso de comercialización y que sin duda, son los que han pasado por un mayor número de controles. La Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO por sus siglas en inglés) por su parte indica con respecto a los transgénicos cuya finalidad es la 17 alimentación: Hasta la fecha, los países en los que se han introducido cultivos transgénicos en los campos no han observado daños notables para la salud o el medio ambiente. Además, los granjeros usan menos pesticidas o pesticidas menos tóxicos, reduciendo así la contaminación de los suministros de agua y los daños sobre la salud de los trabajadores, permitiendo también la vuelta a los campos de los insectos benéficos. Algunas de las preocupaciones relacionadas con el flujo de genes y la resistencia de plagas se han abordado gracias a nuevas técnicas de ingeniería genética. Sin embargo, que no se hayan observado efectos negativos no significa que no puedan suceder. Los científicos piden una prudente valoración caso a caso de cada producto o proceso antes de su difusión, para afrontar las preocupaciones legítimas de seguridad.| Resumen de las Conclusiones La Organización Mundial de la Salud dice al respecto: Los diferentes organismos OGM (organismo genéticamente modificados) incluyen genes diferentes insertados en formas diferentes. Esto significa que cada alimento GM (genéticamente modificado) y su inocuidad deben ser evaluados individualmente, y que no es posible hacer afirmaciones generales sobre la inocuidad de todos los alimentos GM. Los alimentos GM actualmente disponibles en el mercado internacional han pasado las evaluaciones de riesgo y no es probable que presenten riesgos para la salud humana. Además, no se han demostrado efectos sobre la salud humana como resultado del consumo de dichos alimentos por la población general en los países donde fueron aprobados. El uso continuo de evaluaciones de riesgo según los principios del Codex y, donde corresponda, incluyendo el monitoreo post comercialización, debe formar la base para evaluar la inocuidad de los alimentos GM.18 Transferencia horizontal Se ha postulado el papel de los alimentos transgénicos en la difusión de la resistencia a antibióticos, pues la inserción de ADN foráneo en las variedades transgénicas puede hacerse (y en la mayoría de los casos se hace) mediante la inserción de marcadores de resistencia a antibióticos.19 No obstante, se han desarrollado alternativas para no emplear este tipo de genes o para eliminarlos de forma limpia de la variedad final20 y, desde 1998, la FDA exige que la industria genere este tipo de plantas sin marcadores en el producto final.21 La preocupación por tanto es la posible transferencia horizontal de estos genes de resistencia a otras especies, como bacterias de la microbiota del suelo (rizosfera) o de la microbiota intestinal de mamíferos (como los humanos). Teóricamente, este proceso podría llevarse a cabo por transducción, conjugación y transformación, si bien esta última (mediada por ADN libre en el medio) parece el fenómeno más probable. Se ha postulado, por tanto, que el empleo de transgénicos podría dar lugar a la aparición de resistencias a bacterias patógenas de relevancia clínica.22 Sin embargo, existen multitud de elementos que limitan la transferencia de ADN del producto transgénico a otros organismos. El simple procesado de los alimentos previo al consumo degrada el ADN.23 24 Además, en el caso particular de la transferencia de marcadores de resistencia a antibióticos, las 38 bacterias del medio ambiente poseen enzimas de restricción que degradan el ADN que podría transformarlas (este es un mecanismo que emplean para mantener su estabilidad genética).25 Más aún, en el caso de que el ADN pudiera introducirse sin haber sido degradado en los pasos de procesado de alimentos y durante la propia digestión, debería recombinarse de forma definitiva en su propio material genético, lo que, para un fragmento lineal de ADN procedente de una planta requiriría una homología de secuencia muy alta, o bien la formación de un replicón independiente.3 No obstante, se ha citado la penetración de ADN intacto en el torrente sanguíneo de ratones que habían ingerido un tipo de ADN denominado M13 ADN que puede estar en las construcciones de transgénicas, e incluso su paso a través de la barrera placentaria a la descendencia.26 En cuanto a la degradación gastrointestinal, se ha demostrado que el gen epsps de soya transgénica sigue intacto en el intestino.27 Por tanto, puesto que se ha determinado la presencia de algunos tipos de ADN transgénico en el intestino de mamíferos, debe tenerse en cuenta la posibilidad de una integración en el genoma de la microbiota intestinal (es decir, de las bacterias que se encuentran en el intestino de forma natural sin ser patógenas), si bien este evento requeriría de la existencia de una secuencia muy parecida en el propio ADN de las bacterias expuestas al ADN foráneo.3 La FDA estadounidense, autoridad competente en salud pública y alimentación, declaró que existe una posibilidad potencial de que esta transferencia tenga lugar a las células del epitelio gastrointestinal. Por tanto, ahora se exige la eliminación de marcadores de selección a antibióticos de las plantas transgénicas antes de su comercialización, lo que incrementa el coste de desarrollo pero elimina el riesgo de integración de ADN problemático.21 Ingestión de "ADN foráneo" Planta de tabaco transgénica expresando la luciferasa de la luciérnaga Photinus pyralis, enzima que permite la emisión de fluorescencia.28 Un aspecto que origina polémica es el empleo de ADN de una especie distinta a la del organismo transgénico; por ejemplo, que en maíz se incorpore un gen propio de una bacteria del suelo, y que este maíz esté destinado al consumo humano. No obstante, la incorporación de ADN de organismos bacterianos e incluso de virus sucede de forma constante en cualquier proceso de alimentación. De hecho, los procesos de preparación de alimento suelen fragmentar las moléculas de ADN de tal forma que el producto ingerido carece ya de secuencias codificantes (es decir, con genes completos capaces de codificar información.24 Más aún, debido a que el ADN ingerido es desde un punto de vista químico igual ya provenga de una especie u otra, la especie del que proviene no tiene ninguna influecia.29 La transformación de plántulas de cultivo in vitro suele realizarse con un cultivo de 39 Agrobacterium tumefaciens en placas Petri con un medio de cultivo suplementado con antibióticos. Esta preocupación se ha extendido en cuanto a los marcadores de resistencia a antibióticos que se cita en la sección anterior pero también respecto a la secuencia promotora de la transcripción que se sitúa en buena parte de las construcciones de ADN que se introducen en las plantas de interés alimentario, denominado promotor 35S y que procede del cauliflower mosaic virus (virus del mosaico de la coliflor). Puesto que este promotor produce expresión constitutiva (es decir, continua y en toda la planta) en varias especies, se sugirió su posible transferencia horizontal entre especies, así como su recombinación en plantas e incluso en virus, postulándose un posible papel en la generación de nuevas cepas virales.30 No obstante, el propio genoma humano contiene en su secuencia multitud de repeticiones de ADN que proceden de retrovirus (un tipo de virus) y que, por definición, es ADN foráneo sin que haya resultado fatal en la evolución de la especie; estas repeticiones se calculan en unas 98.00031 o, según otras fuentes, en 400.000.32 Dado que, además, estas secuencias no tienen por qué ser adaptativas, es común que posean una tasa de mutación alta y que, en el transcurso de las generaciones, pierdan su función. Finalmente, puesto que el virus del mosaico de la coliflor está presente en el 10% de nabos y coliflores no transgénicos, el ser humano ha consumido su promotor desde hace años sin efectos deletéreos.33 Alergenicidad y toxicidad Se ha discutido el posible efecto como alérgenos de los derivados de alimentos transformados genéticamente; incluso, se ha sugerido su toxicidad. El concepto subyacente en ambos casos difiere: en el primero, una sustancia inocua podría dar lugar a la aparición de reacciones alérgicas en algunos individuos susceptibles, mientras que en el segundo su efecto deletéreo sería generalizado. Un estudio de gran repercusión al respecto fue publicado por Exwen y Pustzai en 1999. En él se indicaba que el intestino de ratas alimentadas con patatas genéticamente modificadas (expreando una aglutinina de Galanthus nivalis, que es una lectina) resultaba dañado severamente.34 No obstante, este estudio fue severamente criticado por varios investigadores por fallos en el diseño experimental y en el manejo de los datos. Por ejemplo, se incluyeron pocos animales en cada grupo experimental (lo que da lugar a una gran incertidumbre estadística), ni se analizó la composición química con precisión de las distintas variedades de patata empleadas, ni se incluyeron controles en los experimentos y finalmente, el análisis estadístico de los resultados era incorrecto.35 Estas críticas fueron rápidas: la comunidad científica respondió el mismo año recalcando las falencias del artículo; además, también se censuró a los autores la búsqueda de celebridad y la publicidad en medios periodísticos.35 En cuanto a la evaluación toxicológica de los alimentos transgénicos, los resultados obtenidos por los científicos son contradictorios. Uno de los objetivos de estos trabajos es comprobar la pauta de función hepática, pues en este órgano se produce la detoxificación de sustancias en el organismo. Un estudio en ratón alimentado con soya resistente a glifosato encontró diferencias en la actividad celular de los hepatocitos, sugiriendo una modificación de la actividad metabólica al consumir transgénicos.36 Estos estudios basados en ratones y soya fueron ratificados en cuanto a actividad pancreática37 y testículo.38 No obstante, otros científicos critican estos hallazgos debido a que no tuvieron en cuenta el método de cultivo, recolección y composición nutricional de la soya empleada; por ejemplo, la lína empleada era genéticamente bastante estable y fue cultivada en las mismas condiciones en el estudio de hepatocitos y páncreas, por lo que un elemento externo distinto al gen de resistencia a glifosato podría haber provocado su comportamiento al ser ingerido. Más aún, el contenido en isoflavonas de la variedad transgénica puede explicar parte de las modificaciones descritas en el intestino de la rata, y este elemento no se tuvo en cuenta puesto que ni se midió en el control ni en la variedad transgénica.39 Otros estudios independientes directamente no encontraron efecto alguno en el desarrollo testicular de ratones alimentados con soya resistente a glifosato40 o maíz Bt.41 Propiedad intelectual Un argumento frecuentemente esgrimido en contra de los alimentos transgénicos es el 40 relacionado con la gestión de los derechos de propiedad intelectual y/o patentes, que obligan al pago de regalías por parte del agricultor al mejorador. Además, se alude al uso de estrategias moleculares que impiden la reutilización del tomate, es decir, el empleo de parte de la cosecha para cultivar en años sucesivos. Un ejemplo conocido de este último aspecto es la tecnología Terminator, englobado en las técnicas de restricción de uso (GURT), desarrollada por el Departamento de Agricultura de EE.UU. y la Delta and Pine Company en la década de 1990 y que aún no ha sido incorporada a cultivares comerciales, y por supuesto no está autorizada su venta. La restricción patentada opera mediante la inhibición de la germinación de las semillas, por ejemplo.42 Cabe destacar que el uso del vigor híbrido, una de las estrategias más frecuentes en mejora vegetal, en las variedades no tradicionales pero no transgénicas también imposibilita la reutilización de semillas. Este procedimiento se basa en el cruce de dos líneas puras que actúan como parentales, dando lugar a una progenie con un genotipo mixto que posee ventajas en cuanto a calidad y rendimiento. Debido a que la progenie es heterocigota para algunos genes, si se cruza consigo misma da lugar a una segunda generación muy variable por simple mendelismo, lo que resulta inadecuado para la producción agrícola.19 En cuanto a la posibilidad de patentar las plantas transgénicas, éstas pueden no someterse a una patente propiamente dicha, sino a unos derechos del obtentor, gestionados por la Unión Internacional para la Protección de Nuevas Variedades de Plantas. Brasil, España, Bolivia o Chile se encuentran en esa unión, siendo un total de 66 en diciembre de 2008 (entre los países no participantes destaca EE. UU.).43 Para la UPOV en su revisión de 1991, la ingeniería genética es una herramienta de introducción de variación genética en las variedades vegetales.44 Bajo esta perspectiva, las plantas transgénicas son protegidas de forma equivalente a la de las variedades generadas por procedimientos convencionales; este hecho necesariamente exige la posibilidad de emplear variedades protegidas para agricultura de subsistencia e investigación científica. La UPOV también se pronunció en 2003 sobre las tecnologías de restricción de uso como la Terminator mencionada anteriormente: de acuerdo a la existencia de un marco legal de protección de las nuevas variedades, se indica que la aplicación de estas tecnologías no es necesaria45 El Comercio.pe / Planeta Diez preguntas y respuestas sobre los transgénicos (Archivo El Comercio) ALEXANDRA ALVA @alvaalexandra Redacción Online 1. ¿Qué son los transgénicos? Son alimentos genéticamente modificados mediante la biotecnología moderna con el fin de obtener características deseadas específicas, como por ejemplo, ser resistentes a algunos tipos de plagas y herbicidas, tener una mayor cantidad de vitaminas o minerales y así potenciar sus propiedades, o ser capaces de tolerar condiciones climáticas adversas. En 1983 se produjo la primera planta transgénica del mundo y en 1994 se aprobó su comercialización. En la actualidad tienen mayor presencia en plantas como el maíz, la cebada o la soya. 2. ¿Qué posiciones están encontradas? La biotecnología agrícola moderna se ha visto en la necesidad de crear alimentos genéticamente modificados para ofrecer posibilidades de mejorar la calidad y rendimiento de los cultivos, sin que se requieran tierras de cultivo adicionales, obtener mejores fibras, reducir los costos de producción y mejorar el contenido nutricional de los alimentos. No obstante, según asegura la página oficial de Greenpeace, los cultivos transgénicos no 41 alimentan al mundo, ya que el 99,5% de agricultores y agricultoras no los cultivan. Asimismo, afirma que la agricultura industrial usa fertilizantes sintéticos y agroquímicos que contaminan nuestros suelos y aguas, recursos necesarios para producir alimentos sanos ahora y en el futuro. Este hecho contribuye al agravamiento del cambio climático. Por otro lado, denuncia que solo diez multinacionales controlan casi el 70% del mercado mundial de semillas lo que significa que los y las agricultoras tienen poca capacidad de elección. 3. ¿Es cierto biodiversidad? que afectan a la derivados de estas técnicas de ingeniería genética no se evalúan correctamente los riesgos sanitarios a largo plazo de los OGM presentes en nuestra alimentación o en la de los animales cuyos productos consumimos 5. ¿Se están desarrollando transgénicos animales? El año pasado, Estados Unidos desarrolló un salmón del tipo AquaBonty capaz de crecer en la mitad de tiempo y durante el invierno gracias al gen de la hormona de crecimiento de otra especie de salmón y al gen “anticongelante” de otra especie de pez. Este fue el primero en ser aprobado para el consumo humano en dicho país. 6. ¿Qué países se oponen al ingreso de transgénicos a su territorio? Tan solo Ecuador y Venezuela se han opuesto al ingreso de OGM a sus países. Canadá, Estados Unidos, México, Argentina, China, Alemania España, Australia, Bolivia y el Perú son algunos de los países que utilizan los transgénicos. Actualmente, el 60% del maíz amarillo (para consumo de aves y porcinos), el 98% de soya y el 95% de aceites vegetales que se consume en nuestro país son genéticamente modificados, según informó el Ministerio de Agricultura. LOS TRANSGÉNICOS EN EL PERÚ 7. ¿Qué señala el bioseguridad del Agricultura? reglamento Ministerio de de Según Greenpeace suponen un incremento del uso de tóxicos, contaminación genética y del suelo, pérdida de biodiversidad, desarrollo de resistencias en insectos y vegetación adventicia (“malas hierbas”) y efectos no deseados en otros organismos, teniendo efectos irreversibles e imprevisibles sobre los ecosistemas. Por su parte, Monsanto, la mayor empresa productora de transgénicos en el mundo, señala que los cultivos genéticamente modificados son evaluados rigurosamente para garantizar su uso seguro en el medio ambiente, permitiendo tener un uso más eficiente de las tierras de cultivo. 4. ¿Realmente son riesgosos para nuestra salud? Potencialmente suponen un riesgo para la salud: ya puede generar nuevas alergias, aparición de nuevos tóxicos, disminución en la capacidad de fertilidad en mamíferos alimentados con OGM, contaminación de alimentos, problemas en órganos internos, etc. Sin embargo, Monsanto, señala que los alimentos biotecnológicos son sometidos a rigurosos análisis y estudios que determinan su seguridad y son base para permitir su comercialización, siendo respaldados por diversas instituciones internacionales. No obstante, Greenpeace afirma que debido a los efectos inesperados e impredecibles, El Reglamento de Bioseguridad, publicado el 15 de abril de este año, responde a la necesidad urgente de regular el uso de la biotecnología moderna (transgénicos) en el sector Agricultura para garantizar la biodiversidad, el medio ambiente y la salud de las personas. En 1992 el Perú suscribió e incorporó a su legislación el Convenio sobre Diversidad Biológica que establece como tema prioritario la biotecnología y su manejo racional, señalando la necesidad de reglamentar la seguridad de su uso. En1999, se autorizó el uso de transgénicos en el Perú y se reguló la seguridad de su uso. 42 En el año 2004 se incorporó a la normativa nacional el Protocolo de Bioseguridad de Cartagena sobre la seguridad de la biotecnología moderna, que obliga a los Estados parte a establecer un reglamento que ordene el movimiento transfronterizo, el tránsito, la manipulación y utilización de los transgénicos, el cual fue incorporado entre el 2008 y 2009 por el Ministerio de Agricultura. 8. ¿Qué señalan los expertos? La experta Antonietta Gutiérrez, de la Asociación de Desarrollo Medio Ambiente Sustentable, acotó que la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) reconoce la importancia de los transgénicos “pero dice que se tienen que tomar medidas de previsión por su impacto en los recursos y la naturaleza”. Por otro lado, Flora Luna, de la Asociación Médica Peruana, aseguró que el decreto “pone en riesgo toda la política agraria del Perú y no se ha tenido en cuenta toda la riqueza genética” del país. Por su parte, La Municipalidad de Lima plantea declarar la ciudad “libre de transgénicos”, a esta medida se le han sumado Lambayeque y Loreto. 9. ¿Qué resaltan los ministros Ambiente y de Agricultura? de y de infraestructura para garantizar el desarrollo seguro de la biotecnología en el país. De igual manera, consideró que una moratoria pone en peligro los acuerdos comerciales y los puestos de trabajo, al no permitirse las importaciones de estos productos con componentes de OVM. 10. ¿Cuál es la posición gastrónomos y cocineros? de los Mariano Valderrama, presidente de la Sociedad Peruana de Gastronomía (Apega), remarcó que los cocineros peruanos tienen “un compromiso de solidaridad” con la diversidad de su país y el desarrollo inclusivo. Gastón Acurio, promueve que el Perú tenga como política de Estado ser un país orgánico, “que las políticas agrícolas estén orientadas al fomento, a la creatividad, a la promoción y producción de alta calidad para nichos de productos nativos”. “El Perú es un país megadiverso con 28 climas de los 32 en el mundo, cada 50 kilómetros te encuentras con un valle diferente y ello no sirve para grandes extensiones de cultivos, pero sí sirve para hacer un país boutique. Es decir, hay que apostar por la agricultura de altísima calidad, en pequeña producción a un gran valor de mercado. Chile, por ejemplo, es un exportador de grandes cantidades de manzanas, pero cada día tiene que lidiar con el precio. El Perú podría ser un gran exportador de la manzanita que va en cajita y que la venden a cinco dólares en Japón, el cacao, café, chocolate, etcétera y todos los productos por descubrir”. Los gremios agrícolas, sin contar la asociación de maiceros, también han mostrado su gran descontento. “El Perú no está en condiciones técnicas para hacer seguimiento a los eventos transgénicos”, ha afirmado el ministro del Ambiente, Antonio Brack, quien se ha mostrado a favor la moratoria al ingreso de los organismos vivos modificados. Para Brack, el Perú debería mantenerse en la senda de exportar productos libres de transgénicos, incluso con una mayor incidencia en los productos orgánicos y consideró que el Perú es único por su condición de país megadiverso. Además, fue crítico al señalar que el Perú no ha desarrollado investigaciones en biotecnología no transgénica para elevar la productividad agrícola del país. Su par de Agricultura, Rafael Quevedo, ha señalado, por su parte, que el Perú cuenta con las capacidades humanas, tecnológicas ¿Por qué las escuelas deberían eliminar los alimentos contaminados con transgénicos de sus cafeterías? Traducción tini Alvarado Articulo en inglés: 43 http://www.comanchecountychronicle.com/vie warticle.php?id=397 Institute for Responsible Technology Boletín sobre los alimentos modificados genéticamente, Escupiendo los frijoles Por Jeffrey M. Smith, autor de Semillas de Decepción Antes de que la escuela secundaria Appleton Wisconsin sustituyera los alimentos procesados de su cafetería, por alimentos sanos y nutritivos, la escuela era descrita como fuera de control. Hubo tenencia de armas, disrupciones de estudiantes, y un policía de guardia a tiempo completo. Tras el cambio en las comidas escolares, los estudiantes estaban calmados, centrados y ordenados. No hubo más tenencia de armas, y ningún suicidio, expulsión, deserción escolar o tenencia de drogas. La nueva dieta y el mejor comportamiento han durado siete años, y ahora otras escuelas están cambiando sus programas de comidas con resultados similares. Hace años, una clase de ciencias en Appleton encontró apoyo para su nueva dieta mediante la realización de un cruel e inusual experimento con tres ratones. Ellos los alimentaban con la comida chatarra que los niños en otras escuelas secundarias comen todos los días. Los ratones se volvieron locos. Su comportamiento era totalmente diferente al de los tres ratones de la jaula vecina. Los ratones vecinos tenían buen karma, ellos eran alimentados con alimentos nutritivos y completos y se comportaban como ratones. Dormían durante el día en el interior de su tubo de cartón, jugaban entre sí, y actuaban muy ratonilmente. Los “ratones de comida chatarra”, por otra parte, destruyeron su tubo de cartón, ya no eran nocturnos, dejaron de jugar unos con otros, lucharon con frecuencia, y dos ratones mataron en última instancia al tercero y se lo comieron. Después de los tres meses de experimento, los estudiantes rehabilitaron a los dos supervivientes “ratones de comida chatarra” con una dieta de alimentos completos. Después de unas tres semanas, los ratones volvieron a la normalidad. La hermana Luigi Frigo repite este experimento cada año en su clase de segundo grado en Cudahy, Wisconsin, pero afortunadamente, por sólo cuatro días. Incluso en el primer día de comida chatarra, el comportamiento de los ratones 'cambia drásticamente.' Se vuelven perezosos, antisociales, y nerviosos. Y todavía les toma a los ratones alrededor de dos a tres semanas de alimentos sin procesar para volver a la normalidad. Un año, el segundo grado trato de hacer el experimento de nuevo unos meses más tarde con los mismos ratones, pero esta vez los animales se negaron a comer la comida chatarra. Al otro lado del océano en Holanda, un estudiante alimentó un grupo de ratones con maíz y soya genéticamente modificadas (GM), y el otro grupo con una variedad no GM. Los ratones alimentados con GM dejaron de jugar con los demás y se retiraron a sus propias partes de la jaula. Cuando el estudiante trató de levantarlos, a diferencia de sus vecinos con buen comportamiento, los ratones alimentados con GM corrieron alrededor en aparente miedo y trataron de trepar las paredes. Un ratón en el grupo alimentado con GM fue hallado muerto al final del experimento. Es interesante observar que los ratones alimentados con comida chatarra en los experimentos de Wisconsin también contienen ingredientes modificados genéticamente. Y aunque el programa de almuerzo escolar de Appleton no intentaba específicamente eliminar los alimentos modificados genéticamente, de todas maneras sucedió. Esto se debe a que los alimentos modificados genéticamente, como la soja y el maíz, y sus derivados se encuentran en gran parte en los alimentos procesados. Así que cuando la escuela cambio a alternativas sin procesados, casi todos los ingredientes derivados de cultivos modificados genéticamente fueron eliminados automáticamente. 44 ¿Significa esto que los alimentos genéticamente modificados afectan negativamente el comportamiento de los seres humanos o animales? Seria sin duda irresponsable decir esto sobre la base del experimento en ratones de un solo estudiante y los resultados en Appleton. Por otra parte, es igualmente irresponsable decir que no lo hacen. Estamos sólo empezando a comprender la influencia de la alimentación en el comportamiento. Un estudio en Science de diciembre de 2002 llegó a la conclusión de que 'las moléculas de alimentos actúan como hormonas, regulando el funcionamiento corporal y activando la división celular. Las moléculas pueden causar desequilibrios mentales que van desde los trastornos de déficit de atención e desordenes de hiperactividad a enfermedades mentales graves'. El problema es que no sabemos cuales moléculas de alimentos tienes qué efecto. El mayor problema es que la composición de los alimentos modificados genéticamente puede cambiar radicalmente sin nuestro conocimiento. Los alimentos modificados genéticamente tienen genes insertados en su ADN. Pero los genes no son Legos, estos no se ajustan solos en su lugar. La inserción de genes crea cambios imprevistos irreversibles. En un estudio, por ejemplo, un chip genético monitoreo el ADN, antes y después de que un único gen extraño se insertara. Tanto como el 5 por ciento de genes del ADN cambiaron la cantidad de proteína que estaban produciendo. Esto no sólo es enorme de por sí, sino que estos cambios se pueden multiplicar a través de interacciones complejas bajo esta línea. A pesar de las posibilidades de cambios dramáticos en la composición de los alimentos modificados genéticamente, estos son típicamente medidos para sólo un pequeño número de niveles de nutrientes conocidos. Pero incluso si pudiéramos identificar todos los compuestos cambiados, en este momento no podríamos saber cuales podrían ser los responsables de la naturaleza antisocial de los ratones o los seres humanos. Del mismo modo, estamos tan sólo empezando a identificar los compuestos medicinales en los alimentos. Ahora sabemos, por ejemplo, que el pigmento en los arándanos puede reactivar el sistema de comunicación neuronal del cerebro, y que los antioxidantes encontrados en la piel de la uva podrían luchar contra el cáncer y reducir las enfermedades del corazón. Pero ¿qué ocurre con los otros compuestos valiosos que no conocemos que podrían cambiar o desaparecer a las variedades modificadas genéticamente? Considere la soja genéticamente modificada. En julio de 1999, años después de haber salido en el mercado, investigadores independientes publicaron un estudio mostrando que contiene entre 12-14 por ciento menos fitoestrógenos que luchan contra el cáncer. ¿Qué más ha cambiado que no conocemos? (Monsanto respondió con su propio estudio, que llegó a la conclusión de que los niveles de fitoestrógenos en la soya varían demasiado, incluso para llevar a cabo un análisis estadístico. Ellos no divulgaron, sin embargo, que el laboratorio que realizó el experimento de Monsanto había recibido instrucciones de utilizar un método obsoleto para detectar resultados en fitoestrógenos) En 1996, Monsanto publicó un documento en el Journal of Nutrition que concluyó en el título: 'La composición de semillas de soya resistentes al glifosato es equivalente a la de la soya convencional'. El estudio comparaba sólo un pequeño número de nutrientes y al ver de cerca sus cuadros se revelaron diferencias significativas en contenidos de grasa, cenizas y carbohidratos. Además, la harina de soya modificada genéticamente contiene 27 por ciento más inhibidor de la tripsina, un conocido alergeno de la soya. En el estudio también se utilizan métodos cuestionables. Las comparaciones de nutrientes son realizadas rutinariamente en vegetales cultivados en idénticas condiciones a fin de que variables como el clima y el suelo se puede descartar. De lo contrario, las diferencias en la composición de plantas 45 podrían ser fácilmente equivocadas. En el estudio de Monsanto, la soya fue plantada en una amplia variedad de climas y geografía. Aunque uno de sus ensayos fue una comparación una al lado de la otra entre soya genéticamente modificada y soya no genéticamente modificada, por alguna razón los resultados quedaron por completo fuera del documento. Años más tarde, un escritor de medicina encontró los datos perdidos en los archivos de la revista Journal of Nutrition y los hizo públicos. No es de extrañar que los científicos los dejaran fuera del artículo. La soya genéticamente modificada mostró niveles significativamente más bajos de proteína, un ácido graso, y fenilalanina, un aminoácido esencial. Asimismo, harina tostada de soja genéticamente modificada contiene casi el doble del importe de una lecitina que puede bloquear la habilidad del cuerpo para asimilar otros nutrientes. Por otra parte, la soya genéticamente modificada tostada contiene tanto como siete veces la cantidad de inhibidor de tripsina, lo que indica que el alérgeno puede sobrevivir el cocinado mas en la variedad genéticamente modificada. (Esto podría explicar el 50 por ciento en aumente de alergias a la soya en el Reino Unido sólo después de que se introdujo la soya genéticamente modificada) No sabemos todos los cambios que se producen con la ingeniería genética, pero sin duda los cultivos genéticamente modificados no son los mismos. Pregunte a los animales. Informes de testigos oculares de toda América del Norte describen cómo varios tipos de animales, cuando se le da una opción, evitar comer alimentos genéticamente modificados. Entre ellos vacas, cerdos, alces, ciervos, mapaches, ardillas, ratas y ratones. De hecho, el estudiante holandés mencionado arriba primero determinó que su ratones tenían un dos a uno de preferencia por los no genéticamente modificados antes de obligar a la mitad de ellos a comer sólo la variedad de ingeniería genética. Las diferencias en los genéticamente modificados alimentos podrían probablemente tener un impacto mucho mayor en los niños. Ellos son entre tres a cuatro veces más susceptibles a las alergias. Además, ellos convierten más de los alimentos en material de construcción del cuerpo. Nutrientes alterados o toxinas adicionales puede resultar en problemas de desarrollo. Por esta razón, los estudios en alimentación animal son típicamente realizados sobre animales jóvenes, en desarrollo. Después de la prueba de alimentación los órganos se pesan y, a menudo, se estudian bajo magnificación. Si los científicos utilizan animales maduros en lugar de jóvenes, incluso graves problemas nutricionales podrían no ser detectados. El estudio de Monsanto utilizo animales maduros en lugar de jóvenes. También diluyeron su soja genéticamente modificada con proteína no genéticamente modificada de 10 a 12 veces antes de alimentar los animales. Y nunca pesaron los órganos o los examinaron bajo un microscopio. El estudio, que es el único estudio importante en la alimentación animal con soya genéticamente modificada nunca antes publicada, es excusado por los críticos como fraudulento para evitar la búsqueda de problemas. Por desgracia, existe un experimento mucho más grande en curso, uno en el que todos participamos. Estamos siendo alimentados con alimentos genéticamente modificados diariamente, sin conocer el impacto de estos alimentos en nuestra salud, nuestro comportamiento, o nuestros hijos. Miles de escuelas en todo el mundo, especialmente en Europa, han decidido no dejar que sus hijos sean utilizados como conejillos de indias. Se han prohibido los alimentos genéticamente modificados. El impacto de los cambios en la composición de los alimentos genéticamente modificados es sólo una de las varias razones por las cuales estos alimentos pueden resultar peligrosos. Otras razones pueden ser mucho peores (ver http://www.seedsofdeception.com). 46 Con la epidemia de obesidad y diabetes y con los resultados en Appleton, los padres y las escuelas están empezando a darse cuenta del papel crítico que desempeña la dieta. Cuando se hacen cambios en lo que comen los niños, la supresión de los alimentos genéticamente modificados debería ser una prioridad. Transgénicos, cáncer y otros males Revolución verde, agroquímicos, biotecnología moderna, transgénicos..., una misma filiación que nos lleva a la decadencia paquete tecnológico con uso intensivo de productos químico-sintéticos, dentro de los cuales destacan los abonos nitrogenados, los pesticidas de amplísima especialización y las semillas mejoradas y en la ultima década las transgénicas. El profesor W. Schuphan (1971), director del Instituto Nacional de la Investigación de la Calidad, de Geisenheim (Rhin), describe el círculo vicioso al que nos somete la agricultura de la revolución verde 'El uso exagerado de fertilizantes nitrogenados provoca un alto grado de susceptibilidad a contraer enfermedades o parásitos en las plantas alimenticias. Esto obliga a un empleo masivo de pesticidas químicos. Además el alto contenido de nitrógeno (que utiliza la agricultura convencional) reduce los minerales y las vitaminas en las plantas, tan necesarias para la salud del hombre'. A partir de ello, lo que nosotros observamos además, no sólo es un círculo vicioso, más bien, una espiral. Nitratos y cáncer La evidencia científica nos indica que existe una correlacion directa entre el consumo de alimentos, o de agua, con exceso de nitratos y la ocurrencia de cánceres gástricos y la elevada mortalidad durante los primeros días de vida de los neonatos cuando sus madres ingirieron altas cantidades de nitratos, debido principalmente a malformaciones que afectan el sistema muscular, el óseo y el nervioso central (CRIE, 2002). Los nitratos también pueden formar compuestos cancerígenos con ciertos residuos de plaguicidas, como con los dicarbamatos (fungicidas). Plaguicidas y demás males en la salud El uso de pesticidas por parte de la revolución verde ha venido generando reducción de la fertilidad masculina, enfermedades neurológicas, reducción del crecimiento, anormalidades fetales, síndrome de fatiga crónica en niños y mal de Silvia Wú Guin* y Fernando Alvarado de la Fuente** Los oncólogos estadounidenses Dr. Th. Slage y Dr. R. Shearer, del Centro de Investigación Hutchinson, en Seattle (Washington), precisaron en marzo de 1976, que el 80% de las enfermedades cancerosas en el ser humano, son causadas por los productos químicos en el ambiente y el 20% por productos químicos en los alimentos. La OMS en 2002 precisó que el número de personas que murió de cáncer alrededor del mundo,7.6 millones, fue superior a los 5.6 millones que en total murieron por VIH/SIDA, malaria y tuberculosis. El cáncer es pues actualmente, el riesgo permanente que amenaza nuestra salud. Para analizar las causas, sólo detengámonos en el dato de los expertos que indica que el 20% del cáncer es causado por los productos químicos en los alimentos. Recordemos a su vez, que el origen y el estilo de producción está marcado por varios enfoques. ¿Cuál de esos enfoques de producción revelarán atajos hacia el cáncer ¿la agricultura ecológica? ¿la 'revolución verde' con sus agroquímicos sintéticos? ¿la biotecnología 'ultra moderna' con sus semillas transgénicas?. Veámoslo por partes La revolución verde Hace 50 años que se viene impulsando la llamada 'revolucion verde', basada en un 47 Parkinson. Por supuesto, también está contribuyendo enormemente al incremento del índice de cáncer, ya que, los residuos de pesticidas están entre las tres mayores causas de cáncer. Las mujeres con cáncer de mamas tienen cinco a nueve veces más frecuencia de tener residuos de pesticidas en su sangre que aquéllas que no. Estudios previos demostraron que aquéllas con exposición laboral a pesticidas tienen tasas más altas de cáncer. Por su parte, el gobierno británico encontró residuos de pesticidas en un tercio de los alimentos y más grave aún, más de un agroquímico en manzanas, pan, lechugas, papas y fresas; el uso de más de un agroquímico potencia los efectos adversos. La revolución verde y la biotecnología moderna de los transgénicos Los defensores de los transgénicos podrían sentirse aliviados porque sólo hemos referido las consecuencias de la primera etapa de la revolución verde, las que ya no se pueden acallar ni ocultar pues al cabo de más de 40 años la suma de evidencias es abrumadora, los daños cuantiosos y hasta los científicos pro-transgénicos aceptan esta realidad. Así por ejemplo, en una entrevista periodística aparecida en el diario oficial El Peruano (5 agosto 2008), un conocido científico asegura que 'No hay debates sobre los fertilizantes y los insecticidas químicos. Tenemos manzanas bellas, pero llevan insecticida dentro,... lo cual es probadamente dañino y produce cáncer'. Lo peculiar de la entrevista no radica en que los científicos admitan ahora el perjuicio de los agroquímicos sintéticos, lo singular es que traten de hacer un deslinde entre agroquímicos sintéticos y transgénicos como si tuvieran un origen distinto y una perspectiva diferente. Lo verídico es que agroquímicos sintéticos y transgénicos comparten una misma genealogía y, es nuestro deber difundirlo. Las semillas transgénicas basan su visión en el mismo sistema impulsado por la revolución verde de los años 50, esto es, el uso de fertilizantes y pesticidas químicos de síntesis. Sólo han variado las semillas mejoradas por las semillas transgénicas; todo lo demás sigue siendo válido, aunque pretendan decir que se usará menos. Compartiendo los mismos progenitores, los estudios demuestran que los alimentos transgénicos son inclusive más peligrosos, pues las características de su resistencia no son externas, sino han sido incorporadas al interior de su mapa genético. Así, la semilla transgénica de maíz Bt está preparada para resistir plagas porque cada una de sus células contiene el Bacillus thuringiensis, una bacteria que produce sustancias tóxicas para los insectos. En consecuencia, el uso de agroquímicos ya no sólo se restringe a las aplicaciones externas, sino están incluidas en la genética de lo que pretenden sean nuestros alimentos cotidianos En los países desarrollados en donde se consume soya transgénica se observa un incremento sustancial en las alergias a este alimento. Otra observación es la resistencia a antibióticos y, fuera del ámbito de la salud, la destrucción de la biodiversidad, la inseguridad alimentaria (ver artículo 'Los alimentos transgénicos como falsa solución al hambre' de Sacha Barrio) y el control de las semillas por unas pocas compañías se suma a la lista de consecuencias indeseables (ver artículo ‘Transgénicos: el prontuario criminal de Monsanto’, de Fernando Glenza). Según la OMS, el cáncer aumentó en 19% en todo el mundo entre 1990 y 2000, principalmente en los países en desarrollo. ¿Será porque en nuestros países cada vez usamos más agroquímicos y los países desarrollados procuran usar menos y cada vez consumen más alimentos ecológicos? La agricultura ecológica ¿Realmente no hay otra solución 48 tecnológica? En realidad sí existe y ha existido desde siempre y se llama agricultura ecológica. Si observamos el enfoque de la agricultura ecológica, ésta procura usar técnicas compatibles con las leyes de la naturaleza, prohíbe el uso de fertilizantes, pesticidas químicos de síntesis y transgénicos por lo que la exposición al peligro de enfermedades tan graves como el cáncer disminuye. A la par, los estudios científicos refieren que la calidad nutricional de los productos ecológicos es muy superior a la calidad de los productos obtenidos con la revolución verde, también denominados 'convencionales'. Esta mayor calidad biológica de los alimentos ecológicos se ha comprobado en diferentes pruebas biológicas. La más antigua se realizó en Nueva Zelanda en los años 40 (Daldy, 1940), donde se comparó el efecto de la dieta ecológica en escolares, a los cuales se les suministró estos alimentos durante dos años. Al cabo de este tiempo, se comprobó que su salud dental era mucho mejor, presentaban mayor resistencia a la fractura de huesos, la incidencia de gripe y resfriados habia disminuido notablemente, su tiempo de convalescencia era menor y su salud en general era mucho mejor. Por supuesto que esta evidencia fue negada por décadas, tal como se negó el efecto dañino del tabaco en los años 50 (ver artículo 'Tabaco y transgénicos con T de trampa', de Fernando Alvarado), dándose a conocer estudios que afirmaban 'los alimentos ecológicos tienen la misma cantidad de nutrientes que los convencionales', los cuales fueron difundidos por científicos mercenarios. A mediados de los años 70, los trabajos de Schuphan (Schuphan, W. 1975. 'Yield Maximization versus biological value'. Qual. Plant. 24, 281-310) como resultado de 12 años de investigación, mostraron que los productos ecológicos superaban a los convencionales en el contenido de proteínas (18%), vitaminas (28%), azúcares totales (19%) y en minerales, como el hierro (17%), potasio (18%), calcio (10%) y fósforo (13%). A la par, se demostró que los alimentos ecológicos nos aleja de componentes indeseables porque llevan 93% menos de nitratos, 42% menos de aminoácidos libres y 12% menos de sodio. Los estudios realizados por la Rutgers University (Heaton, 2002) de Reino Unido, prueban la superioridad de las hortalizas ecológicas en el contenido de minerales, el cual es mayor en 10 y 50 veces al contenido de aquellas convencionales que se han obtenido por la revolución verde. Otros estudios realizados en Reino Unido en 1992 concluyeron (Heaton, 2002) que una mejora en el suministro de vitaminas y minerales a través de alimentos ecológicos, podría reducir el cáncer en un 20%, las enfermedades cardiacas en un 25%, la artritis en un 50% y el alcoholismo en 33% En 2007, oficialmente, y luego de un estudio de dos años que costó 20 millones de dólares a la Unión Europea, se reafirmó que los alimentos ecológicos son mucho mejores Entre muchos resultados se dio a conocer, por ejemplo, que los alimentos ecológicos pueden tener de 20% a 90% más antioxidantes, sustancias que tienen la cualidad de ser anticancerígenas. Igualmente convincente resultan los estudios con seres humanos alimentados con productos ecológicos, los cuales demuestran efectos provechosos reales sobre su salud. Así se tiene que, las terapias alternativas para curar el cáncer han logrado buenos resultados basándose en el consumo exclusivo de alimentos orgánicos (Independent Science Report, 2007). Las terapias nutricionales anti-cáncer buscan evitar en lo posible contaminantes y toxinas, y más bien, promueven el consumo exclusivo de alimentos ecológicos para aumentar la ingesta de nutrientes. Conclusión La revolución verde dio a luz agroquímicos con el argumento de ser la salvación y el camino para la obtención de grandes 49 cantidades de alimentos; la historia ha demostrado que ni han logrado incrementar sostenidamente la producción ni –por tantohan resultado ser la salvación al hambre del mundo. La biotecnología moderna con sus transgénicos, tiene la misma raíz de origen y se presenta con el mismo argumento ¿deberíamos ser igualmente crédulos y admitir su promoción en el Perú? La buena memoria, el buen criterio y la sensatez nos lleva a recomendar y preferir el consumo de alimentos ecológicos que ya tenemos en las bioferias (Miraflores, San Isidro en Lima y, en las ciudades de Huancayo y Huánuco), también en las casas de comercio justo (K’antu, en Lima; Qosqowasinchis, en Cusco; La Casa del Corregidor, en Puno), el Punto Justo y Sano de San Borja y la BioTienda en Miraflores. Evitemos los alimentos convencionales, especialmente los más fumigados con pesticidas como el tomate, la cebolla, la papa, la manzana y la fresa. No consumamos alimentos transgénicos que predominan en los alimentos procesados con soya, maíz y canola. Finalmente, exijamos la moratoria por cinco años al ingreso de transgénicos al Perú y también, la promulgación inmediata de la Ley del etiquetado, con la cual podamos conocer aquellos alimentos que contienen transgénicos en su composición, propuesta ya presentada pero que actualmente duerme en el Congreso. Sumemos voluntades y esfuerzos, la sociedad civil es mayoría y podemos hacer valer nuestros derechos 10 agosto 2011 * Directora Ejecutiva RAE
[email protected] **Presidente Centro IDEAS, Presidente RAE bioferdi@hotmailcom Perú, Vice Perú La Verdad sobre los Transgénicos: Monsanto y Du Pont Extracto del excelente documental El Futuro de los Alimentos que trata de los alimentos transgenicos y como han sido elaborados. En El Futuro de los Alimentos se desvela como la industria biotecnológica y agroalimentaria se han unido para controlar el mercado de los alimentos. Desde que la Corte Suprema de EE.UU abrió la puerta para poder patentar organismos genéticamente modificados, las grandes empresas del sector, como Monsanto o DuPont, han utilizado sus patentes para apropiarse de todo aquello que contenga sus genes patentados. Un ejemplo terrible de como el sistema de patentes no protege el conocimiento, sino que lo privatiza. De este modo, Monsanto ha obligado a los agricultores cuyos cultivos han sido contaminados por cepas transgénicas a destruir sus reservas de semillas (o pagar la licencia por el uso de "su" tecnología), como parte de una estrategia dirigida a ir reduciendo la cuota de mercado de las semillas tradicionales, que progresivamente se irán contaminando conforme avancen los cultivos transgénicos. Paralelamente, estas empresas han ido absorbiendo a sus competidores hasta configurar un gran oligopolio en el mercado de semillas y la producción de pesticidas y fertilizantes. 50 Durante el documental se explican las técnicas invasivas de las que se sirve la ingeniería genética para obrar sus "milagros": Primero se debilitan las células receptoras y, mediante virus y bacterias, se invade el núcleo con ADN con la esperanza de que se recombine. Para separar las recombinaciones exitosas del resto se implanta también genes resistentes a un antibiótico específico, y luego se expone la muestra a dicho antibiótico. Los organismos que sobreviven son los que buscábamos, listos para introducirse en la cadena alimentaria junto a su recientemente adquirida inmunidad antibiótica. Sin embargo, estas nuevas formas de vida modificadas genéticamente no ofrecen a los consumidores ventajas sobre los alimentos tradicionales. La biotecnología desarrollada hasta la fecha se centra principalmente en beneficiar a los productores de biotecnología. Ejemplo de esto son la "tecnología terminator", que hace que las cosechas sean estériles (luego no se puede guardar parte de la cosecha para plantar la siguiente y hay que volver a comprar semillas todos los años), o los organismos que necesitan aditivos específicos (y patentados) para poder germinar (con lo cual hay que comprar los fertilizantes a la empresa que vende las semillas). ¿Qué pasará cuando estas características de organismos genéticamente modificados contaminen las cosechas tradicionales y las semillas híbridas hereden las características de su progenitor modificado? El documental también denuncia la permisividad de los gobiernos respecto a la regulación de estos organismos modificados genéticamente, y su incorporación a la cadena alimentaria. Como pasa en España con el recién creado ministerio de Agricultura y Medio Ambiente, los máximos responsables de las agencias de control gubernamental son, han sido o serán después responsables de las principales compañías de la industria agroalimentaria, y fomentan la desregulación a favor de los beneficios empresariales en vez de la regulación para proteger a la población de una tecnología que no ha sido suficientemente estudiada. Sólo de este modo se puede explicar que todavía hoy se nos niege el derecho a saber qué es lo que estamos comiendo. Las empresas se oponen, y los gobiernos permiten, que en el etiquetado no se indique qué ingredientes modificados geneticamente utilizan cada producto. No es sólo que no tengamos el derecho a elegir lo que consumimos; sin esta información no se 51 puede rastrear los efectos sobre la salud de los organismos modificados genéticamente. fuente: un electrón donado y carbono inorgánico (óxido de carbono). Obtienen los nutrientes oxidando hierro y azufre con oxígeno. Documental realizado por Le Monde Diplomatic sobre los productos transgenicos en España y todos los problemas que existen a raiz de esto como el monopolio de Monsanto. Qué es la biolixiviación? Las bacterias que ayudan en las minas Del mismo modo en que nosotros podemos procesar la glucosa del azúcar para hacer que nuestro cuerpo funcione, existen microorganismos quimiolitoautótrofos que realizan una tarea similar con los minerales normales y oxidan compuestos como el oro y el cobre. La Thiobacillus Ferrooxidans es una bacteria muy común en los residuos de las minas. Este organismo es acidófilo (le encanta el ácido) e incrementa la tasa de oxidación de pirita en los escombros de minas y depósitos de carbón. Consigue oxidar el hierro y compuestos inorgánicos de azufre. La técnica de oxidación puede ser nociva, ya que produce ácido sulfúrico, un compuesto muy corrosivo. Aun así, puede ser muy beneficiosa para obtener materiales como el cobre y el uranio. Se ha sugerido que la Thiobacillus Ferrooxidans forma relaciones simbióticas con miembros del género acidófilo, bacterias capaces de reducir el hierro. Otras especies de Thiobacillus crecen entre los sedimentos y el agua, tanto dulce como salada. Esta característica se empezó a aplicar en el campo de la minería, en el que se benefician de este tratamiento para obtener dichos metales con la ayuda de estas bacterias. La primera vez que se empleó este proceso fue en 1957, cuando se descubrió Thiobacillus Ferrooxidans en las aguas de minas de carbón. Esta arqueobacteria que vive en medios hostiles y prefiere temperaturas de 45 a 50 grados en el ambiente, se alimenta por ejemplo de hierro y azufre. Son bacterias aeróbicas y autotróficas, por lo que requieren moléculas inorgánicas como 52 Una colonia de Thiobacillus ferrooxidans. La sustancia de color rojizo es el resultado de la oxidación de hierro. La biolixiviación es el empleo de estas bacterias para solubilizar el valor metálico de minerales y concentrados sulfurados. Cuando los metales pasan a un estado soluble, se recuperan gracias a otras técnicas metalúrgicas, donde el residuo sólido se descarta Biolixiviación y lixiviación Hasta con bacterias se puede combatir la contaminación. casi siempre mezclado con otros elementos, se separa de los concentrados de otros metales o depósitos naturales que lo contienen. Lo tradicional es hacerlo con soluciones de ácidos y distintos productos químicos. Todos ellos, altamente contaminantes. En la biolixiviación (o lixiviación bacteriana) se hace el mismo proceso de separación, aunque la diferencia es que aquí se realiza con organismos vivos, en este caso, bacterias. La más conocida es la Thiobacillus ferroxidans. Lo positivo es que estas bacterias son inofensivas para el ser humano y también para el ecosistema. Estas bacterias se "alimentan" de minerales como el fierro, el arsénico o el azufre, elementos que suelen estar presentes junto a los sulfuros de cobre y que deben separarse para poder recuperar el cobre en un estado más "puro". La biolixiviación tiene la ventaja de no liberar gases tóxicos o corrosivos y requierir poca energía. En consecuencia, el impacto ambiental de la fuente energética es poco significativo y hay menos riesgos de accidentes contaminantes. APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA EN DIFERENTES SECTORES PRODUCTIVOS La biotecnología industrial es una disciplina de carácter horizontal que combina amplios conocimientos científicos y tecnológicos e implica la utilización de diversas técnicas: ADN recombinante, bioprocesos, cultivo de células y tejidos, etc. en la intervención en la solución de problemas asociados a productos y procesos de múltiples sectores de actividad: agropecuario, alimentos, textil, salud, celulosa y papel, medio ambiente, entre otros. Para ello es necesario contar con conocimientos específicos de los diferentes procesos tecnológicos y los problemas asociados que atañen a los sectores productivos en materia biotecnológica. La utilización de las biotecnologías reporta múltiples beneficios en simplificación de procesos, mejoras en la calidad de los productos, menor impacto ambiental, y ahorro de costos. También han permitido el desarrollo de nuevos productos. Por ejemplo, las tecnologías de ADN recombinante han permitido la producción de proteínas Thiobacillus ferroxidans es el nombre de esta bacteria, inofensiva para el ser humano. Su rol es reemplazar a ciertos ácidos y productos químicos potencialmente contaminantes, en el proceso productivo del cobre y otros minerales. El chancado es la etapa en la que grandes máquinas reducen el tamaño del cobre extraído en la mina a porciones cada vez más pequeñas y compactas, de no más de 1,5 pulgadas, dicho material se ordena apilándolo. Posterior al chancado, el siguiente paso dentro de la producción cuprífera para trabajar el cobre oxidado (o sea, combinado con oxígeno) es la lixiviación. La lixiviación es el proceso por el cual el mineral, que en la naturaleza se encuentra 53 terapéuticas, que serían económicamente inviables de obtener por métodos extractivos. • La biotecnología y los alimentos • La biotecnología y la industria textil • La biotecnología y la salud • La biotecnología y la industria del papel • La biotecnología y el medio ambiente • La biotecnología y la energía • La biotecnología y la química • La biotecnología y el agro • La biotecnología y los animales • La biotecnología y los alimentos La biotecnología relacionada con el sector de alimentos es la más tradicional, los más conocidos son los procesos de fermentación en productos panificados, bebidas alcohólicas (vino, cerveza) y lácteos (quesos, yogures). Los cultivos microbianos asociados a estos tienen una larga tradición de utilización y pueden ser mejorados utilizando métodos de ingeniería genética. Estas modificaciones pueden introducir cambios deseados en los productos mejorando por ejemplo parámetros de calidad sensorial, la capacidad para producir compuestos antimicrobianos, etc. Diferentes enzimas naturales y recombinantes se aplican en procesos y productos alimenticios: - en la industria del almidón y del azúcar, en la fabricación de jarabes de glucosa y fructuosa de maíz y dextrosa; - en la producción de quesos, para romper la caseína de la leche y permitir su coagulación, para resaltar el sabor y para acelerar la maduración; - para la elaboración de leche deslactosada; - en panificación, para blanquear la harina, facilitar la acción de la levadura, mejorar la estructura de la masas, etc; - en la clarificación de jugos de frutas, para evitar su turbidez; - para la optimización del proceso de extracción y refinación de aceites; - en enología, para acelerar el tiempo de prensada, acelerar el proceso de maduración, la liberación de aromas, y mejorar el color y sabor. También para remover la urea producto de la fermentación y (urea) y contrarrestar los beta glucanos producidos por Botrytis cinerea; - en la industria de la carne, para favorecer su tiernización, facilitar la remoción de la carne de los huesos y en la producción de hidrolizados de proteínas, - en la elaboración de cerveza, para evitar su enturbiamiento durante el almacenamiento. Los aportes que las biotecnologías han realizado en los últimos años a procesos y productos de la industria alimentaria incluyen: - Productos con mayor valor nutricional y organoléptico (nutrientes, poder antioxidante, etc.) - Nuevos alimentos funcionales para la prevención de enfermedades según los diferentes grupos de consumidores (alimentos hipoalergénicos, para diabéticos, etc.) - Nuevas fuentes de materias primas (algas, invertebrados, etc.) por medio de la introducción y expresión de genes específicos que incrementan el contenido de sustancias de interés para la industria alimentaria (pigmentos, proteínas, etc.) - Uso de biosensores para control de procesos (PH, detección de contaminantes, etc.) - Enzimas con características específicas (termorresistentes, mayor velocidad de reacción) para su utilización en procesos de fermentación en distintos sectores. • La biotecnología y la industria textil y curtiembre. El uso de enzimas en la industria textil ha tenido un fuerte impacto en los procesos productivos, en la producción de hebra; el hilado, tejido; acabado y fabricación del producto. En la industria textil las enzimas se pueden aplicar tanto al tratamiento de fibras proteicas naturales (lana y seda), como en fibras celulósicas (algodón, lino y cáñamo) y en fibras sintéticas. Algunas de las enzimas utilizadas son las amilasas, para el tratamiento de la fibra, actúan extrayendo el almidón que la recubre (proceso llamado desengomado), las pectinasas para extraer pectinas de la pared de las células primarias del algodón, las lipasas para el desgrasado de las fibras, las catalasas para descomponer en oxígeno y agua el peróxido de hidrógeno residual después del blanqueo de las fibras de algodón, las peroxidasa para eliminar los restos de peróxido de hidrógeno utilizados en la etapa de blanqueo, las celulasas para hacer a los tejidos más lisos y blandos, las lacasas para la oxidación de colorantes fenólicos utilizados en la preparación de telas para jeans. 54 En el proceso de elaboración del cuero las enzimas son utilizadas en los procesos de remojo, pelambre enzimático y rendido o purga (lipasas, proteasas) • La biotecnología y la salud En el área de la salud humana, la biotecnología tiene diversas aplicaciones. - Nutrición y salud. La biotecnología moderna puede contribuir a paliar los problemas de desnutrición, atenuando al menos las carencias nutricionales y mejorando la salud de las personas afectadas. También puede contribuir a solucionar problemas específicos que afectan a grupos de personas, como es el caso de determinadas alergias o enfermos diabéticos, o reducir el contenido de compuestos tóxicos en productos de consumo habitual en la población. - Diagnóstico. Una de las aplicaciones de mayor impacto de la tecnología del ADN es el desarrollo de nuevas técnicas para diagnóstico clínico. Esto ha permitido contar con tecnologías más eficientes para el reemplazo de las pruebas serológicas clásicas, y nuevos métodos para el diagnóstico de enfermedades infecciosas y genéticas. Entre éstas se encuentran: ▫ las técnicas de base inmunológica basadas en la reacción antígeno-cuerpo. Los anticuerpos monoclonales tienen la propiedad de unirse al antígeno de forma muy específica con lo cual los métodos de análisis y diagnóstico desarrollados a partir de ellos son muy precisos (técnica ELISA, citometría de flujo, inmunofluorescencia, etc.) ▫ las técnicas de base genética como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) que permite amplificar pequeñas fracciones de ADN para su posterior análisis. - Biofármacos. Entre los biofármacos, se encuentran aquellos que cumplen una función de reemplazo de moléculas naturales como en el caso de hormonas, interferones, factores de coagulación sanguínea, etc y medicamentos de diseño como la estreptoquinasa, la uroquinasa, los anticuerpos monoclonales y los antígenos para inmunoterapias. - Vacunas. La tecnología de ADN recombinante han permitido el surgimiento de una nueva generación de vacunas: las vacunas recombinantes y las vacunas de ADN. En las vacunas recombinantes, los genes que codifican para las proteínas que provocan la respuesta inmune (el antígeno) son aislados y clonados y se introducen mediante técnicas de ingeniería genética en un huésped alternativo no patógeno (bacterias, levaduras o células de mamíferos) para que lo produzca en cantidad en el laboratorio. En las nuevas vacunas de ADN desnudo se utiliza una porción de ADN purificado que codifique para la proteína que estimula la respuesta inmune. El gen se introduce directamente en el individuo y son las propias células del individuo las que sintetizan el antígeno. También se aplican técnicas de ingeniería genética para eliminar o inactivar selectivamente, los genes de virulencia de un agente infeccioso manteniendo la habilidad de provocar una respuesta inmune. - Nuevos antibióticos. A partir de la identificación de sustancias producidas por microorganismos, plantas y animales con propiedades antibióticas con relevancia clínica, es posible incrementar su acción antibiótica, alterando su composición molecular. - Nuevos tratamientos. Las inmunoterapias se basan en el control de la respuesta inmune a través de la aplicación de anticuerpos monoclonales para la prevención de enfermedades virales, en el tratamiento de enfermedades autoinmunes y contra el cáncer, para reducir la respuesta inmune evitando el rechazo al transplante, etc. Las terapias génicas buscan inhibir la expresión de un gen o la inactivación de su producto o sustituir un gen inactivo por una copia funcional que se exprese y sintetice la proteína necesaria. • La biotecnología y la industria del papel La utilización de tecnologías enzimáticas en la industria de pulpa y papel tiene amplias perspectivas a futuro; en la medida que se avance en las investigaciones, su incorporación puede traer aparejado importantes beneficios en cuanto a mejoras en productos y procesos; reducción de costos y disminución del impacto ambiental (menores requerimientos de energía y químicos) Las aplicaciones más frecuentes se dirigen a: ▫ La reducción del uso de agentes químicos contaminantes en la etapa de pre blanqueo. (xilanasas) ▫ Blanqueamiento de pulpa. (xilanasas; celulasas) 55 ▫ Reciclado de fibras. (endoglucanasas para mejorar la velocidad de drenaje de fibras recicladas; celulasas para incrementar la densidad de la hoja de papel y reducir su rusticidad; alfa amilasas para mejorar las propiedades del drenaje y para el destintado de fibras recicladas, etc.). ▫ La disminución de residuos y contaminantes en el proceso de reciclado. (esterasas para el control de stickies, amilasas y proteasas para la remoción del lodo; lipasas para controlar la acumulación de lodo). ▫ Modificación de fibras. (celulasas para incrementar la flexibilidad de las fibras, celulasas, xilanasas y lacasas para incrementar la densidad de las hojas, etc.) ▫ Tratamiento de efluentes de la industria (enzimas y biodispersantes) • La biotecnología y el medio ambiente Las biotecnologías pueden cumplir un importante rol en el cuidado del ambiente desde sus posibilidades de prevenir y remediar los problemas ambientales derivados de las actividades productivas. Tecnologías más limpias. Las “biotecnologías blancas” buscan reemplazar las tecnologías contaminantes en procesos industriales disminuyendo a la vez la emisión de residuos. Por ejemplo, las tecnologías enzimáticas permiten reemplazar o reducir la utilización de sustancias químicas agresivas con el ambiente en procesos mas limpios y seguros. - Biorremediación. Consiste en la utilización de microorganismos, enzimas, hongos o plantas especializados capaces de degradar deshechos peligrosos para remover los contaminantes orgánicos (efluentes y residuos sólidos domésticos e industriales, petróleo, pesticidas, etc.), inorgánicos (mercurio, plomo, cobre, cianuros, etc.) y gaseosos (metanos, compuestos volátiles, etc.) del medio ambiente. A partir de la modificación genética es posible incrementar su capacidad de degradación de los contaminantes. • La biotecnología y la energía Un área de gran relevancia y rápido desarrollo de la biotecnología es la producción de energía a partir de recursos renovables (biomasa) para generar fuentes de energías limpias, base de un desarrollo sustentable. Entre los combustibles de origen biológico se encuentran: ▫ Bioetanol. El bioetanol se obtiene a partir de la fermentación de la biomasa. La producción biotecnológica de etanol se basa en la acción fermentativa de las levaduras sobre un sustrato adecuado. Se ha empleado la ingeniería genética para obtener microorganismos más productivos y tolerantes al etanol, o capaces de fermentar diferentes materias primas. ▫ Biodiesel. El biodiesel se produce por transformación química de aceites vegetales. El biodiesel es un combustible formado por ésteres (etílicos o metílicos) producidos a partir de la reacción química entre aceites vegetales y el alcohol. El biodiesel puede usarse sólo o mezclado con biodiesel convencional. ▫ Biogas. El gas producido por la digestión microbiana de la materia orgánica en un biorreactor (o biodigestor) pueden ser utilizado como fuente de energía térmica, eléctrica o como combustible para transporte automotor. El proceso fermentativo (biodigestión) se desarrolla sobre residuos rurales, agro-industriales, domésticos, municipales y sobre plantas. Una vez finalizado el proceso de biodigestión, el biogas puede usarse directamente o almacenarse tanto para consumo doméstico como para generar energía eléctrica. También puede purificarse y ser almacenado para su utilización en el encendido de motores de automóviles. • La biotecnología y la química La biotecnología se puede utilizar para reemplazar la síntesis química por microorganismos capaces de realizar la secuencia de reacciones necesarias entre el sustrato y el producto final. La fermentación es utilizada corrientemente en procesos de producción farmacéutica, agroquímica, de aditivos alimentarios, aminoácidos, vitaminas y enzimas. Además, el mejoramiento de las cepas industriales por ingeniería genética permite aumentar la eficiencia de los procesos biotecnológicos y obtener productos nuevos. Los biotecnólogos han focalizado su atención sobre productos clásicos de la industria química como los plásticos. Los plásticos convencionales representan un problema ambiental desde el momento en que son obtenidos a partir de combustibles fósiles y no son biodegradables. Por esto la búsqueda se ha orientado al desarrollo de plásticos biodegradables a partir de materias primas renovables, derivadas de plantas y bacterias 56 (plásticos a partir de almidón, bacterias o plantas modificadas genéticamente). • La biotecnología y el agro Las técnicas de ingeniería molecular aplicadas al mejoramiento de cultivos y las biotecnologías incorporadas al manejo agrícola permiten un importante incremento en la productividad y la extensión de las fronteras agrícolas de manera ambientalmente sustentable. Los aportes de la biotecnología al agro incluyen técnicas de cultivo y propagación; nuevas variedades (organismos genéticamente modificados); biocidas y biofertilizantes, métodos de detección de enfermedades y plagas, etc. - Técnicas de cultivo y propagación. Se conoce como micropropagación al conjunto de técnicas y métodos de cultivo de tejidos utilizados para la multiplicación asexual de plantas. La micropropagación se utiliza principalmente para multiplicar plantas nuevas (creadas por ejemplo por ingeniería genética) o para obtener plantas libres de enfermedades. La multiplicación vegetativa puede realizarse por métodos relativamente sencillos como la propagación por gajos o por técnicas más complejas como el cultivo in vitro o la propagación por apomixis (propagación por semilla sin fecundación de la gameta femenina, dando lugar a plantas genéticamente iguales a la planta madre) - Nuevas variedades. Tradicionalmente en el agro se han aplicado técnicas de mejoramiento de cultivos: cruzamiento selectivo entre diferentes variedades vegetales para obtener nuevas variedades de mayor rendimiento, hibridación. Hoy en día, las técnicas de ingeniería genética permiten saltar las barreras entre especies y obtener plantas mejoradas en sus propiedades agronómicas, o en su calidad nutricional o industrial: ▫ Plantas tolerantes a herbicidas, de amplio espectro que asociados a sistemas de siembra directa evitan las tareas de labranza que erosionan los suelos. ▫ Plantas resistentes a enfermedades y plagas, como el algodón BT y el maíz BT a las que se les ha transferido el gen que codifica para una toxina proveniente de Bacillus thurigiensis que provoca la muerte de las larvas de insectos. ▫ Plantas tolerantes a estrés abiótico que pueden sobrevivir mejor en suelos salinos, a bajas temperaturas o en climas con lluvias escasas. ▫ Plantas con calidad nutricional mejorada: puede implicar el mejoramiento de la calidad de la planta como alimento (por ejemplo modificación en la proporción de nutrientes y vitaminas), la reducción de alérgenos, la modificación del tiempo de conservación, de las características organolépticas, etc. Por ejemplo, el arroz dorado es una variedad de arroz a la que se le han introducido dos genes provenientes del genoma del narciso y otro gen bacteriano. Estos genes codifican pasos de la ruta de síntesis de la provitamina A, lo que las variedades convencionales de arroz no tienen. Este arroz con provitamina A, permitiría paliar en gran medida los problemas de avitaminosis. ▫ Plantas con propiedades nuevas: desarrolladas para trabajar como biofábricas produciendo fármacos, vacunas y plásticos. Por ejemplo, la producción de anticuerpos monoclonales humanos para combatir el virus de la hepatitis B (VHB) a partir de células transgénicas de la planta del tabaco. - Biofertilizantes: Bacterias como Rhizobium (presente en los suelos agrícolas) son utilizadas como biofertilizantes para facilitar la asimilación de nitrógeno en los cultivos de leguminosas. La inoculación de las semillas antes de la siembra con bacterias y otros ingredientes permiten aumentar su población y, en consecuencia, la capacidad de fijación de nitrógeno atmosférico. De esta manera se reduce la necesidad de aplicar fertilizantes nitrogenados evitando la contaminación asociada. - Biocontrol: Los métodos de control biológico de plagas y enfermedades incluyen la utilización de microorganismos como Azotobacter, bacterias del género Bacillus y Streptomyces que compiten por los nutrientes con los patógenos u otorgan resistencia a las plantas, por su capacidad de producir sustancias con propiedades antimicrobianas. El Bacillus thuringiensis (BT) produce unos cristales constituidos por proteínas que tienen propiedades insecticidas. Estas endotoxinas forman parte de formulaciones comerciales de bioinsecticidas. • La biotecnología y los animales En esta área, las biotecnologías se aplican tanto a la producción animal (acuicultura, piscicultura, marcadores de mejora, Organismos Geneticamente Modificados – OGMs-, feromonas, técnicas reproductivas) como a la alimentación y salud de los animales. 57 - Producción animal. La ingeniería genética permite modificar genéticamente animales transfiriéndose genes de una especie a otra diferente, integrarse a su genoma, ser funcional y transmitirse a la descendencia. La transgénesis animal puede tener objetivos diversos como el estudio de enfermedades humanas; como fuente de tejidos y órganos para transplantes en humanos, el mejoramiento del ganado (aumento de la tasa de crecimiento corporal, modificación de la relación carne/grasa, resistencia a enfermedades, etc.) o la producción de moléculas de interés para diferentes industrias, como la farmacéutica, la alimenticia, la química, etc. Proteínas recombinantes de interés farmacológico se obtienen a partir de la leche de animales transgénicos de granja (ovejas, vacas, cerdos, cabras, etc.). De esta manera, las proteínas se pueden producir en grandes cantidades, su purificación es relativamente sencilla, su producción no interfiere con la biología del animal y tanto su impacto ambiental como su costo es muy bajo. Una vez obtenido el animal transgénico, éste puede ser clonado para obtener una descendencia importante genéticamente idéntica que producirá también la nueva molécula de interés. Entre los animales transgénicos utilizados para la producción de proteínas de interés farmacológico se encuentran ovejas transgénicas que producen la proteína alfa1proteinasa así como los factores de coagulación VII y IX y vacas que producen la hormona de crecimiento humano. - Alimentación y salud animal. Técnicas biológicas aplicadas a ensayos de diagnósticos y vacunas para patologías animales; suplementación con enzimas (amilasas, beta-glucanasas, xylanasas) para mejorar la digestibilidad de las mezclas nutricionales para animales, empleo de fitasas exógenas para mejorar la biodisponibilidad de fósforo en las dietas. Depuración de aguas residuales MINIGLOSARIO: Aguas residuales: Aguas utilizadas en las viviendas, industria y agricultura que se canalizan en el alcantarillado junto con el agua de lluvia y la que discurre por las calles. Balsas de activación: Tanques que reciben el efluente de los decantadores primarios para el tratamiento biológico aerobio en e proceso de fangos activos. DBO5: Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días). Cantidad de oxígeno utilizado por una mezcla de población de microorganismos heterótrofos para oxidar compuestos orgánicos en la oscuridad a 20ºC durante 5 días. Desbaste: Sistema de rejas y tamices donde quedan retenidos los flotantes y residuos gruesos que arrastra consigo el agua “bruta” o influente en las estaciones regeneradoras. Digestión anaerobia: Tratamiento biológico anóxico del fango procedente de los decantadores secundarios y primarios previo a su secado y eliminación, y que se desarrolla con la producción de gas, fundamentalmente metano. ERAR: Estación Regeneradora de Aguas Residuales. Plantas de tratamiento de las aguas residuales. Eutrofización: Aumento de nutrientes en el agua que, en general, conlleva un excesivo desarrollo de algas y microorganismos consumidores de oxígeno que afectan principalmente a la vida de la fauna acuática habitual. Flóculo: Unidad ecológica y estructural del fango activo formada por una agrupación de bacterias y otros microorganismos que permiten la oxidación de la materia orgánica en las balsas de activación. 58 Licor de mezcla: Homogeneizado del agua residual con los flóculos bacterianos para el tratamiento biológico. Sintrofía: Situación nutricional en la que dos o más organismos combinan sus capacidades metabólicas para catabolizar una sustancia que no puede ser catabolizada individualmente por ninguno de los dos. 1. Contextualización. “El agua se contamina al ser usada” Cada vez que hacemos uso del cuarto de baño “condenamos” una media de 10-20 litros de agua, en la mayoría de los casos potable, a convertirse en agua residual negra que podría llegar a constituir un problema medioambiental serio, no solo por el hecho de verter estas aguas contaminadas a los cauces de los ríos, sino también por el poco aprovechamiento de ese agua para otros usos, ocasionándose una pérdida de energía y económica. Se denominan aguas residuales, por tanto, las que han sido utilizadas en las viviendas, en la industria, en la agricultura y en los servicios, pudiéndose incluir también las que proceden de lluvia y discurren por las calles y espacios libres, por los tejados, patios y azoteas de los edificios. Estas aguas residuales producidas en la vida diaria deben ser transportadas y tratadas adecuadamente. Se necesita una infraestructura compuesta de alcantarillas y colectores, y de unas instalaciones denominadas Estaciones de Regeneración de Aguas Residuales (ERAR) que, en un conjunto, posibiliten la devolución del agua al medio ambiente en condiciones compatibles con él. 59 60 61 2. Introducción ¿Porqué necesitamos una ERAR? Cuando un vertido de agua residual sin tratar llega a un cauce produce varios efectos sobre él: Tapiza la vegetación de las riberas con residuos sólidos gruesos que lleva el agua residual, tales como plásticos, utensilios, restos de alimentos, etc. Acumulación de sólidos en suspensión sedimentables en fondo y orillas del cauce, tales como arenas y materia orgánica. Consumo del oxígeno disuelto que tiene el cauce por descomposición de la materia orgánica y compuestos amoniacales del agua residual. 62 Formación de malos olores por agotamiento del oxígeno disuelto del cauce que no es capaz de recuperarse. Entrada en el cauce de grandes cantidades de microorganismos entre los que pueden haber elevado número de patógenos. Contaminación por compuestos químicos tóxicos o inhibidores de otros seres vivos. Posible aumento de la eutrofización al portar grandes cantidades de fósforo y nitrógeno. La depuración de las aguas residuales persigue una serie de objetivos: Reducir al máximo la contaminación. Proteger el medio ambiente. Mantener la calidad de vida de los individuos. Ahorrar energía. Aprovechar los residuos obtenidos. Para poner de manifiesto la importancia del saneamiento y depuración de aguas residuales nos vamos a centrar en Madrid, la ciudad de España, y una de las de Europa, con el mejor sistema de saneamiento de aguas negras, teniendo asegurado prácticamente el tratamiento del 100% de las aguas residuales que produce. Para ello, se cuenta con 7 ERAR principales (una 8ª está en construcción) y con más de 60 secundarias. Este sistema de saneamiento cuenta con más de 3000 km de red de alcantarillado, de los cuales, el 40% son visitables. Las aguas urbanas son transportadas a los colectores primarios, y de aquí a las ERAR, para tratar al año 530 millones de m3 de agua, a más de 18 m3 por segundo. En general, puede considerarse que el consumo de agua por habitante y día oscila entre 250 y 300 litros. Cualquiera de las 7 ERAR principales de Madrid poseen tres líneas básicas para su funcionamiento: agua, fango y gas, pudiendo disponer, en algunos casos, de una línea complementaria de aire destinada a la eliminación de olores. En todas estas plantas de tratamiento, conforme llegan las aguas negras el proceso de línea de agua comienza por un tratamiento previo de desbaste, desarenado y desengrasado, seguido por el tratamiento primario de decantación. A continuación se realiza el tratamiento secundario, de tipo biológico, por fangos activados en balsas de aireación en las que se inyecta aire por medio de turbinas o soplantes. Este proceso es seguido por una posterior decantación secundaria y, en caso necesario, ser complementado con un proceso de cloración con el que termina la regeneración del agua residual. En la línea de fangos se trata el resultado de los decantadores primarios y secundarios, el cual es espesado y sometido a un proceso biológico de digestión anaerobia. A continuación pasa por un proceso de acondicionamiento químico con reactivos y se procede a su secado mecánico. El fango, ya acondicionado y seco, queda preparado para su retirada y posterior compostaje, que permitirá su utilización como abono agrícola. Durante el proceso de digestión de fangos se produce un gas biológico rico en metano que puede alimentar motogeneradores y producir energía eléctrica. En el año 1996 se produjeron 51 millones de Kwh entre todas las plantas de Madrid. 3. Procesos en la Depuración y Regeneración de Aguas Residuales Las instalaciones de tratamiento biológico de aguas residuales, tanto urbanas como industriales, suelen estar formadas por una sucesión de procesos físico-químicos y biológicos tanto aerobios 63 como anóxicos (vía anaerobia) complementarios entre sí que permiten realizar una depuración integral en las mejores condiciones técnicas y económicas posibles. ¿Cómo se evalúa que una planta depuradora funciona?. Los objetivos de una ERAR son: Eliminación de residuos, aceites, grasas, flotantes o arenas y evacuación a punto de destino final adecuado. Eliminación de materias decantables orgánicos y/o inorgánicos. Eliminación de compuestos amoniacales y que contengan fósforo. Transformar los residuos retenidos en fangos estables y que éstos sean correctamente dispuestos. La eficacia de un proceso de tratamiento se expresa en términos de tanto por ciento de disminución de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), una medida de la cantidad de oxígeno disuelto consumido por los microorganismos para la oxidación de materia orgánica e inorgánica. Cuanto mayor es el nivel de materiales oxidables orgánicos e inorgánicos, más elevada es la DBO y peor es la calidad del agua. Una planta de tratamiento de aguas residuales que funcione bien, puede eliminar el 95% o más de la DBO inicial. Según el grado de complejidad y tecnología empleada, las ERAR se clasifican como: a) Convencionales. Se emplean en núcleos de población importantes y utilizan tecnologías que consumen energía eléctrica de forma considerable y precisan mano de obra especializada. b) Tratamientos blandos. Se emplean en algunas poblaciones pequeñas y alejadas de redes de saneamiento. Su principal premisa es la de tener unos costos de mantenimiento bajos y precisar de mano de obra no cualificada. Su grado de tecnificación es muy bajo, necesitando poca o nula energía eléctrica. En el presente tema nos vamos a centrar en el primer tipo de ERAR, aunque mencionaremos otros procesos alternativos. Convencionalmente, los procesos de una ERAR se agrupan en: Línea de aguas: Pretratamiento, Tratamiento primario, secundario y terciario. Línea de fangos: Espesamiento, Digestión, Acondicionamiento, Secado y Eliminación. Línea de gas: Producción de metano. 3.1. Línea de aguas 64 65 66 67 68 69 3.1.1. Pretratamiento En toda ERAR resulta necesaria la existencia de un tratamiento previo o pretratamiento que elimine del agua residual aquellas materias que pueden obstruir las bombas y canalizaciones, o bien interferir en el desarrollo de los procesos posteriores. Con el pretratamiento se elimina la parte de polución más visible: cuerpos voluminosos, trapos, palos, hojas, arenas, grasas y materiales similares, que llegan flotando o en suspensión desde los colectores de entrada. Una línea de pretratamiento convencional consta de las etapas de desbaste, desarenado y desengrasado. El desbaste se lleva a cabo mediante rejas formadas por barras verticales o inclinadas, que interceptan el flujo de la corriente de agua residual en un canal de entrada a la estación depuradora. Su misión es retener y separar los sólidos más voluminosos, a fin de evitar las obstrucciones en los equipos mecánicos de la planta y facilitar la eficacia de los tratamientos posteriores. Estas rejas pueden ser de dos tipos: entre 50 y 150 mm de separación de los barrotes (desbaste grueso) y entre 10 y 20 mm (desbaste fino). Estas rejas disponen de un sistema de limpieza que separa las materias retenidas. Las instalaciones de desarenado se sitúan en las ERAR después del desbaste y tienen como objetivo el extraer del agua bruta las partículas minerales de tamaño superior a uno fijado en el diseño, generalmente 200 micras. El funcionamiento técnico del desarenado reside en hacer circular el agua en una cámara de forma que la velocidad quede controlada para permitir el depósito de arena en el fondo. Normalmente, esta arena sedimentada queda desprovista casi en su totalidad de materia orgánica y es evacuada, mediante bombas, al clasificador de arenas y, posteriormente, a un contenedor. La fase de desengrasado tiene por objeto eliminar las grasas, aceites y en general los flotantes, antes de pasar el agua a las fases posteriores del tratamiento. El procedimiento utilizado para esta operación es el de inyectar aire a fin de provocar la desemulsión de las grasas y su ascenso a la superficie, de donde se extraen por algún dispositivo de recogida superficial, normalmente rasquetas, para acabar en contenedores.. 70 En muchas ERAR, las fases de desarenado y desengrasado se verifican en la misma cámara, en una instalación combinada. Otros elementos del pretratamiento son el Aliviadero y el Medidor de Caudal. El primero permite que la planta funcione siempre según el caudal del proyecto y, conjuntamente con el medidor del caudal, permite controlar la cantidad de agua que entra en la planta. 3.1.2. Tratamiento Primario Se entiende por tratamiento primario a aquel proceso o conjunto de procesos que tienen como misión la separación por medios físicos de las partículas en suspensión no retenidas en el pretratamiento. El proceso principal del tratamiento primario es la decantación, fenómeno provocando por la fuerza de gravedad que hace que las partículas suspendidas más pesadas que el agua se separen sedimentándose. Normalmente, en decantadores denominados dinámicos, los fangos son arrastrados periódicamente hasta unas purgas mediante unos puentes móviles con unas rasquetas que recorren el fondo. En los denominados decantadores circulares, inmensos, el agua entra por el centro y sale por la periferia, mientras que los fangos son arrastrados hacia un pozo de bombeo de donde son eliminados por purgas periódicas. Otros procesos de tratamiento primario incluyen el mecanismo de flotación con aire, en donde se eliminan sólidos en suspensión con una densidad próxima a la del agua, así como aceites y grasas, produciendo unas burbujas de aire muy finas que arrastran las partículas a la superficie para su posterior eliminación. El tratamiento primario permite eliminar en un agua residual urbana aproximadamente el 90% de las materias decantables y el 65% de las materias en suspensión. Se consigue también una disminución de la DBO de alrededor del 35%. 3.1.3. Tratamiento Secundario Su finalidad es la reducción de la materia orgánica presente en las aguas residuales una vez superadas las fases de pretratamiento y tratamiento primario. El tratamiento secundario más comúnmente empleado para las aguas residuales urbanas consiste en un proceso biológico aerobio seguido por una decantación, denominada secundaria. El proceso biológico puede llevarse a cabo por distintos procedimientos. Los más usuales son el proceso denominado fangos activos y el denominado de lechos bacterianos o percoladores. Existen otros procesos de depuración aerobia de aguas residuales empleados principalmente en pequeñas poblaciones: sistema de lagunaje, filtros verdes, lechos de turba o contractores biológicos rotativos. Son las llamadas tecnologías blandas, pero nosotros nos vamos a centrar en los dos primeros. 3.1.3.1. Fangos (lodos) activos Consiste en un proceso continuo en el que el agua residual se estabiliza biológicamente en tanques o balsas de activación, en las que se mantienen condiciones aerobias. El efluente de los decantadores primarios pasa a estas balsas de fangos activos que necesitan un aporte de oxígeno para la acción metabólica de los microorganismos que más tarde describiremos. Este aporte se efectúa mediante turbinas o bien a través de difusores dispuestos en el interior de la balsa. En este último caso, el suministro del aire se realiza mediante turbocompresores. El sistema consiste en desarrollar un cultivo bacteriano disperso en forma de flóculo (los analizaremos más tarde) alimentado con el agua a depurar. La agitación evita sedimentos y homogeniza la mezcla de los flóculos bacterianos y el agua residual (licor de mezcla). Después de un tiempo de contacto suficiente, 5-10 horas, el licor de mezcla se envía a un clarificador (decantador secundario) destinado a separar el agua depurada de los fangos. Un porcentaje de 71 estos últimos se recirculan al depósito de aireación para mantener en el mismo una concentración suficiente de biomasa activa. Se tiene que garantizar los nutrientes necesarios para que el sistema funcione correctamente. Estos son principalmente el nitrógeno y el fósforo. Una vez que los influentes han pasado por estos tanques de aireación y digestión bacteriana, los efluentes pasan por los decantadores secundarios. Estos decantadores constituyen el último escalón en la consecución de un efluente bien clarificado, estable, de bajo contenido en DBO y sólidos en suspensión (menos del 10 % en comparación con el influente). Aunque el tratamiento biológico reduce la DBO del agua efluente un 75-90%, la del fango se reduce en mucha menor medida, por lo que suele ser necesario el posterior tratamiento de dichos fangos. Para que se verifique el proceso, debe haber un equilibrio entre los microorganismos que se mantienen en el reactor y el alimento contenido en el agua residual, por lo que es necesario regular el caudal de fangos que se introduce en la balsa de activación en función de la cantidad de alimento que entra con el agua residual. 3.1.3.2. Lechos bacterianos Son tanques circulares rellenos de piedras o materiales sintéticos formando un filtro con un gran volumen de huecos, destinado a degradar biológicamente la materia orgánica del agua residual. El agua a tratar se rocía sobre el lecho filtrante, mediante un brazo giratorio, provisto de surtidores, y da lugar a la formación de una película que recubre los materiales filtrantes y que está formada por bacterias, protozoos y hongos alimentados por la materia orgánica del agua residual. Al fluir el agua residual sobre la película, la materia orgánica y el oxígeno disuelto son extraídos de ésta. El oxígeno disuelto en el líquido se aporta por la absorción del aire que se encuentra entre los huecos del lecho. El material del lecho debe tener una gran superficie específica y una elevada porosidad, y suelen emplearse piedras calizas, gravas, escorias o bien materiales plásticos artificiales de diversas formas. Este sistema de depuración se suele emplear en pequeñas poblaciones y tiene la ventaja con respecto a los fangos activos que no necesita aporte alguno de energía. 72 73 74 75 3.1.4. Principales microorganismos del fango activo. El mecanismo general del sistema de fangos activos viene representado por la siguiente reacción biológica: Materia Orgánica + Microorganismos + O2 ⇒ CO2 + H2O + NH3/NH4+ + Microorganismos + Energía La biodegradación (oxidación de la materia orgánica disuelta en el agua) la llevan a cabo los microorganismos presentes en la balsa de activación que forman el flóculo. El flóculo individual es la unidad ecológica y estructural del fango activo, y constituye el núcleo alrededor del cual se desarrolla el proceso de depuración biológica. El tamaño medio del flóculo oscila entre las 100 y 500 micras. A medida que aumenta el tamaño del flóculo, el oxígeno en su interior disminuye, y se pueden formar zonas de anoxia donde pueden crecer bacterias anaerobias metanogénicas y que pueden arrancar el proceso de digestión anaerobia de fangos, como veremos más adelante. En el flóculo de fangos activos existen 2 componentes denominados biológico y no biológico. El componentes biológico principal está constituido por una amplia variedad de microorganismos: Bacterias: Es el componente principal y fundamental del flóculo. Básicamente son heterótrofas: Bacilos Gram negativos del grupo de las Pseudomonas como Zoogloea (principalmente la especie ramigera); Pseudomonas o Comamonas; bacterias filamentosas sin septos como Flavobacterium-Cytophaga; o proteobacterias oxidantes del hidrógeno como Alcaligenes (con capacidad desnitrificante). Entre las bacterias Gram positivas se pueden encontrar: Arthrobacter (corineformes con morfogénesis coco-bacilo, muy abundantes en el suelo) y Bacillus (Bacilo esporógeno aerobio ). Por otra parte, un flóculo “ideal” contiene una serie de bacterias filamentosas desarrollándose en equilibrio con el resto de las bacterias. Lo descrito hasta ahora constituiría la “estructura básica” del flóculo del fango activo. No obstante, se pueden encontrar un gran número de bacterias autótrofas, las cuales suelen ser nitrificantes Gram negativas como los géneros Nitrosomonas o Nitrobacter, o bacterias rojas no del azufre como el género Rhodospirillum o Rhodobacter. 76 Hongos: Los fangos activados no suelen favorecer el crecimiento de hongos, aunque algunos filamentosos sí pueden, ocasionalmente, ser observados en los flóculos de los fangos activos, como los géneros: Geotrichum, Penicillium o Cephalosporium. Protozoos: Los principales microorganismos eucariotas presentes en los fangos activos son los protozoos ciliados libres (Paramecium), fijos (Vorticella) o reptantes (Aspidisca, Euplotes), los cuales se encuentran en altas densidades y desempeñan un importante papel en el proceso de depuración y en la regulación del resto de la comunidad biótica. Mejoran la calidad del efluente y regulan la biomasa bacteriana al predar sobre las bacterias dispersas del licor de mezcla. Otros protozoos presentes son los flagelados Bodo o Pleuromonas y, dentro del grupo sarcodina, el género Amoeba. Metazoos: Aunque pueden estar presentes en las balsas de activación organismos multicelulares tales como Nemátodos, Anélidos, Crustáceos o Acaros, los organismos multicelulares más comunes son los Rotíferos (Lecane, Philodina o Notommata). Eliminan bacterias libres y posibles patógenas (Salmonelas, bacterias fecales, etc.) y producen un mocus que mantienen el flóculo junto con el exopolisacárido producido por la bacteria Zooglea ramigera. Algas microscópicas: Si bien no suelen formar parte del flóculo, pueden aparecer en aquellas aguas residuales con gran cantidad de materia orgánica. Entre las más comunes se encuentran Cosmarium y Pediastrum (chlorophyta); Euglena (Euglenophyta) y Pinnularia (Chrysophyta). La presencia de los diferentes organismos determina el grado de DBO presente, puesto que cada uno de los grupos vistos requieren unas condiciones de oxígeno determinadas. El componente no biológico del flóculo contiene partículas orgánicas e inorgánicas que provienen del agua residual, junto con polímeros extracelulares (principalmente polisacáridos producidos por algunos de los microorganismos señalados anteriormente) que tienen un importante papel en la biofloculación del fango activo. 3.1.5. Microorganismos filamentosos del fango activo. Problemas de floculación Prácticamente, en todos los fangos activos existen microorganismos filamentosos formando una especie de red denominada macroestructura flocular. Por tanto, se puede afirmar que estos son componentes normales de la población del fango, si bien, y bajo condiciones específicas pueden entrar en competencia con las bacterias formadoras de flóculo, originando una serie de efectos sobre la estructura flocular. Por un lado, su ausencia puede dar lugar a flóculos pequeños y sin cohesión, produciéndose un efluente final turbio. Por otra parte, si la cantidad de filamentos es alta podemos encontrarnos con dos tipos de problemas biológicos: a) Esponjamiento filamentoso o “bulking”. El fango activo sólo sedimenta lentamente y no se compacta, o lo hace pobremente, debido a que en él se ha producido un hinchamiento o esponjamiento provocado por una excesiva proliferación de bacterias filamentosas. Es un fallo de la macroestructura flocular. b) Espumamiento biológico o “foaming”. Los microorganismos filamentosos producen una espesa espuma coloreada (en colores del blanco al marrón) y en muchos casos abundantes flotantes en decantación secundaria. Los tipos de microorganismos filamentosos identificados habitualmente en las ERAR de todo el mundo son una treintena, de los que sólo unos pocos son muy frecuentes. Entre ellos se encuentran los siguientes: Quimiolitótrofos oxidantes del azufre: Beggiatoa, Thiotrix. Bacterias Gram negativas con vaina: Sphaerotilus. Cianobacterias: células del Grupo IV que producen heterocistos tales como Anabaena o Nostoc. 77 Bacterias Gram positivas: bacilos esporógenos (Bacillus), cocos que forman filamentos (Streptococcus) y bacterias del grupo de las micobacterias que forman filamentos cortos (Nocardia) . 3.1.6. Tratamiento terciario El tratamiento terciario es el procedimiento más completo para tratar el contenido de las aguas residuales, pero no ha sido ampliamente adoptado por ser muy caro. Este tratamiento consiste en un proceso físico-químico que utiliza la precipitación, la filtración y/o la cloración para reducir drásticamente los niveles de nutrientes inorgánicos, especialmente los fosfatos y nitratos del efluente final. El agua residual que recibe un tratamiento terciario adecuado no permite un desarrollo microbiano considerable. Algunos de estos tratamientos son los siguientes: Adsorción: Propiedad de algunos materiales de fijar en su superficie moléculas orgánicas extraídas de la fase líquida en la que se encuentran. Cambio iónico: Consiste en la sustitución de uno o varios iones presentes en el agua a tratar por otros que forman parte de una fase sólida finamente dividida (cambiador), sin alterar su estructura física. Suelen utilizarse resinas y existen cambiadores de cationes y de aniones. Debido a su alto precio, el proceso de intercambio iónico se utiliza únicamente en aquellos casos en los que la eliminación del contaminante venga impuesta por su toxicidad o que se recupere un producto de alto valor (eliminación de isótopos radiactivos, descontaminación de aguas con mercurio, eliminación de cromatos y cianuros, recuperación de oro, etc.). Procesos de separación por membranas: tanto mediante membranas semipermeables (procesos de ultrafiltración y ósmosis inversa) como mediante membranas de electrodiálisis. De todas formas, en la mayoría de los casos el tratamiento terciario de aguas residuales urbanas queda limitado a una desinfección para eliminar patógenos, normalmente mediante la adición de cloro gas, en las grandes instalaciones, e hipoclorito, en las de menor tamaño. La cloración sólo se utiliza si hay peligro de infección. Cada vez más se está utilizando la desinfección con ozono que evita la formación de organoclorados que pueden ser cancerígenos. En los últimos años, no obstante, ha crecido notablemente el interés por la eliminación del N (también pero menos el S y el P). Estos compuestos pueden provocar un crecimiento anormal de algas, plantas acuáticas y microorganismos de diferentes clases. Esto ejerce una fuerte demanda de oxígeno, la cual afecta negativamente la vida de los peces y tiene un negativo impacto en el uso de ese agua. A este fenómeno se le llama Eutrofización del agua. El origen del N en las aguas residuales puede ser muy diverso, predominando el que proviene de la mineralización de la materia orgánica a amoniaco o amonio según se indica en la siguiente secuencia: Proteína ⇒ Aminoácidos ⇒ Amonio NH4+ ⇒ NH3 + H+ (a pH básico, la reacción se desplaza a la derecha). También, a través de la enzima ureasa, la urea puede degradarse en amoniaco y dióxido de carbono: O=C-(NH2)2 + H2O (+ ureasa) ⇒ 2NH3 + CO2. Como se ha indicado anteriormente, estas fuentes de nitrógeno presentes en el agua residual deben ser eliminados antes de verter los efluentes a los cauces finales. En las ERAR se pueden utilizar unos procesos biológicos antagónicos para evitar la eutrofización: nitrificación y desnitrificación bacteriana: 78 Nitrificación: Consiste en la conversión del amonio a nitrato mediante la acción microbiana. Este proceso es llevado a cabo por las bacterias nitrificantes, quimiolitótrofas aerobias estrictas, Gram negativas capaces de oxidar el amoniaco. El proceso tiene lugar en dos fases: Por una parte, las bacterias pertenecientes al género Nitrosomonas básicamente (bacilos con sistemas de membrana periféricos) oxidan el amoniaco a nitrito. Posteriormente, éste es oxidado a nitrato por las bacterias oxidadoras de nitrito del género Nitrobacter (bacilos cortos que se reproducen por gemación y con sistemas de membranas organizados como una capa polar). El proceso final se realiza en 3 etapas (dos para la oxidación a nitrito mediante un paso intermedio de hidroxilamina y una para nitrato): Bacterias nitrosificantes (Nitrosomonas): 1. NH3 + O2 + 2e- + 2H+ ⇒ NH2OH + H2O 2. NH2OH + H2O + ½ O2 ⇒ NO2- + 2H2O + H+ ∆ G0 = -287 KJ/reacción (enzima: monooxigenasa) Bacterias nitrificantes (Nitrobacter): NO2- + ½ O2 ⇒ NO3∆ G0 = -76 KJ/reacción (enzima: nitrito oxidasa) Desnitrificación: Proceso mediante el cual los NO3- y NO2- producidos en el primer proceso son reducidos a las formas gaseosas N2 u óxido nitroso (N2O). Este último puede constituirse como un fuerte contaminante del aire. La mayor parte de las bacterias que utilizan el NO3- como aceptor de electrones son heterótrofas anaerobias facultativas o anaerobias aerotolerantes pertenecientes a una gran variedad de géneros tanto Gram negativos (Pseudomonas, Spirillum, Rhizobium, Cytophaga, Thiobacillus o Alcaligenes) como Gram positivos (Bacillus, Propionibacterium o Corynebacterium). La secuencia que conlleva la desnitrificación es la siguiente: NO3 (+nitrato reductasa) ⇒ NO2 (+ nitrito reductasa) ⇒ NO (+ oxido nítrico reductasa) ⇒ N2O (+oxido nitroso reductasa) N2. En algunos casos, se puede adaptar un proceso de lechos bacterianos para llevar a cabo la desnitrificación durante unas 6-10 horas, como ocurre con la ERAR de Viveros (Madrid). Una vez tratados estos efluentes, con proceso terciario o sin él, es vertido al cauce fluvial. Se considera bien depurado, o regenerado, aquel efluente que no tiene más de 20-30 mg/l (p.p.m.) DBO5 y alrededor de la misma cantidad de sólidos en suspensión. 79 80 81 82 83 3.2. Línea de fangos En un tratamiento biológico de aguas residuales se obtienen volúmenes considerables de fangos. A estos fangos hay que someterlos a determinados procesos que reducirán su facultad de fermentación y su volumen. Las características de los fangos son consecuencia del uso que se les haya dado a las aguas. Los fangos de depuración se producen por sedimentación en los decantadores de los distintos procesos de tratamiento. Por un lado, las partículas sólidas más gruesas se depositan en el fondo del decantador primario y forman los fangos primarios. Las partículas más finas y disueltas se fijan y metabolizan por las bacterias que se multiplican en presencia de oxígeno durante la operación de aireación. Esta biomasa bacteriana se separa en el decantador secundario para producir los fangos secundarios. Una parte de esta biomasa se recircula al depósito de aireación, la otra se extrae constituyendo los fangos biológicos en exceso. Ambos tipos de fangos se pueden mezclar formando los fangos mixtos. El tratamiento de los fangos depende de su composición y del tipo de agua residual del que proviene. Las fases más usuales en un proceso de tratamiento y evacuación de fangos son: concentración o espesamiento, digestión, acondicionamiento, secado, incineración y/o eliminación. El tratamiento de los fangos será en función de las disponibilidades económicas, destino final previsto, existencia de espacio, etc. 3.2.1. Espesamiento La misión del espesamiento de los fangos es concentrarlos para hacerlos más densos, reduciendo el volumen global para facilitar el manejo de los mismos y abaratar los costes de las instalaciones posteriores. Existen varios tratamientos posibles: a) Concentración en espesadores: Un espesador es un depósito cilíndrico terminado en forma cónica. Normalmente, el fango que llega a estos espesadores es de tipo mixto. Suelen tener un cono de descarga de gran pendiente. La concentración que cabe esperar es de hasta un 5-10 %. b) Flotación: Es una alternativa al espesamiento propiamente dicho. Consiste en inyectar aire a presión al fango a tratar formando un manto en la superficie que, mediante una 84 rasqueta superficial, es barrido hacia una arqueta. Este tipo de espesamiento se utiliza para fangos muy ligeros con gran cantidad de bacterias filamentosas. c) Centrifugación: Se utiliza tanto para concentración como para deshidratación. 3.2.2. Digestión El proceso de digestión de fangos puede llevarse a cabo por vía anaerobia (la principal) o por vía aerobia. Ambas soluciones tienen sus ventajas e inconvenientes, si bien puede decirse que en instalaciones importantes resulta más conveniente la primera, reservándose la vía aerobia para estaciones de menor importancia. 3.2.2.1. Digestión anaerobia La digestión anaerobia consiste en una serie de procesos microbiológicos que convierte la materia orgánica en metano en ausencia de oxígeno. La producción de metano es un fenómeno relativamente común en la naturaleza, ya que puede formarse desde en glaciares hasta en el sistema digestivo de rumiantes. Este proceso, a contrario de la digestión aerobia, es producido casi únicamente por bacterias. El proceso se lleva a cabo en unos depósitos cerrados (de hasta 30 m de diámetro y casi 20 de altura) denominados digestores, que permiten la realización de las reacciones correspondientes y la decantación de los fangos digeridos en su parte baja de forma cónica. En el proceso se produce un gas, denominado gas biológico (mezcla de metano y CO2 principalmente) que se evacua del recinto. El fango introducido en el digestor se agita, con el fin de mantener una homogeneidad, mediante un sistema mecánico, o bien por medio de la difusión del propio gas de la mezcla. Para facilitar el proceso de digestión y reducir su duración, los fangos se calientan a temperaturas de alrededor de 30-37º, siendo conveniente que este calor se aporte utilizando como combustible el propio gas de la digestión. La digestión anaerobia puede hacerse en una o dos etapas. Generalmente, el hacerlo en dos etapas (digestores primarios y secundarios) produce mejores resultados. En los primarios, el fango se mezcla constantemente con el propio gas producido para favorecer la digestión, mientras que en el secundario simplemente se deja sedimentar el fango antes de extraerlo. El proceso completo dura aproximadamente 30 días (20 en los digestores primarios y 10 en el secundario). Las ventajas y desventajas de la digestión anaerobia con respecto a la digestión aerobia son las siguientes: Ventajas: El aceptor final de electrones suele ser CO2, por lo que no hace falta la constante adición de oxígeno, abaratando el proceso. Produce menor cantidad final de lodos, pues el desarrollo de estas bacterias es más lento y la mayor parte de la energía se deriva hacia la producción del producto final, metano. Solo un 5% del carbono orgánico se convierte en biomasa, en contraste con hasta el 50% de las condiciones aerobias. El metano tiene un valor calorífico de aproximadamente 9000 kcal/m3 y se puede utilizar para producir calor para la digestión o como fuente de energía eléctrica mediante motogeneradores. La energía requerida para el tratamiento de las aguas residuales es muy baja. Se puede adaptar a cualquier tipo de residuo industrial. Se pueden cargar los digestores con grandes cantidades de materia. Desventajas Es un proceso más lento que el aerobio. 85 Es más sensible a tóxicos inhibidores. La puesta a punto del sistema requiere también largos periodos. En muchos casos, se requiere mayor cantidad de producto a degradar para el buen funcionamiento. 3.2.2.2. Procesos microbiológicos Existe una organización sinergística entre las diferentes bacterias implicadas en la metanogénesis. La reacción general podría resumirse como: Biomasa → CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S Entre las bacterias que forman parte de los digestores anaerobios se pueden encontrar anaerobias estrictas o facultativas, tanto Gram negativas (Bacteroides), como Gram positivas (Clostridium, Bifidobacterium, Lactobacillus, Streptococcus). Existen 4 grupos o categorías de bacterias que participan en los pasos de conversión de la materia hasta moléculas sencillas como metano o dióxido de carbono y que van cooperando de forma sinergística: Grupo 1: Bacterias hidrolíticas: Son un grupo de bacterias (Clostridium, Proteus, Bacteroides, Bacillus, Vibrio, Acetovibrio, Staphyloccoccus) que rompen los enlaces complejos de las proteínas, celulosa, lignina o lípidos en monómeros o moléculas como aminoácidos, glucosa, ácidos grasos y glicerol. Estos monómeros pasarán al siguiente grupo de bacterias. Grupo 2: Bacterias fermentativas acidogénicas: (Clostridium, Lactobacillus, Escherichia, Bacillus, Pseudomonas, Desulfovibrio, Sarcina). Convierten azúcares, aminoácidos y lípidos en ácidos orgánicos (propiónico, fórmico, láctico, butírico o succínico), alcoholes y cetonas (etanol, metanol, glicerol, acetona), acetato, CO2 y H2. Grupo 3: Bacterias acetogénicas: Son bacterias sintróficas (literalmente “que comen juntas”), es decir, solo se desarrollan como productoras de H2 junto a otras bacterias consumidoras de esta molécula. Syntrophobacter wolinii, especializada en la oxidación de propionato, y Syntrophomonas wolfei, que oxida ácidos grasos que tienen de 4 a 8 átomos de carbono, convierten el propiónico, butírico y algunos alcoholes en acetato, hidrógeno y dióxido de carbono, el cual se utiliza en la metanogénesis. Etanol + CO2 → Acido acético + 2H2 Acido propiónico + 2H2O → Acido acético + CO2 + 3H2 Acido butírico + 2H20 → 2 Acido acético + 2H2 4 grupo: Metanógenas: La digestión anaerobia de la materia orgánica en la naturaleza, libera del orden de 500-800 millones de toneladas de metano por año a la atmósfera. Esto se produce en la profundidad de sedimentos o en el rumen de los herbívoros. Existen tanto bacterias Gram positivas como negativas. Estos microorganismos crecen muy despacio, con tiempo de generación que van desde los 3 días a 35ºC hasta los 50 días a 10ºC. Estas bacterias se dividen en 2 subgrupos: Metanógenos hidrogenotróficos (bacterias quimiolitótrofas que utilizan hidrógeno): CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O 86 Metanógenas acetotróficas: Acético → CH4 + CO2. Sólo dos géneros, Methanosarcina (cocos grandes e irregulares en paquetes, Gram positivos) y Methanothrix (bacilos alargados, Gram negativos) tienen especies acetotróficas, aunque las primeras pueden utilizar también CO2 + H2 como sustrato. Todas las bacterias metanogénicas se incluyen en el dominio Archaea. 3.2.2.3. Digestión aerobia Es otro procedimiento alternativo de digestión de fangos que, como se ha indicado, suele aplicarse solamente en pequeñas instalaciones. Consiste en estabilizar el fango por aireación, destruyendo así los sólidos volátiles. El tiempo de aireación suele oscilar entre 10 y 20 días, según la temperatura. 3.2.3. Acondicionamiento de los fangos Los fangos urbanos y muchos industriales tienen una estructura coloidal que los hace poco filtrables a la hora del secado posterior a la digestión, por lo que el sistema de filtración consigue un bajo rendimiento. Para evitar este inconveniente se añade a los fangos reactivos floculantes que rompen la estructura coloidal y le confiere otra de carácter granular de mayor filtrabilidad. Los reactivos más utilizados son las sales de hierro (Cl3Fe), sales de aluminio, cal (CaO) y/o polielectrolito. 87 88 89 90 91 3.2.4. Secado Su objetivo es eliminar agua del fango para convertirlo en una pasta sólida fácilmente manejable y transportable . El sistema depende de la cantidad de fango y del terreno disponible. El primer sistema utilizado fue el de Eras de secado por su simplicidad y bajo costo. El procedimiento consiste en la disposición de los fangos a secar sobre una superficie al aire libre dotada de un buen drenaje. La altura de la capa extendida varía según las características del fango. Para fangos urbanos digeridos se disponen capas de 20 a 30 cm. La superficie de las Eras varía en función del clima de la zona. La “torta” de fangos se suele secar cuando la humedad de la misma desciende por debajo del 40%. Un puente rascador que se mueve sobre unos carriles pueden emplearse en la extracción de la torta de fango. En el caso de ERAR de grandes poblaciones y con problemas de grandes espacios existen otros mecanismos de secado como son los filtros de banda, filtros prensa y/o centrifugación. En estos casos, la torta producida suele tener alrededor del 25% de material seco. Estas tortas son recogidas mediante una cinta transportadora y enviada a la tolva para su retirada. El fango una vez seco puede ser transportado a un vertedero e incinerado (aguas urbanas con aporte industrial) o utilizado como corrector de suelos (aguas exclusivamente urbanas). 3.3. Línea de gas Como se ha indicado anteriormente, cuando el proceso de digestión de fangos se efectúa por anaerobia, como consecuencia de las reacciones bioquímicas del mismo, se produce un gas denominado gas biológico o biogás, que tiene un contenido de metano de alrededor del 65-70%. El resto de su composición lo constituyen gases inertes. La mayor parte dióxido de carbono. El biogás puede convertirse, reutilizándolo, en un valioso subproducto a través del cual se suministra una gran parte de la energía que la ERAR necesita para su funcionamiento (hasta un 60% del total de la energía empleada). Las aplicaciones de este gas de digestión son, por un lado, las de su uso como calefacción tanto de edificios como de los propios fangos de digestión y, por otro lado en instalaciones importantes, las de su empleo como combustible para producción de energía. En este último caso, a la planta depuradora se le dota de motores que se alimentan con el biogás, y a estos motores se le acoplan generadores cuya energía eléctrica producida sirve para abastecer las distintas partes de la estación. 92 93 94 95 Bibliografía Aguas residuales urbanas: Tratamientos naturales de bajo costo y aprovechamiento. Seoanez Calvo, M. Ed. 1995. Anaerobic biotechnology for industrial wastewaters. Speece, R.E. 1996. Anaerobic digestion and wastewater treatment systems. Lettinga G. 1995. Antonie van Leeuwenhoek, 67: 3-28. Biodegradation and Bioremediation. Alexander, M. 1999., 2ª ed. Academic Press. London. Biological Wastewater Treatment (Environmental Science & Pollution). Grady, C.P.L. (ed.) y G.T. Daigger. 1998., 2ª ed. Marcel Dekker. Biotechnology in Industrial Waste Treatment and Bioremediation. Hickey, R.F. y G.L. Smith (eds.). 1996. Lewis Publishers, US. Biology of watewater treatment. N.F. Gray ed. 1992. Brock Biología de los Microorganismos (8ª ed). Madigan, Martinko y Parker. 1998. Prentice Hall. (9ª edición en inglés. 2000). Designing microorganisms for the treatment of toxic wastes. Timmis K.N., R.J. Steffan y R. Unterman. 1994. Annu Rev Microbiol, 48: 525-57 Industrial wastewater bioreactors: sources of novel microorganisms for biotechnology. Bramucci M.G. y V. Nagarajan. 2000. Trends Biotechnol. 18(12):501-5 Industrial Wastewater Treatment: A Guidebook. Edwards J.D. 1995.. Lewis Publishers, Inc. Introduction to Wastewater Treatment Processes. Ramalho, R.S. 1997. Academic Press. Metabolism of micro-organisms responsible for enhanced biological phosphorus removal from wastewater. Use of dynamic enrichment cultures. Loosdrech, M. van, G.J. Smolders, T. Kuba y J.J. Heijnen. 1997. Antonie van Leeuwenhoek, 71: 109-16 Microbiología (4ª ed). Prescott, Harley y Klein. 2000. McGraw Hill College Div. 96 Microbiological Examination of Water and Wastewater. Maria Csuros, Csaba Csuros. 1999. Lewis Publishers, Inc. Microbiology for water/wastewater operators. Spellman, R.F. 1997.Published by Technomic PubCo. Microbiology (2ª ed). Lim. 1997. Brown Publishers. Microsensors as a tool to determine chemical microgradients and bacterial activity in wastewater biofilms and flocs. Santegoeds C.M., A. Schramm y D. de Beer. 1998. Biodegradation. 9(3-4):159-67. Modern techniques in water and wastewater treatment. Kolarik y Priestley ec. 1995. Practical Manual of Wastewater Chemistry. Hauser, B.A. 1996.. Lewis Publishers, Inc. Residuos Urbanos y Medio Ambiente. (U.A.M. ed). I. Herráez, J.López, L.Rubio y M.E.Fernández. 1989. Standard Methods for Examination of Water & Wastewater. Lenore S. Clesceri, Andrew D. Eaton, Arnold E. Greenberg. 1999. 20th ed. Amer Public Health Assn. The Industrial Wastewater Systems Handbook. Ralph L. Stephenson (Editor), James B., Jr. Blackburn (Editor), James W. Blackburn, Gary W. Clark. 1997. Lewis Publishers. Tratamiento biológico de las aguas residuales. E. Ronzano y J.L. Dapena ed. 1995. Understanding and advancing wastewater treatment. Stams A.J. y S.J. Elferink. 1997. Curr Opin Biotechnol, 8: 328-34 Wastewater Engineering. Treatment Disp. Sal. and reuse. Metcalf y Eddy. 1995. McGrawHill eds. Wastewater Microbiology. Gabriel Bitton. 1999. 2ª ed. Wiley-Liss. New York. Wastewater Treatment :Biological and Chemical Processes (Environmental Engineering) Henze, M. (ed.), P. Harremoes, J. La, C. Jansen, E. Arvin y U. Forstner (ed.). 1997., 2ª ed. Springer Verlag. Wastewater treatment with particulate biofilm reactors. Nicolella C., M.C. van Loosdrecht y J.J. Heijnen. 2000. J Biotechnol. 80(1):1-33 Water and Wastewater Calculations Manual. Shun Dar Lin, C. C. Lee. 2001. McGraw-Hill Professional Publishing Internet: páginas Web sobre ERAR y microorganismos implicados http://www.geocities.com/RainForest/Canopy/1285/ (Ayuda para proyectos Fin de Carrera en CC Ambientales). http://www.supercable.es/~aymasl/ (Agua y Medio Ambiente. Una página muy interesante con descripción de microorganismos frecuentes en las ERAR) http://www.uam.es/fguam/Fse/cursos99/ciencias/ci15.html (Curso impartido por el Profesor José Luis Sanz sobre regeneración de aguas residuales). http://195.76.84.11/aguas/ (Sistema de formación Medioambiental de Madrid). Información muy valiosa sobre las ERAR de Madrid). http://dgpea2.comadrid.es/agua/calidad.html (Información sobre el Plan Integral de Aguas de Madrid, PIAM). http://members.es.tripod.de/bern/agua_depuracion.html (Medioambiente y el Agua). 97 MODELIZACIÓN DE PROCESOS BIOLÓGICOS Modelización de procesos biológicos para la eliminación de residuos oa.upm.es/441/En caché MODELACIÓN DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS www.uninorte.edu.co/extensiones/IDS/Ponencias/... Tema V: Modelado y simulación de procesos biológicos usando ... www.cs.us.es/~marper/docencia/membranas/temas/z-5.pdf Cinética y modelización de procesos biológicos de reducción de ... dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=582847 BIOTECNOLOGÍA 1. Introducción La biotecnología no es, en sí misma, una ciencia; es un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias (biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, química, medicina y veterinaria entre otras). Hay muchas definiciones para describir la biotecnología. En términos generales biotecnología es el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor para el hombre. Como tal, la biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. Históricamente, biotecnología implicaba el uso de organismos para realizar una tarea o función. Si se acepta esta definición, la biotecnología ha estado presente por mucho tiempo. Procesos como la producción de cerveza, vino, queso y yoghurt implican el uso de bacterias o levaduras con el fin de convertir un producto natural como leche o jugo de uvas, en un producto de fermentación más apetecible como el yoghurt o el vino Tradicionalmente la biotecnología tiene muchas aplicaciones. Un ejemplo sencillo es el compostaje, el cual aumenta la fertilidad del suelo permitiendo que microorganismos del suelo descompongan residuos orgánicos. Otras aplicaciones incluyen la producción y uso de vacunas para prevenir enfermedades humanas y animales. En la industria alimenticia, la producción de vino y de cerveza se encuentra entre los muchos usos prácticos de la biotecnología. La biotecnología moderna está compuesta por una variedad de técnicas derivadas de la investigación en biología celular y molecular, las cuales pueden ser utilizadas en cualquier industria que utilice microorganismos o células vegetales y animales. Esta tecnología permite la transformación de la agricultura. También tiene importancia para otras industrias basadas en el carbono, como energía, productos químicos y farmacéuticos y manejo de residuos o desechos. Tiene un enorme impacto potencial, porque la investigación en ciencias biológicas está efectuando avances vertiginosos y los resultados no solamente afectan una amplitud de sectores sino que también facilitan enlace entre ellos. Por ejemplo, resultados exitosos en fermentaciones de desechos agrícolas, podrían afectar tanto la economía del sector energético como la de agroindustria y adicionalmente ejercer un efecto ambiental favorable. Una definición más exacta y específica de la biotecnología "moderna" es "la aplicación comercial de organismos vivos o sus productos, la cual involucra la manipulación deliberada de sus moléculas de DNA". Esta definición implica una serie de desarrollos en técnicas de laboratorio que, durante las últimas décadas, han sido responsables del tremendo interés científico y comercial en biotecnología, la creación de nuevas empresas y la reorientación de investigaciones y de inversiones en compañías ya establecidas y en Universidades. La biotecnología consiste en un gradiente de tecnologías que van desde las técnicas de la biotecnología "tradicional", largamente establecidas y ampliamente conocidas y utilizadas (e.g., 98 fermentación de alimentos, control biológico), hasta la biotecnología moderna, basada en la utilización de las nuevas técnicas del DNA recombinante (llamadas de ingeniería genética), los anticuerpos monoclonales y los nuevos métodos de cultivo de células y tejidos. 2. Biotecnología El creciente interés que en los últimos años ha despertado la biotecnología, tanto en los medios académicos como en la actividad económica, se ha traducido, entre otras cosas, en una proliferación de definiciones. Esta relativa abundancia es reflejo, por un lado, del carácter multidisciplinario de la biotecnología (Microbiología, Ingeniería Química, Bioquímica y Química) y, por el otro, de la dificultad que existe para fijar estrictamente sus límites. Todas las definiciones tienen en común que hacen referencia al empleo de agentes biológicos y de microorganismos. Una definición amplia de biotecnología sería: Un conjunto de innovaciones tecnológicas que se basa en la utilización de microorganismos y procesos microbiológicos para la obtención de bienes y servicios y para el desarrollo de actividades científicas de investigación. (1) Se ha observado que la biotecnología no representa nada nuevo, ya que tanto la utilización de microorganismos en los procesos de fermentación tradicionales, así como las técnicas empíricas de selección genética y de hibridación, se han usado a lo largo de toda la historia de la humanidad. Esto ha llevado a distinguir entre la biotecnología tradicional y la nueva biotecnología. Equivocadamente se tiende a asociar los procesos de fermentación con la primera y la ingeniería genética con la segunda. La ingeniería genética no es sino el más reciente y espectacular desarrollo de la biotecnología, que no sustituye ninguna técnica preexistente, sino que más bien enriquece y amplia las posibilidades de aplicación y los usos de las biotecnologías tradicionales. 3. Antecedentes. La historia de la biotecnología puede dividirse en cuatro períodos. El primero corresponde a la era anterior a Pasteur y sus comienzos se confunden con los de la humanidad. En esta época, la biotecnología se refiere a las prácticas empíricas de selección de plantas y animales y sus cruzas, y a la fermentación como un proceso para preservar y enriquecer el contenido proteínico de los alimentos. Este período se extiende hasta la segunda mitad del siglo XIX y se caracteriza como la aplicación artesanal de una experiencia resultante de la práctica diaria. Era tecnología sin ciencia subyacente en su acepción moderna. La segunda era biotecnológica comienza con la identificación, por Pasteur, de los microorganismos como causa de la fermentación y el siguiente descubrimiento por parte de Buchner de la capacidad de las enzimas, extraídas de las levaduras, de convertir azúcares en alcohol. Estos desarrollos dieron un gran impulso a la aplicación de las técnicas de fermentación en la industria alimenticia y al desarrollo industrial de productos como las levaduras, los ácidos cítricos y lácticos y, finalmente, al desarrollo de una industria química para la producción de acetona, "butanol" y glicerol, mediante el uso de bacterias. La tercera época en la historia de la biotecnología se caracteriza por desarrollos en cierto sentido opuestos, ya que por un lado la expansión vertiginosa de la industria petroquímica tiende a desplazar los procesos biotecnológicos de la fermentación, pero por otro, el descubrimiento de la penicilina por Fleming en 1928, sentaría las bases para la producción en gran escala de antibióticos, a partir de la década de los años cuarenta. Un segundo desarrollo importante de esa época es el comienzo, en la década de los años treinta, de la aplicación de variedades híbridas en la zona maicera de los Estados Unidos ("corn belt"), con espectaculares incrementos en la producción por hectárea, iniciándose así el camino hacia la "revolución verde" que alcanzaría su apogeo 30 años más tarde. La cuarta era de la biotecnología es la actual. Se inicia con el descubrimiento de la doble estructura axial del ácido "deoxi-ribonucleico" (ADN) por Crick y Watson en 1953, seguido por los procesos que permiten la inmovilización de las enzimas, los primeros experimentos de ingeniería 99 genética realizados por Cohen y Boyer en 1973 y aplicación en 1975 de la técnica del "hibridoma" para la producción de anticuerpos "monoclonales", gracias a los trabajos de Milstein y Kohler. Estos han sido los acontecimientos fundamentales que han dado origen al auge de la biotecnología a partir de los años ochenta. Su aplicación rápida en áreas tan diversas como la agricultura, la industria alimenticia, la farmacéutica, los procesos de diagnóstico y tratamiento médico, la industria química, la minería y la informática, justifica las expectativas generadas en torno de estas tecnologías. Un aspecto fundamental de la nueva biotecnología es que es intensiva en el uso del conocimiento científico. En el período anterior a Pasteur, la biotecnología se limitaba a la aplicación de una experiencia práctica que se transmitía de generación en generación. Con Pasteur, el conocimiento científico de las características de los microorganismos comienza a orientar su utilización práctica, pero las aplicaciones industriales se mantienen fundamentalmente como artesanales, con la excepción de unas pocas áreas en la industria química y farmacéutica (como la de los antibióticos), en las cuales se inicia la actividad de I y D en el seno de la corporación transnacional. En todos estos casos, la innovación biotecnológica surgió en el sector productivo; en cambio, los desarrollos de la nueva biotecnología se originan en los centros de investigación, generalmente localizados en el seno de las universidades. Las nuevas biotecnologías pueden agruparse en cuatro categorías básicas: · Técnicas para el cultivo de células y tejidos. · Procesos biotecnológicos, fundamentalmente de fermentación, y que incluyen la técnica de inmovilización de enzimas. · Técnicas que aplican la microbiología a la selección y cultivo de células y microorganismos. · Técnicas para la manipulación, modificación y transferencia de materiales genéticos (ingeniería genética). Aunque los cuatro grupos se complementan entre sí, existe una diferencia fundamental entre los tres primeros y el cuarto. Los primeros se basan en el conocimiento de las características y comportamiento y los microorganismos y en el uso deliberado de estas características (de cada organismo en particular), para el logro de objetivos específicos en el logro de nuevos productos o procesos. La enorme potencialidad del último grupo se deriva de la capacidad de manipular las características estructurales y funcionales de los organismos y de aplicación práctica de esta capacidad para superar ciertos límites naturales en el desarrollo de nuevos productos o procesos. Desde un punto algo diferente, es posible agrupar las tecnologías que forman parte de la biotecnología en los seis grupos siguientes: · Cultivos de tejidos y células para: la rápida micropropagación "in vitro" de plantas, la obtención de cultivos sanos, el mejoramiento genético por cruza amplia, la preservación e intercambio de "germoplasma", la "biosíntesis" de "metabolitos" secundarios de interés económico y la investigación básica. · El uso de enzimas o fermentación microbiana, para la conservación de materia primas definidas como sustratos en determinados productos, la recuperación de estos productos, su separación de los caldos de fermentación y su purificación final. · Tecnología del "hibridoma", que se refiere a la producción, a partir de "clones", de anticuerpos de acción muy específica que reciben el nombre de anticuerpos "monoclonales". · Ingeniería de proteínas, que implica la modificación de la estructura de las proteínas para mejorar su funcionamiento o para la producción de proteínas totalmente nuevas. · Ingeniería genética o tecnología del "ADN", que consiste en la introducción de un "ADN" híbrido, que contiene los genes de interés para determinados propósitos, para capacitar a ciertos organismos en la elaboración de productos específicos, ya sean estos enzimas, hormonas o cualquier otro tipo de proteína u organismo. · Bioinformática, que se refiere a la técnica basada en la utilización de proteínas en aparatos electrónicos, particularmente sensores biológicos y "bioships"; es decir, "microchips" biológicos, capaces de lógica y memoria. A diferencia de la primera clasificación, que señala las técnicas propiamente tales, la segunda se refiere también a las actividades económicas en las que se hace uso de dichas tecnologías. La 100 nueva biotecnología crea nuevos procesos y nuevos productos en diversas áreas de la economía. Como estos procesos se basan en los mismos principios, ya sea que se apliquen en un sector económico o en otro, ello introduce cierto grado de flexibilidad, ya que permite la movilidad entre diferentes sectores. Por ejemplo, los procesos de fermentación pueden aplicarse para la producción, en gran escala, de alcohol o de antibióticos como la penicilina, o en escalas menores para la producción de aminoácidos o en la industria farmacéutica. Esto facilita la movilidad de factores productivos y tiene impacto sobre la calificación de la mano de obra, la cual, aun cuando deberá adaptarse a este nuevo perfil tecnológico (tanto en términos cuantitativos como cualitativos) posiblemente logre al mismo tiempo una mayor facilidad de empleo. A nivel mundial el interés por la biotecnología es indudable, como se ve a través del frecuente abordaje de tales temas en los periódicos, libros y medios de comunicación. Algunos descubrimientos útiles serán una consecuencia directa del uso de las técnicas de ingeniería genética que logren transferir determinados genes (a veces incluso genes humanos) a un determinado microorganismo apropiado, para hacer el producto que es precisamente requerido en el mercado. Determinadas proteínas humanas y algunos enzimas requeridos en Medicina se conseguirán de esta forma, en el futuro. Otros muchos beneficios, serán el resultado de la fabricación mediante técnicas de fermentación, de anticuerpos específicos para fines analíticos y terapéuticos. Estos anticuerpos monoclonales se producirán mediante el crecimiento de células en grandes tanques de cultivo, utilizando el conocimiento biotecnológico adquirido por el cultivo de microorganismos en grandes fermentadores, como por ejemplo la producción de antibióticos como la penicilina. Se están desarrollando en la actualidad importantes descubrimiento y aplicaciones comerciales en cada uno de los campos de la Biotecnología, incluyendo las que tienen lugar en las industrias de fermentación, la biotecnología de los enzimas y células inmovilizadas, el tratamiento de residuos y la utilización de subproductos. Aquellos procesos que resulten productivos serán útiles a la sociedad, atractivos para la industria por motivos comerciales y en algunos casos recibirán el apoyo de los respectivos gobiernos. Una gran potencialidad de la biotecnología se da en el campo de la investigación y el desarrollo científico, ya que proporciona herramientas que permiten una mejor comprensión de los procesos fisiológicos, por ejemplo, del sistema inmuno-defensivo, o que reducen, en forma considerable, los plazos de la I y D, facilitando así los procesos de innovación tecnológica. A su vez, con el advenimiento de nuevas técnicas en el campo biológico, la actividad de la I y D en este campo tiende a hacerse cada vez más científica y menos empírica, acentuándose así las características de intensidad científica propias de la biotecnología. Resulta claro que siendo la biotecnología un sistema de diversas innovaciones científico-tecnológicas interrelacionadas, no todas ellas evolucionan al mismo ritmo. Las condiciones de mercado, las expectativas de beneficios, aspectos organizativos y de gestión, entre otros, favorecen la rápida puesta en marcha y difusión de algunas de estas tecnologías, relegando a otras. La literatura sobre la innovación tecnológica acostumbra distinguir entre aquellas innovaciones que surgen como respuesta a una situación de mercado, y a expectativas de beneficios económicos, de aquéllas que se originan en el área de I y D como resultado de un proceso continuo y acumulativo de desarrollo científico-tecnológico. En el primer caso se habla de "demand or market-pull" y en el segundo, de "technological-push". Ha sido frecuente, en los últimos tiempos, señalar el láser y la biotecnología como ejemplos del segundo tipo de innovación. Es decir, descubrimientos científicos a los que se arriba sin una aplicación específica predeterminada en mente, pero que luego encuentran una gama considerable de aplicaciones prácticas. Sin embargo, pareciera más correcto considerar ambos factores, el inherente proceso científico-tecnológico y aquél que corresponde a incentivos económicos, como complementarios. Así, en el caso de la biotecnología, aun cuando ésta nace en el ámbito de la I y D, de las muchas aplicaciones posibles, las que se desarrollan primero son aquellas que ofrecen expectativas de importantes beneficios económicos en un plazo más o menos breve. 101 En la agricultura, la biotecnología se orienta a la superación de los factores limitantes de la producción agrícola a través de la obtención de variedades de plantas tolerantes a condiciones ambientales negativas (sequías, suelos ácidos), resistentes a enfermedades y pestes, que permitan aumentar el proceso fotosintético, la fijación de nitrógeno o la captación de elementos nutritivos. También se apunta al logro de plantas más productivas y/o más nutritivas, mediante la mejora de su contenido proteínico o aminoácido. Un desarrollo paralelo es la producción de pesticidas (insecticidas, herbicidas y fungicidas) microbianos. Las técnicas que ya se emplean, o que están desarrollándose, van desde los cultivos de tejidos, la fusión protoplasmática, el cultivo in vitro de "meristemas", la producción de nódulos de "rhizobium" y "micorizas", hasta la ingeniería genética para la obtención de plantas de mayor capacidad fotosintética, que puedan fijar directamente nitrógeno, resistentes a plagas y pestes, etc. El cultivo de tejidos consiste en la regeneración de plantas completas a partir de una masa amorfa, de células, que se denomina "callo". En su forma más general, se aplica a todo tipo de cultivo "in vitro", desde simples unidades indiferenciadas hasta complejos multicelulares y órganos. El proceso consiste en la incubación, en condiciones controladas y asépticas, de una célula o parte de un tejido vegetal (hoja, tallo, raíz, embrión, semilla, "meristema", polen, etc.) en un medio que contiene elementos nutritivos, vitaminas y factores de crecimiento. Las aplicaciones de esta técnica se dan en tres áreas fundamentales: a) rápida micropropagación "in vitro" de plantas, b) desarrollo "in vitro" de variedades mejoradas y c)producción de "metabolitos" secundarios de interés económico para el cultivo de células de plantas. En el primer grupo se incluye el cultivo "in vitro" de "meristemas", que permiten la micropropagación de material de siembra uniforme y sano, y el cultivo de anteras, de gran utilidad al permitir la reducción del tiempo necesario en la selección de genes, y por lo tanto de gran ayuda en las técnicas tradicionales de hibridación. También incluye el cultivo y la fusión de "protoplastos", el cultivo de embriones, la mutación somática, etc. Las ventajas principales del cultivo "in vitro" de plantas son: a) rápida reproducción y multiplicación de cultivos; b) obtención de cultivos sanos, libres de virus y agentes patógenos; c) posibilidad de obtener material de siembra a lo largo de todo el año (no estar sujetos al ciclo estacional); d) posibilidad de reproducir especies de difícil reproducción o de reproducción y crecimientos lentos; e) facilita la investigación y proporciona nuevas herramientas de gran utilidad en otras técnicas como la del "rADN", y f) mejora las condiciones de almacenamiento, transporte y comercialización de germoplasma, facilitando su transferencia internacional. Algunas de las técnicas aplicadas son ya prácticamente de dominio público y tienen además costos relativamente bajos. Como ejemplo puede mencionarse los cultivos de tejidos, ampliamente utilizados para la producción de plantas ornamentales y con enorme potencial en plantas tropicales como la yuca, la palma de aceite, la patata dulce, el banano, la papaya, etc. En forma similar, la producción de "inóculos" de "rhizobium" es una actividad ampliamente utilizada en el cultivo de la soya en los Estados Unidos, Australia y Brasil, y que prácticamente ha eliminado la utilización de fertilizantes químicos en este cultivo. Un aspecto que es importante de destacar en el desarrollo de la biotecnología agrícola, es que tanto los procesos como los productos que se utilizan como insumos, están fuertemente condicionados por las características ecológicas, climáticas y geográficas, así como por la diversidad biológica y genética de cada área o región. Por lo tanto, el desarrollo biotecnológico aplicado a la agricultura tiene que ser llevado a cabo in situ. Por ejemplo, es sabido que cada especie de leguminosa existe una bacteria de "rhizobium" específica. Más aún, estas bacterias tienden a ser, además, específicas respecto de condiciones ecológicas y climáticas particulares, de tal manera que para cada leguminosa se necesita no sólo el "inóculo" de una bacteria determinada, sino que también esa bacteria se adapte a las condiciones ambientales en las cuales la leguminosa se cultiva. Así los "inóculos" de "rhizobium" que se utiliza para los cultivos de soya en los Estados Unidos no son efectivos en los cultivos de soya en Brasil, ya que las características de los suelos, la temperatura y la humedad difieren. La producción de "inóculos" debe realizarse en el lugar y para el producto para el cual se van a utilizar. La magnitud del mercado potencial agrícola para la biotecnología es, en gran medida, materia de especulación debido precisamente a la falta de un conocimiento detallado de muchas de estas 102 condiciones locales. En este campo, la biotecnología está orientada a la utilización en gran escala de "biomasa" para la producción de materias primas orgánicas, que actualmente se obtienen mediante procesos químicos convencionales. Las ventajas son que la "biomasa" es un recurso altamente subutilizado y relativamente barato., ya que en gran parte esta constituído por residuos y desechos de plantaciones forestales y de cultivos en gran escala. Es además un recurso renovable. Las principales fuentes potencialmente disponibles para la producción tanto de etanol como de otros productos químicos a granel son (aparte de las melazas de la caña) cultivos como la yuca, el sorgo, las papas y el maíz; los sueros de la industria de la leche; los residuos de las plantaciones de café y, en general, todo tipo de residuo celuloso. Actualmente la biotecnología está siendo aplicada en gran escala en la producción de alcohol (etanol), como combustible sustituto del petróleo, fundamentalmente en el Brasil y en menor medida en Estados Unidos y la India. En el Brasil, la producción se logra a partir de melazas de la caña de azúcar, mientras que en Estados Unidos se usa el maíz. Otro producto importante es el ácido cítrico. Los principales productores son los Estados Unidos, Italia, Bélgica y Francia. Utilizan como materia prima melazas de remolacha. La importancia que tiene cada una de las aplicaciones mencionadas es incuestionable desde el punto de vista económico. Como ejemplos concretos cabe mencionar las aplicaciones ya realizadas para la micropropagación de cultivos sanos de yuca, el desarrollo en curso de sistemas de reproducción para la palma africana (palma de aceite), el creciente comercio internacional de plantas ornamentales, la producción de material sano de patata y el creciente intercambio de "germoplasma". Por lo que respecta a la mayor rapidez en la obtención de híbridos, se han indicado las siguientes cifras: una nueva especie de tomate que por cruza tradicional se obtiene en un plazo de 7-8 años, por variación "somaclonal" se puede obtener en 3-4 años; en el caso de la caña de azúcar, el plazo se reduce de 14 a 7 años. Las diferentes técnicas de cultivo de tejidos están en distintas fases de desarrollo; algunas como el tejido "meristemático", ya han sido ampliamente aplicadas para la obtención de cultivos sanos y libres de virus (caso yuca, por ejemplo). Otras técnicas tienen una maduración más lenta y su aplicación es de más largo plazo. Las técnicas de cultivo de tejidos se pueden clasificar, según la fecha de su aplicación en actividades económicas, en las siguientes categorías: Aplicaciones de corto plazo (dentro de los tres años) Aplicaciones de mediano plazo (dentro de los próximos ocho años) Aplicaciones de largo plazo (no antes de los próximos ocho años) Propagación vegetativa Variación "somaclonal" Hibridización somática Eliminación de enfermedades Variación "gametoclonal" Líneas celulares mutantes Intercambio de germoplasma Cultivos de embriones Transferencia de cromosomas Transferencia de genes pro cruza amplia Fertilización "in vitro" Ingeniería genética molecular Cultivo de anteras y "haploidea" Otra aplicación económica importante, aun cuando es de más largo plazo, es la obtención de "metabolitos" secundarios por cultivo celular. Hay cuatro grupos importantes de "metabolitos" secundarios: a) aceites esenciales, que se emplean como sazonadores, perfumes y solventes; b) glucósidos: "saponinas", aceite de mostaza para colorantes; c) alcaloides tales como morfina, cocaína, atropina, etc. de gran utilidad en la producción de fármacos, de los que se conocen más de 4000 compuestos, la mayoría de origen vegetal; d) enzimas: "hidrolasas", "proteasas", "amilasas", "ribonucleasas". La obtención por procesos tradicionales de estos productos es ineficiente, estando sujeta a las variaciones estacionales y/o climáticas, dificultades de conservación y transporte, falta de homogeneidad del producto obtenido, etc. Frente a estos inconvenientes, el cultivo celular ofrece la posibilidad de un suministro regular de un producto homogéneo y sobre todo la perspectiva de lograr buenos rendimientos, dado que las plantas pueden ser "manipuladas" y su crecimiento es controlado. El cultivo celular permite la "rutinización" típica de las actividades industriales y por lo tanto la optimización de las operaciones. Finalmente, se vislumbra también la posibilidad de obtener nuevos compuestos por medio del cultivo celular. Para ello se prevén dos enfoques diferentes: a) el aislamiento de un cultivo capaz de alto rendimiento y b) el cultivo celular en gran escala y la obtención industrial de determinados productos. Autor - Mario Andres osorio 103 104