Microorganismos y las energías alternativas.

Figura 1. Esquema de producción de biogás

Cuando pensamos en energías renovables generalmente nos viene a la
cabeza la energía eólica, hidráulica, solar… porque son las que
conceptualmente están más alejadas de las energías no renovables. Pero
en la práctica toda energía renovable es aquella "que se obtiene de
fuentes naturales virtualmente inagotables" (si el petróleo se
reciclase seria una energía renovable a pesar de la contaminación que
produce en su utilización).

Por tanto si somos capaces de crear un proceso industrial que permita
producir el combustible de una energía no renovable (véase el
carburante de los motores diesel o la materia prima de las plantas
productoras de electricidad), podremos convertirlo en renovable. Aquí
es donde entran en juego los microorganismos ya que son los que van a
ser capaces de producir nuestra fuente de energía.
A continuación se mencionan y se describen brevemente las energías y
los procesos para producir las mismas a partir de microorganismos más
utilizados.

•Bioalcoholes: Estos se utilizan como sustitutivos parciales o incluso
totales de la gasolina en motores de explosión. A partir de
microorganismos (o derivados biológicos) se produce el bioetanol, a
través de fermentación microbiana, y el biobutanol que se obtiene de
la fermentación ABE utilizando clostridium acetobutylicum.

•Biodiesel, diesel verde y bioeteres: Aunque estos se sinteticen a
través de procesos químicos en lugar de biotecnológicos, se denominan
"bio" porque los ácidos grasos que se utilizan para su síntesis son de
origen biológico. Son importantes debido a que su uso está cada vez
más extendido [4]. Se pueden distinguir entre los biofueles de segunda
generación: Estos son los que los ácidos grasos se obtienen de
cultivos de plantas los cuales no sean de consumo humano (aceite de
colza, de palma) ya que si no se eleva innecesariamente el precio de
los mismos. Biofueles de tercera generación: Estos biofueles se
producen utilizando microalgas como fuente principal de ácidos grasos
.

•Biogás: El biogás se produce a través de la digestión anaerobia de
materia orgánica que puede provenir de diversas fuentes como cultivos,
aguas residuales, residuos municipales o incluso estiércol Esta
fermentación anaerobia [5] la suelen realizar microorganismos
psicrófilos en un digestor diseñado para el caso. El biogás obtenido
tiene un poder calorífico suficiente para poder ser empleado como
fluido calefactor o incluso para producir electricidad. [6]. La
ventaja principal de esta energía es que se puede fabricar de una
manera muy sencilla y en cualquier parte. (Figura1)

•Biopetroleo: Obtenido fijando el CO2 atmosférico (con tan mala fama
hoy en día) mediante fitoplancton y posteriormente refinando el
producto obtenido.

Como podemos observar existen numerosas alternativas a las energías no
renovables (que prácticamente es el petróleo en este caso), las cuales
nos permiten producir las materias primas para la producción de
energía de una manera sostenible.

Bibliografía

[1]. http://es.wikipedia.org/wiki/Energia_renovable
[2]. http://en.wikipedia.org/wiki/Digestive_enzyme
[3]. http://en.wikipedia.org/wiki/Clostridium_acetobutylicum
[4]. http://en.wikipedia.org/wiki/Biofuel
[5]. http://en.wikipedia.org/wiki/Anaerobic_digestion
[6]. http://en.wikipedia.org/wiki/Biogas
[7]. http://en.wikipedia.org/wiki/Algae_fuel
[8] http://www.biopetroleo.com/index.php?page=tecnologia

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34000 años de espera

En las últimas fechas, muchos medios de comunicación generalistas, se
están haciendo eco de diversas noticias relacionadas con el
descubrimiento de microorganismos, con capacidades "fuera de lo
corriente". Ya en este mismo blog se recogen noticias como la bacteria
californiana capaz de incorporar arsénico en lugar de fosfato en su
metabolismo, o los organismos (tanto eucariotas como procariotas)
capaces de subsistir a pH extremadamente ácidos en el onubense Río
Tinto. Los ejemplos de organismos adaptados a los más inhóspitos
ambientes son muy abundantes. Prácticamente, allí donde se ha buscado
vida, por extremo que fuese el entorno, allí se ha encontrado.

Ahora, parece ser, que se rompe una barrera más. La barrera temporal.
En un estudio reciente, publicado en la edición de enero de GSA Today
(una publicación de la Geological Society of America), un grupo de
investigadores de la University of Hawaii y de la University of New
York en Binghamton, identificaron en halitas (rocas formadas por
cristales de cloruro sódico) de gran antigüedad, la existencia de
comunidades de microorganismos, atrapados en su interior.

Los cristales de sal, adquieren este tono rosáceo, debido a los
microorganismos atrapados en su interior.

Este grupo, analizó halitas antiguas, extraídas de columnas
estratigráficas del subsuelo de Death Valley (California) con
intención de realizar estudios climáticos. Para su sorpresa, mientras
analizaban inclusiones de líquido atrapado en estas rocas de sal,
descubrieron lo que parecían ser microorganismos. Los cristales de
sal, se forman y "crecen" rápidamente, de modo que pueden atrapar en
forma de pequeñas burbujas de pocas micras de diámetro, las sustancias
o microorganismos que se encuentren en ese preciso lugar. Estas
burbujas permanecerán selladas dentro de la halita, como una cápsula
del tiempo.

La datación de estas rocas y por tanto la de los propios
microorganismos atrapados en ellas, las sitúa entre 22000 y 34000 años
de antigüedad. Propio de un guión de Parque Jurásico (salvando el
lapso temporal). El análisis microscópico de estas inclusiones de
líquido dentro de las halitas, reveló la existencia de un ecosistema
de halófitos tanto de eucariotas como de procariotas, de los cuales
una pequeña parte estaban vivos. Los procariotas presentes en los
cristales, no utilizan la energía para reproducirse o desplazarse. No
tienen ningún tipo de actividad, salvo la del automantenimiento. Es
decir se encuentran en estado de supervivencia, con actividad
metabólica prácticamente nula.

Los investigadores postulan que los procariotas sobreviven en estas
inclusiones en las halitas, por tiempos tan prolongados, al utilizar
como fuente de carbono y nutrientes, los metabolitos de otros
organismos de esta comunidad microbiana. Concretamente identificaron
células del género unicelular de algas Dunaliella (observaron células
con sus orgánulos relativamente intactos y otras células bastante
degradadas), que es una especie común en estos ambientes halófitos. De
esta forma hipotetizaron, que estas algas puede ser en parte,
responsable del mantenimiento de este ecosistema, al servir como
fuente de carbono y metabolitos.

Lo que resultó también muy interesante, fue el intento de cultivar in
vitro estos procariotas. De 900 cristales, en 5 se consiguió aislar
procariotas que fueran viables y se reprodujeran tras 34000 años de
inactividad. Estos microorganismos tardaron un par de meses, en
"despertase" de su estado de inactividad, antes de poder replicarse.

El siguiente paso será estudiar en profundidad las estrategias y los
mecanismos bioquímicos (como por ejemplo el mantenimiento y reparación
del DNA), que permiten a estos organismos, adquirir estados de
latencia que les mantiene viables durante periodos de tiempo tan
extraordinariamente largos. El conjunto de todos estos nuevos
hallazgos, desplazan cada vez más, las fronteras que acotan los
ambientes donde, bajo nuestra perspectiva, podría desarrollarse la
vida. En lugares que antes se consideraban inhabitables, ahora se
descubren ricos ecosistemas repletos de biodiversidad.

¿Cuáles son los límites a la vida? ¿Podría desarrollarse en otros
ambientes alejados de este planeta?

Bibliografía:

Microbial communities in fluid inclusions and long-term survival in
halite. Tim K. Lowenstein, Brian A. Schubert, and Michael N. Timofeeff

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Single Cell Protein (SCP): microorganismos que se comen

¿Microorganismos que se comen? Seguro que más de uno ha pensado: "yo
nunca, seguro". Sin embargo, la existencia de estos productos en el
mercado es notablemente destacada desde hace años, y últimamente se
podría decir que están de moda entre aquellos que buscan una dieta más
rica y equilibrada.

Se entiende por "Single Cell Protein" o "biomasa microbiana" un
producto formado por células secas de microorganismos que han sido
cultivadas a gran escala y que actualmente se comercializan como
complementos en la alimentación humana y animal.

Es cierto que su aspecto no es muy atractivo, pero suponen una fuente
de alto contenido en proteínas, sobre todo de aquéllas que contienen
aminoácidos esenciales como la lisina, la metionina y la cisteína.
Además, es un alimento rico en vitaminas y bajo en grasas.

La biomasa microbiana se ha empleado como fuente de alimentación desde
hace muchos años en regiones como África y México [2]. Ya los aztecas
consumían Spirulina procedente del Lago Texococo, una bacteria
precedente del grupo de las cianobacterias que crece en ambientes
húmedos con alto contenido en sales. Algunas culturas asentadas en el
Lago Chad, también la incorporaban a su dieta habitual en forma de
galletas.

El primer gran apogeo de la producción y el consumo de las proteínas
microbianas se produjo durante la Primera Guerra Mundial en Alemania,
debido a la escasez de alimentos. En la Segunda Guerra Mundial también
se reactivó fuertemente su producción. Desde entonces, su desarrollo
ha sido creciente con el transcurso de las décadas, aunque a partir de
1980, y debido a la fuerte competencia con otras fuentes de proteínas
como la soja, la producción ha perdido rentabilidad en el mercado.

La principal ventaja frente a la soja reside en que la producción es
prácticamente inmediata y requiere de un bajo grado de tecnificación.
Normalmente se lleva a cabo en fermentadores, donde se induce el
crecimiento de las células microbianas, a las que se alimenta con
subproductos agrícolas e industriales . La biomasa se recolecta
posteriormente y se trata debidamente mediante procesos de secado
antes de ser comercializada. Para el ser humano se requiere un
tratamiento posterior que elimine ciertos compuestos que suponen
riesgos nutricionales, como es el alto contenido en ácidos nucleicos,
y garantice la seguridad y la calidad del producto.

Las proteínas microbianas son similares a las de la harina de pescado,
la soja o el suero descremado de la leche. Sus aplicaciones
alimentarias no se limitan a su consumo directo, sino que también
pueden utilizarse para desarrollar muchos productos derivados como
lípidos, proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN), hidratos de carbono
y vitaminas.

Actualmente, se está experimentando con ellas como solución a ciertos
problemas de salud; en concreto, como nutriente de control inmunitario
en pacientes con anemia, hiperglucemia e hipercolesterolemia. Incluso
algunas investigaciones han determinado su posible aplicación en el
tratamiento de enfermedades visuales, como la retinitis pigmentaria.
Es una muestra más del amplio abanico que ofrece la biotecnología para
el progreso, la sostenibilidad y el bienestar del hombre. Y todo
gracias a unos pequeños bichejos.

Bibliografía

[1] http://www.nutricionnatural.info/alimentos/proteina-unicelular.html
[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Spirulina.
[3] http://www.scribd.com/doc/179197/Single-Cell-Proteins.
[4] http://www.slideshare.net/tabareto/introduccion-proteinas.
[5] http://www.es.globaltalentnews.com/actualidad/noticias/4221/Una-proteina-bacteriana-que-devuelve-la-vista.html.

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Identificada una proteína que acelera la eliminación de células enfermas

Una investigación internacional en la que ha participado el Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha identificado una
proteína implicada en la regulación y la aceleración del mecanismo de
eliminación de células potencialmente peligrosas, según recoge un
estudio publicado en la edición digital de la revista 'Nature Cell
Biology'.

Los organismos multicelulares eliminan sus células muertas mediante
fagocitosis a través de señales que envía la célula dañada a una
célula vecina, con lo que se consigue mantener el tejido en estado
óptimo. "Esta especie de suicidio celular asistido recibe el nombre de
apoptosis y en los invertebrados, como Caenorhabditis elegans sobre el
que se ha realizado el estudio, la célula fagocítica va envolviendo a
la muerta hasta introducirla en su interior y digerirla, como una boa
que se come a su presa", explica Juan Cabello, uno de los
investigadores del estudio. "Sin embargo -apunta- en este caso la
célula moribunda es la que le pide a la célula sana, mediante una
señal que reproduce en su exterior, que acabe con ella. El organismo
busca siempre un equilibrio, por eso hay rutas que favorecen la
fagocitosis y otras que la impiden. En todo este proceso la proteína
SRGP-1 actúa como interruptor". "Si se inhibe la acción de esta
proteína, la señal se prolonga y se fagocitan también células dañadas,
que normalmente no se eliminan, con lo que se mantienen únicamente las
sanas", añade el investigador del CSIC Sergio Moreno, del Instituto de
Biología Molecular y Celular del Cáncer.

En el artículo publicado se explica que la proteína Srgp-1 es un
regulador negativo de la eliminación de las células tanto en C.
elegans como en mamíferos. La pérdida de su función daría lugar a una
mejora en la apoptosis celular, mientras que la sobreexpresión de
Srg-1 inhibiría la eliminación de las células muertas. Se ha propuesto
que C. elegans utiliza la maquinaria de eliminación como parte de un
mecanismo, primitivo y altamente conservado en la evolución, que
identifica y elimina células que no están unidas al tejido.

Según los especialistas los resultados de la investigación permiten
entender mejor algunos aspectos del desarrollo embrionario y abren
nuevas expectativas para combatir tumores. Además, el desarrollo de
investigaciones terapéuticas que aumentan la actividad de la
eliminación de las células dañadas podría ser útil en el tratamiento
de enfermedades autoinmunes.

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Láseres que simulan la excitación de neuronas ópticas

Respuesta de la "VCSEL-neurona" a un estímulo excitatorio. La
inyección de luz polarizada ortogonalmente (Pin⊥) conmuta la
polarización de la luz emitida por el VCSEL de paralela a ortogonal y
la VCSEL-neurona pasa de estado inactivo a activo. La conmutación se
produce a una potencia de entrada de tan solo 9μW. Al igual que en el
caso de la excitación en neuronas un incremento en la intensidad del
estímulo por encima del umbral de excitación no se traduce en un
aumento de la intensidad de la respuesta.

El Dr. Antonio Hurtado, perteneciente al grupo de Optoelectrónica de
la Universidad de Essex (Reino Unido), ha publicado recientemente un
trabajo en el que propone el uso de un láser de semiconductor de
cavidad vertical, VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, en
sus siglas en inglés) para reproducir funciones básicas de una
neurona. Mediante la inyección en el VCSEL de luz polarizada
(proveniente de uno o dos láseres externos) esta VCSEL‐neurona es
capaz de producir una respuesta "todo o nada" semejante a la que
ocurre en neuronas cuando se sobrepasa el umbral de excitación para
producir un potencial de acción. Además, la inyección externa de
luz polarizada induce una conmutación de la polarización de la luz
emitida por el VCSEL entre dos estados diferenciados (referidos como
polarizaciones "paralela" y "ortogonal") y que son utilizados para
determinar el estado de la VCSEL‐neurona: cuando la polarización es
"ortogonal" se considera que la VCSEL‐neurona está activa y cuando es
"paralela" inactiva. Mediante esta sencilla técnica que combina la
inducción de una respuesta "todo o nada" con conmutación de
polarización asociada (Figura 1) es posible reproducir la respuesta
de una neurona biológica a un estímulo excitatorio o inhibitorio.

Cabe destacar también que los VCSELs poseen una serie de ventajas
inherentes en comparación con otro tipo de láseres, lo que los
convierten en unos dispositivos idóneos para imitar el comportamiento
de las neuronas biológicas. A sus bajos costes de fabricación, hay
que añadir su reducido consumo de potencia, gran eficiencia de acoplo
a fibras ópticas, y su facilidad para ser integrados en circuitos con
gran número de elementos (arrays en 2 dimensiones por ejemplo). Por
otro lado, son un buen modelo de células neuronales ya que permiten
una amplia interconexión con bajos niveles de interferencia a la vez
que son capaces de operar a muy alta velocidad.

Preguntado por las nuevas implicaciones y posibles aplicaciones
prácticas de este trabajo el Dr. Antonio Hurtado se mostró confiado
al destacar que "hemos descrito un modelo de una neurona óptica
individual basada en un VCSEL que es capaz de trabajar a una velocidad
mayor que las propias neuronas biológicas y que se puede desarrollar
usando una técnica experimental muy sencilla. En nuestra opinión,
este trabajo abre la puerta al uso de estos dispositivos para nuevas
aplicaciones en campos muy diversos, que van desde las redes ópticas
neuronales y la computación óptica a la neurociencia."

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Biocarburantes celulósicos

Se pueden producir biocombustibles es interesante por varias razones.
La que te mencionaba al principio de que su uso no contribuiría de
forma neta al calentamiento global (el CO2 que se emite es el CO2 que
las plantas captaron), lo que convertiría al combustible en una fuente
de energía renovable. ¡Claro! Las plantas toman el CO2 del aire y su
transformación en combustible lo devuelve, en un bucle cerrado. Es un
concepto radicalmente distinto del de usar combustibles fósiles, en el
que tomas CO2 que se retiró de la atmósfera hace millones de años y lo
añades. De golpe, además. Por otro lado, aumentaría probablemente los
ingresos del sector agrícola. Y cambiaría la situación geopolítica al
fomentar el abastecimiento local de combustibles.

Pero no todo es color de rosa. La producción de biocombustibles puede
competir por los suelos cultivables con la comida. Requieren, al menos
inicialmente, de subvenciones, lo que conllevaría un notable gasto
público, que debe merecer la pena inequívocamente (es decir, que
apostar por los biocombustibles podría desviar recursos de otras
soluciones que resulten mejores, realmente). Y la generación de
biocombustibles no es gratis. Incluso, durante su síntesis se produce
CO2, que habría que tener en cuenta a la hora de hacer un balance
completo. Sí, sé que al principio te decía que su uso no producía
descarga neta de CO2. Pero su elaboración sí. Bajo la forma de
fertilizantes para las plantas, combustible para las máquinas,
destilado de las materias primas… Esto se podría evitar si para
producir biocombustibles se usaran sólo biocombustibles. Así se
evitarían emisiones netas de CO2.
Resumiendo, yo creo que los biocombustibles son una buena idea, si
cumplieran tres premisas.
• Primera, no restar comida.
• Segunda, no aumentar la superficie cultivada.
• Tercera, producirse con los propios biocombustibles para evitar
emisiones netas de CO2.

Son restricciones exigentes, pero inevitables. Y que no solucionan el
problema de sustituir el petróleo, pero que pueden dar un 10% de
alivio. Y es que es probable que el futuro no esté hecho de una
solución, sino de un mosaico de ellas. Y es posible que los
biocombustibles sean parte de la solución. O quizá no. Por eso te
cuento. Para que puedas saber y tomar buenas decisiones.

Fuente: http://tinyurl.com/yj4ma9y

Existen biocombustibles de primera generación. Que emplean los mismos
productos vegetales que nosotros comemos o que damos al ganado. Se
trata de materiales fáciles de procesar y relativamente baratos. Pero
no cumplen con la primera premisa. Nos quitan comida y presionan sobre
los precios de la que no nos quitan. Y para evitar esos daños aparecen
los biocombustibles de segunda generación.

Los de segunda generación, o celulósicos, emplean residuos vegetales.
Serrín y restos de construcción, residuos agrícolas y cultivos leñosos
de crecimiento rápido. Estos materiales son abundantes, baratos y no
deberían afectar a la producción de alimentos. Tampoco son inocuos,
ojo, que muchos de ellos deberían terminar fertilizando suelos
(especialmente los residuos agrícolas). Pero a las alturas que
estamos, lo inocuo no existe.

¿Cuánto petróleo ahorrarían? En EE.UU., los autores calculan que la
biomasa celulósica de aquel país servirá para sustituir la mitad del
consumo de combustibles para automoción. Y a nivel mundial, aunque es
más difícil de calcular, es posible que la biomasa celulósica total
pueda equivaler a entre 1 y 5 veces la producción mundial anual de
petróleo de 2009 (unos 30.000 millones de barriles). Un enorme
potencial.

Pero… Ha habido avances, sí, aunque faltan las técnicas definitivas.
La materia prima es la celulosa. Que está hecha de glucosa, pero
dispuesta de tal manera que forma una esqueleto molecular rígido,
intrincado. Curioso que no podamos comer con provecho la celulosa,
aunque esté hecha de lo mismo que el azúcar. Y es que en ella, las
glucosas están ordenadas de forma diferente. Sí, sí, la celulosa es
una molécula digna de conocer (te la cuento pronto, prometido).

Fuente: http://tinyurl.com/yfd9qv3

Ya existía una vieja técnica, de principios del siglo XX. Que, además,
se usó profusamente durate la Segunda Guerra Mundial por el ejército
alemán para convertir carbón en petróleo, por las dificultades de
suministro que tenían. Si se trata la celulosa a altas temperaturas, y
se añade oxígeno, rinde un gas, llamado syngas, rico en CO, H2 y
alquitranes. El cual puede convertirse en combustible líquido mediante
un proceso denominado de Fischer-Tropsch. es un procedimiento bien
conocido, pero resulta caro y consume mucha energía.

Otra posibilidad es calentar la celulosa a menos temperatura
(300-600ºC) en un entorno libre de oxígeno. Eso rinde biopetróleo y un
residuo sólido parecido al carbón. el biopetróleo no es como el
petróleo geológico. Es mucho más ácido y menos calorífico. Tan ácido
que dejaría inservibles los motores. Por tanto, habría que refinarlo.
Por cierto, que este método también acepta residuos animales. De
hecho, en una refinería ubicada en Texas se logran 45.000 litros
diarios de diésel a partir de los residuos orgánicos de mataderos, y a
buen precio.

Hay una variante de este método que somete a la celulosa a
temperaturas de 500ºC durante un segundo. Eso la descompone en
moléculas pequeñas, aún rícas en O. Elemento que abunda en la celulosa
y que hay que quitar si se quiere producir combustible (hecho, sobre
todo, de C y H). Eso se logra con catalizadores que producen
gasolinas. El proceso dura unos 14 segundos pero aún está por
desarrollar una planta prototipo.

Todos esos tratamientos han de mejorarse antes de volverse prácticos,
comerciales. Deben romper la celulosa de modo barato, sin producir
materiales tóxicos, con bajo consumo de energía, rindiendo
concentraciones elevadas de azúcares fermentables y aptos para
convertirlos en biocombustibles, y a costes competitivos con el
petróleo. Y, por desgracia, aún no han cumplido esos requisitos. Todos
y cada uno.

Sí hay una técnica que es prometedora (AFEX, la llaman). Cocer bajo
presión la biomasa a 100ºC, con amoniaco. Cuando se reduce la presión
el amoniaco se evapora y se retira, con lo que sólo queda la mezcla de
azúcares, con un rendimiento del 90%. Y a partir de ella, se obtendrá
el biodiesel.

En resumen, las técnicas están cerca de ser comerciales y hay que ir
mirando los problemas desde ya. Principalmente el problema de la
competencia entre biocombustibles y comida. Ante esa disyuntiva el
mercado no sabe hacer las cosas bien, no es un buen tomador de
decisiones. Porque el mercado sabe asignar recursos de modo eficiente
para la producción, pero no para que un recurso llegue a todos. El
mercado sabe establecer precios, pero el precio marca el límite entre
los que tendrán el recurso y los que no.

Y la comida es imprescindible en un mundo de más de 6.000 millones de
personas. Coger un coche no.

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Desechos orgánicos urbanos, energía del futuro

Sin duda, la palabra "basura" ha significado y para mucha gente aún
significa algo despectivo, algo que carece de valor y de lo que hay
que deshacerse, sin embargo, la conversión de los desechos urbanos en
energía es posible con el uso de nuevas tecnologías como la digestión
anaerobia.

Esta tecnología, llevada a cabo en plantas de metanización, permite
aprovechar el potencial energético de los residuos y contribuye a la
reducción significativa de la cantidad de materia orgánica llevada a
los vertederos, que se traduce en una menor emisión incontrolada de
metano.

EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA

La digestión anaerobia es un proceso biológico complejo en el que la
materia orgánica, en ausencia de oxígeno y mediante la acción de
distintos grupos de microorganismos, se descompone en biogás (55-80%
de metano, 20-45% de dióxido de carbono, 0-5% de hidrógeno, sulfuro de
hidrógeno y otros gases) y en digestato, que es una mezcla de
productos minerales (nitrógeno, fósforo, potasio y calcio, entre
otros) y compuestos de difícil degradación. En la digestión anaerobia
de la materia orgánica se distinguen cuatro fases: hidrólisis, o
acidogénesis), acetogénesis y metanogénesis.

1. Hidrólisis:

Los compuestos orgánicos complejos, no pueden ser utilizados
directamente por los microorganismos a menos que se hidrolicen en
compuestos solubles que puedan atravesar la membrana celular. La
hidrólisis es, por tanto, el primer paso necesario para la degradación
anaerobia de substratos orgánicos complejos.
• Los glúcidos son hidrolizados a azúcares.
• Las proteínas son hidrolizadas a aminoácidos.
• Los lípidos son degradados a ácidos grasos de cadena larga y glicerol.

2. Fermentación acidogénica

Las bacterias acidificantes transforman la materia orgánica disuelta,
originando una gran variedad de productos de fermentación. Los
productos finales son principalmente ácidos grasos volátiles (acetato,
propionato, butirato, succinato), así como pequeñas cantidades de
ácido láctico, etanol, dióxido de carbono e hidrógeno.

3. Acetogénesis:

Mientras que algunos productos de la fermentación acidogénica pueden
ser metabolizados directamente por los microorganismos metanogénicos
(hidrógeno y acetato), otros (valeriato, butirato, propionato, algunos
aminoácidos, etc.) necesitan ser transformados por las bacterias
acetogénicas en productos más sencillos (acetato, dióxido de carbono e
hidrógeno), para que sirvan de sustrato a las metanogénicas.

4. Metanogénesis:

Es la etapa final del tratamiento, que implica dos tipos de
reacciones, aquellas en las que el dióxido de carbono y el hidrógeno
se combinan para producir metano y agua, y las que convierten el
acetato en metano y dióxido de carbono.
Los microorganismos metanogénicos pueden ser considerados como los más
importantes dentro del consorcio de microorganismos anaerobios, ya que
son los responsables de la formación de metano y de la eliminación del
medio de los productos de los grupos anteriores, siendo, además, los
que dan nombre al proceso general de biometanización.

APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS

La digestión anaerobia se produce de forma natural cuando se dan las
condiciones adecuadas. A nivel industrial se puede controlar la
reacción para optimizar el proceso y aprovechar el biogás desde el
punto de vista energético: debido a su alto contenido en metano, tiene
un poder calorífico alto (entre 4500 y 6500 kcal/m3), por lo que salvo
por el contenido en H2S, es un combustible ideal.

Las aplicaciones energéticas principales del uso del biogás son las
eléctricas y las térmicas, aunque se pueden dar las dos conjuntamente
en instalaciones de cogeneración, siendo ésta una de las aplicaciones
más racionales que se puede hacer del biogás. Por lo general, la
electricidad se vende a la red y el calor se emplea en el propio ciclo
industrial para el calentamiento de los digestores o en otros procesos
que requieran calor.

El biogás se emplea con menos frecuencia para la iluminación (mediante
lámparas especiales), para la obtención de trabajo mecánico (a través
de motores) y para la calefacción (mediante quemadores y estufas
adaptadas). Por otra parte, el uso del biogás para vehículos es
posible, pero se encuentra muy limitado por una serie de problemas
técnicos, logísticos y de seguridad.

Actualmente las principales limitaciones del proceso, es decir, los
elevados costes y la baja productividad, impulsan la necesidad de
futuras investigaciones encaminadas a mejorar el proceso de digestión
anaerobia contribuyendo no solo a la disminución de contaminantes como
el metano, sino también a la producción de fuentes de energía
renovables como el biogás.

BIBLIOGRAFÍA

[1] BIO-METHANE & BIO-HYDROGEN. Status and perspectives of biological
methane and hydrogen production. Dutch Biological Hydrogen Foundation.

[2]CIEMAT. La Biomasa como fuente de Energía y Productos para la
Agricultura y la Industria.

[3]Flotats,X., Bonmatí,A., y Seró, M. Clasificación de tecnologías de
digestión anaerobia. Aplicación al aprovechamiento energético de
residuos ganaderos.

[4]Hakemian AS et al. The biochemistry of methane oxidation. Annu Rev
Biochem. 2007; 26:223-41

[5]Knapp C. W. et al. Methane monooxygenase gene expression mediated
by methanobactin in the presence of mineral copper sources. 2007

[6]Schäfer, G. et al. Bioenergetics of the Archaea. Microbiology and
molecular biology reviews. 1999, p. 570-620

[7]Valentine, D.L. et al. New perspectives on anaerobic methane
oxidation.Enviromental Microbiology. 2000 477-484

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EES SECCION:1

Procesos de producción de enzimas para detergentes

Bacillus licheniformis
¡Las enzimas limpian la ropa! Hoy en día las enzimas, presentes en
numerosos procesos industriales, también forman parte de las
actividades domésticas [1]. Efectivamente, tu detergente contiene
minúsculas cantidades de enzimas que se encargan del trabajo sucio,
quitar las manchas. Aquellas manchas que contienen proteínas, como las
de vino tinto, café o tomate, son difíciles de eliminar, ya que no se
disuelven en agua con facilidad y a elevadas temperaturas tienden a
actuar como un pegamento en las fibras textiles de la ropa arrastrando
consigo otros componentes y dificultando su extracción.

Fue el alemán Otto Röhm quien, en 1913 lanzó el primer detergente
enzimático de la historia, Burnus, basado en un extracto de páncreas
de cerdo que contenía tripsina, una enzima del aparato digestivo. Para
comprobar su eficacia Otto y su mujer lo utilizaron para lavar su ropa
interior, descubriendo que era excelente. El detergente Burnus fue
algo revolucionario, se comercializaba en forma de pastilla y la
enzima era tan eficaz que sólo hacia falta emplear una pequeña
cantidad de producto.

En la década de los 60, el 80% de todos los detergentes de lavandería
contenía ya enzimas, fundamentalmente proteasas, encargadas de digerir
las proteínas que provocan la suciedad. La empresa Novo Nordisk fue la
primera en comercializar una de estas enzimas limpiadoras: Alcalaseâ.
A finales de los 80 el mercado de los detergentes enzimáticos estaba
copado por proteasas, pero poco a poco se fueron introduciendo otras
enzimas como lipasas, amilasas y reductasas.

Las ventajas que presenta la aplicación de estas enzimas en la
industria de detergentes son:

•Mejora del rendimiento de lavado

•Reducción de los costes energéticos y el consumo de agua

•Bajo impacto ambiental, son biodegradables

•Cortos periodos de lavado

•Limpieza total

Muchas de estas enzimas son producidas a partir de bacterias
alcalófilas, especialmente Bacillus licheniformis que produce la
conocida enzima subtilisina. Presentan un pH óptimo entre 9 y 10 de
tal forma que permanecen activas en la solución del detergente.

La forma de obtención de subtilisina a nivel industrial puede
describirse de forma sencilla a través de los siguientes pasos:

•Las células de B. licheniformis se introducen en un tanque denominado
biorreactor, con una capacidad entre 10.000 y 50.000 L, que
proporciona el oxígeno necesario para vivir mediante un mecanismo de
agitación.

•Allí se alimentan de una mezcla de almidón, harina de soja y proteína
de leche.

•Comienzan a crecer y a las 10-20 horas se observa que excretan la
proteasa al medio.

Estructura subtilisina

Por último la separación y concentración de la proteasa se lleva a
cabo mediante centrifugación seguida de ultrafiltración.

En los últimos años, el desarrollo de la Enzimología combinado con el
de la Ingeniería Genética ha conducido a lo que hoy se conoce como
Ingeniería de enzimas o proteínas. Consiste en modificar una enzima
existente o crear una nueva enzima con las propiedades específicas
deseadas a través de las técnicas de modificación del material
genético.

Bibliografía:

[1] http://www.adox-sa.com.ar/la/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=103

[2] Enzimas y proteínas de interés industrial. Universidad de Zaragoza. España

[3] Susan Aldridge (1999): "El hilo de la vida. De los genes a la
ingeniería genética" Cambridge University Press. Madrid.

[4] http://darwin.usal.es/profesores/pfmg/sefin/MI/tema24MI.html.

[5] http://masabadell.wordpress.com/2009/03/18/636/

[6] http://www.slideshare.net/Zuleika86/metagenmica-y-sus-aplicaciones-industriales-presentation.

[7]https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2004/2/BT53C/1/material…/51235

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Nanotecnología y medicina

A nadie se le escapa que la Nanotecnología es una ciencia que está
empezando a ocupar un espacio relevante en nuestra sociedad. Los
medios de comunicación, las administraciones públicas, las
universidades y los centros de investigación hacen referencia
constantemente a esta rama de la ciencia que se ocupa de lo "nano", es
decir, del control del comportamiento y de la estructura fundamental
de la materia en el ámbito atómico y molecular. A escala nanométrica,
los principios de la física y las propiedades de los materiales que se
observan son normalmente distintos, siendo necesario recurrir a la
física cuántica para poder entender ese nuevo comportamiento. Son,
precisamente, los efectos cuánticos los que van a permitir desarrollar
nuevos materiales y procesos.

La nanotecnología es ya una realidad y actualmente existen en el
mercado varios productos desarrollados a través de las
nanotecnologías. Se tratan de productos sanitarios (vendajes, válvulas
cardíacas,…), pinturas resistentes al rallado, lociones solares y
telas antiarrugas y anti-manchas.

De entre todos los materiales nanotecnológicos disponibles, cabe
destacar los nanotubos de carbono por sus aplicaciones actuales y su
gran futuro. Los nanotubos de carbono, similares a pequeñas láminas de
grafito enrolladas con diámetros nanométricos y longitudes del orden
de micras, son materiales únicos con propiedades mecánicas,
eléctricas, ópticas, térmicas y químicas excepcionales que los hacen
aptos para mejorar numerosos productos ya existentes e incluso para
generar otros nuevos.

Muchos son los productos que actualmente se benefician de los
nanotubos de carbono, como las pantallas planas que utilizan los
nanotubos como emisores de campo o el refuerzo de accesorios
deportivos como raquetas de tenis o bicicletas.

Tanto es así, que Bayer inauguró en febrero de este año la fábrica de
nanotubos de carbono más grande del mundo. La nueva planta, situada en
el parque químico de Leverkusen, ha costado 22 millones de euros y
tiene una capacidad de producción anual de 200 toneladas de Baytubes,
los nanotubos de carbono de Bayer. En 2007, Bayer puso en
funcionamiento una planta piloto similar a esta con capacidad para
producir 60 toneladas de Baytubes con lo que se convirtieron en una de
las pocas empresas de todo el mundo capaces de fabricar a escala
industrial nanotubos de carbono. Los Baytubes se usan en diversas
áreas, por ejemplo añadidos a termoplásticos para darles más
conductividad o al aluminio con lo que este eleva enormemente su
dureza (www.baytubes.com).

En medicina, los nanotubos de carbono se plantean como una promesa
revolucionaria Aunque todavía no hay aplicaciones reales, el esfuerzo
investigador en esta área es muy grande dado el enorme potencial que
poseen para realizar diferentes funciones. Destaca la investigación
para la liberación de fármacos: medicamentos encapsulados en el
interior de nanotubos de carbono podrían ser ingeridos y transportados
a través del torrente sanguíneo hasta el punto donde tienen que ser
administrados. Además de conseguir así gran efectividad en los
medicamentos, se evitarían los efectos secundarios presentes en la
mayoría de los fármacos que tomamos actualmente, mejorando la calidad
de vida de personas sometidas a agresivos tratamientos contra ciertas
enfermedades como el cáncer. Además se evitarían las inyecciones
periódicas, pues el nanotubo se puede incorporar vía oral y viaja
hasta el lugar exacto donde el medicamento tiene que hacer su función.

Los nanotubos de carbono son sustancias adecuadas para ser portadores
de fármacos porque:

- no interaccionarían con éste, conservando por tanto su integridad
- son suficientemente resistentes como para no ser alterados durante
el tránsito por el interior del cuerpo
- por el hecho de estar formados por carbono, sustancia básica en el
organismo, es de esperar que sean totalmente biocompatibles y que
pudieran descomponerse y excretarse después de liberar el fármaco.
- hay estudios que demuestran que el reducido tamaño de los nanotubos
de carbono los capacita para penetrar en el interior de las células,
requisito necesario para esta aplicación.

Por tanto, los nanotubos de carbono dejarían obsoletas terapias
farmacológicas tradicionales que implican resistencias o efectos
secundarios.

Bibliografía:
- María Jesús Rivas Martínez, José Román Ganzer y María Luisa Cosme
Huertas del Círculo de Innovación en Materiales, Tecnología
Aeroespacial y Nanotecnología. Informe de Vigilancia Tecnológica
madri+d "Aplicaciones actuales y futuras de los nanotubos de carbono".
Página 21-66.
-Kam, N.W., et al. Carbon nanotubes as multifunctional biological
transporters and near-infrared agents for selective cancer cell
destruction. Proceedings of the National Academy of Sciences doi:
102(33):11600-5 (2009)
-http://www.nanotubosdecarbono.com/
-http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/diccionario/nanotubos.htm

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Microchips en el diagnóstico del cáncer

La metástasis es la principal causa de muerte en pacientes con cáncer.
Para alcanzar otros órganos lejanos, las células tumorales deben
acceder al torrente sanguíneo, y así viajar hasta otros tejidos. Por
ello, detectar y estudiar las células circulantes tumorales (en
inglés, CTCs) en la sangre de pacientes con cáncer mediante un método
poco invasivo permitiría caracterizar y monitorizar el desarrollo de
la enfermedad, así como detectar procesos metastásicos en sus fases
iniciales, de una forma mínimamente agresiva para el paciente. Su baja
concentración en sangre (1 de cada 109 células sanguíneas) hace
difícil su aislamiento, por lo que numerosos grupos de investigación
centran actualmente sus esfuerzos en diseñar sistemas para detectar y
aislar CTCs de sangre de pacientes.

Este mismo año, un grupo de científicos españoles del Instituto de
Acústica (CSIC), del Hospital General Universitario de Elche
(Alicante) y del Centro de Investigaciones Tecnológicas IKERLAN
(Guipúzcoa), ha publicado un microchip para separar estas células de
la sangre mediante ultrasonidos (1). El dispositivo consiste en un
chip de plástico con una canal central por el que pasa la sangre
mientras se aplican ultrasonidos de forma transversal. Según explican
los autores, "La fuerza de radiación que ejerce la onda ultrasónica
provoca que las células tumorales, que se distinguen del resto por su
tamaño y densidad, sean conducidas hasta ese punto, y posteriormente,
recolectadas". Las CTCs no son alteradas por este sistema, lo que
permite que posteriormente sean analizadas.

Recientemente, un grupo de investigadores del Massachusetts General
Hospital (Boston) ha publicado también el diseño de un nuevo
micro-chip para aislar CTCs (2). En este caso, el dispositivo, que
denominan HB-Chip, está montado sobre un cristal y recubierto en su
interior por anticuerpos frente a la molécula de adhesión de células
epiteliales (EpCAM), que aparece expresada en la mayoría de células de
carcinoma. Este sistema mejora el CTC-Chip que diseñaron en 2007
científicos del mismo grupo (3), mediante la generación de un sistema
de ranuras en espiga que genera un flujo turbulento para facilitar el
acceso de las células a los anticuerpos, aumentando el porcentaje de
células capturadas. La apertura del sistema permite también un fácil
acceso a las células retenidas para posteriores estudios.

Estos sistemas y otros muchos continúan actualmente en estudio para
mejorar su eficiencia y permitir su utilización clínica a gran escala.
Según explica Itzíar González (CSIC), el análisis de muestras de
biopsias son el mejor método de estudiar un tumor, pero este tipo de
dispositivos permitirían detectar las fases tempranas de la
enfermedad, lo que es difícil de realizar en el caso de las biopsias.
Por tanto, la aplicación de forma rutinaria de chips que aislen CTCs
permitirá el diagnóstico del cáncer de forma precoz y la aplicación de
un tratamiento más apropiado a cada paciente.

Referencias:
1.González I. et al. (2010) A polymeric chip for micromanipulation and
particle sorting by ultrasounds based on a multilayer configuration.
Sensor and Actuators B: Chemical 144(1): 310-317.
2. Stott S.L. et al. (2010) Isolation of circulating tumor cells using
a microvortex-generating herringbone-chip. PNAS 107(43):18392-18397.
3.Nagrath S. et al. (2007) Isolation of rare circulating tumour cells
in cancer patients by microchip technology. Nature
450(7173):1235-1239.
4.http://www.plataformasinc.es/esl/Noticias/Desarrollan-un-microchip-ultrasonico-para-separar-celulas-tumorales-de-la-sangre
5. http://www.sciencedaily.com/releases/2010/10/101012151242.htm

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La Biotecnología aplicada a la Medicina

Si empezamos por el principio, se debe definir qué es la Biotecnología
y cuales pueden ser sus aplicaciones. Así pues, la Biotecnología
consiste en la utilización de seres vivos sencillos (bacterias y
levaduras) y células eucariotas en cultivo, cuyo metabolismo y
capacidad de biosíntesis se utilizan para la fabricación de sustancias
específicas aprovechables por el hombre. La Biotecnología permite,
gracias a la aplicación integrada de los conocimientos y técnicas de
la bioquímica, la microbiología, la ingeniería química, y, sobre todo,
la ingeniería genética, aprovechar en el plano tecnológico las
propiedades de los microorganismos y los cultivos celulares. Permiten
producir a partir de recursos renovables y disponibles en abundancia
gran número de sustancias y compuestos.

Se ha producido un claro avance en este campo quedando claramente
diferenciadas la Biotecnología tradicional de la moderna. La
Biotecnología tradicional empleaba microorganismos, como bacterias,
levaduras y mohos, para producir diferentes alimentos, como el pan,
queso, vino o cerveza. En cambio, hoy en día utiliza microorganismos
modificados genéticamente, mediante técnicas de Ingeniería Genética.

Una breve definición de Ingeniería Genética: es una parte de la
Biotecnología que se basa en la manipulación de genes para obtener
sustancias específicas aprovechables por el hombre. Se trata de aislar
el gen que produce la sustancia, e introducirlo en otro ser vivo que
sea más sencillo (y barato) de manipular; lo que se consigue es
modificar las características hereditarias de un organismo de una
forma dirigida por el hombre, alterando su material genético.

Si nos paramos a pensar en las aplicaciones la lista se hace infinita,
ya que se puede aplicar en muy distintos campos como alimentación,
agricultura, ganadería, medio ambiente o medicina. Una de sus
aplicaciones en medicina más esperanzadora es la Terapia Génica, que
permite tratar a personas con enfermedades genéticas. Mediante este
tipo de terapia se puede curar enfermedades debidas a la presencia de
un gen defectuoso. La técnica empleada consiste en introducir el gen
sano en el individuo y que luego sus células produzcan la proteína que
necesita. Este es el método que se emplea para el tratamiento de
enfermos con fibrosis quística (enfermedad producida por un gen
recesivo). En 1989 se identificó el gen causante de la misma, lo que
permite determinar, mediante un análisis de DNA, si una persona es
portadora o no.

Por ejemplo, una de las principales vías de investigación actuales es
la de marcar genéticamente a las células tumorales de un cáncer para
que el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra
ellas. Esta técnica se puede aplicar en enfermedades con alta
incidencia, con el beneficio que eso reporta, como cáncer (melanoma,
riñón, ovario, colon, leucemia, pulmón, hígado, próstata,…), fibrosis
quística, hipercolesterolemia, hemofilia, artritis reumatoide,
diabetes o VIH.

Hay muchas proteínas con un alto interés médico y económico, como
antibióticos, enzimas, hormonas (insulina, hormona del crecimiento,
eritropoyetina, …), vacunas (vacunas comestibles), proteínas
sanguíneas (seroalbúmina, factores de coagulación,…), interferón, y un
largo etcétera. Dando un paso más entramos en el campo de la
nano-Biotecnología mediante el cual se puede acceder a nuevos
tratamientos locales, que no afectan el organismo entero, por ejemplo
en los trasplantes de médula ósea, la investigación con células madre,
la terapia genética, el cáncer o la hemólisis.

De esta forma resulta posible trabajar con sistemas de diagnóstico cada vez más
diminutos para seleccionar células determinadas. Así, por ejemplo, en
el tratamiento del cáncer de mama, con la ayuda de partículas
magnéticas se pueden eliminar células malignas aisladas y la paciente
evitaría así una intervención quirúrgica. La nano-Biotecnología se
considera la ciencia clave del siglo XXI, que promete progresos
revolucionarios y nuevas terapias. La Biotecnología es una ciencia en
auge, de la que se hacen eco políticos, periodistas, farmacéuticas,
médicos y la sociedad en general. Por ello, es de gran utilidad la
realización de congresos y encuentros entre diferentes profesionales
que aportan diferentes puntos de vista. Uno que se celebró
recientemente (5 de noviembre de 2010) fue el organizado por el CIEMAT
(Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y
Tecnológicas) y que tuvo por título "Curso de Biotecnología aplicada a
la Salud". En él se abordó , por ejemplo, el uso de fármacos
biotecnológicos (los cuales emulan a factores biológicos naturales con
la finalidad de potenciar o inhibir un efecto biológico determinado),
que representan el 20 por ciento del total de medicamentos disponibles
en el mercado y el 50 por ciento de los nuevos fármacos en desarrollo.
También hubo especial interés en nuevos anticuerpos monoclonales,
proteínas recombinantes o vacunas.

Referencia Bibliografía:
–www.porquebiotecnologia.com.ar
–www.lavozlibre.com
–www.salud.com
–http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/Genetica2/contenido4.htm
–www.educacion.es
– "Biotecnología aplicada a la Medicina" J.F.Tresguerres, Jesús
A.Fernández-Tresguerres
Hernández. Ediciones Díaz de Santos, 2003.

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Estimulación de la contracción muscular con proteínas fotosensibles

Investigadores de la Universidad de Stanford han sido capaces de
inducir contracción muscular utilizando luz. En el estudio se
utilizaron ratones genéticamente modificados cuyas neuronas estaban
cubiertas con proteínas fotosensibles.

Esto permite a los científicos reproducir con más precisión la orden
de contracción muscular, lo que lo convierte en una valiosa
herramienta de investigación. También creen que ésta técnica podría
algún día tener aplicaciones prácticas desde la recuperación de
movimiento en miembros por daño espinal o cerebral, hasta combatir la
espasticidad de una parálisis cerebral.

El estudio se publicó el 26 de Septiembre de 2010 en Nature Medicine.
Se empleó una tecnología llamada "Optogenetics", la cual se basa en
insertar un gen de algas (Chlamydomonas reinhardtii y Volvox carteri)
en el genoma de los animales de laboratorio. Éste gen codifica para
una proteína que es fotosensible y se sitúa en la superficie de la
membrana de las neuronas; así al iluminarlas con una determinada
longitud de onda, se excitan y provocan la contracción de los músculos
inervados.

Es la primera vez que se utiliza la tecnología "Optogenetics"
(inventada en la Universidad de Stanford para otro estudio) en el
sistema nervioso periférico de mamíferos.

Las neuronas motoras parten de la médula agrupadas formando nervios
hasta alcanzar los músculos (cada neurona inerva un conjunto de
células musculares formando una unidad motora).

Las unidades motoras pueden ser de distinto tamaño, las pequeñas, que
tan sólo inervan varias fibras (células) musculares, o las grandes,
que inervan cientos de ellas. Las pequeñas son las que se contraen
antes y sus músculos son los que realizan actividades de precisión,
como coser, dibujar y tardan más en agotar las reservas de glucógeno.
Las grandes, son las que mueven los músculos más potentes, los que
consumen rápidamente dichas reservas.

Las tentativas anteriores de restaurar la función motora perdida
usando secuencias programadas de impulsos eléctricos que se introducen
a través de un cinturón colocado alrededor de un nervio, han permitido
a las personas que padecen parálisis, caminar algunos minutos.
Desafortunadamente, las fibras de los nervios grandes tienen más
respuesta que las pequeñas al estímulo eléctrico, así los músculos se
contraen de forma incorrecta, primero los músculos potentes y luego
los de precisión, por eso se produce tal fatiga después del
movimiento.

Para el estudio publicado en la revista, el autor principal, Michael
Llewellyn, PhD del laboratorio de Delp, formó un cinturón óptico de
diodos alineados que podían colocarse alrededor de los nervios
ciáticos de los ratones cuyas neuronas exponían en su membrana los
fotorreceptores. Los LED emitían breves impulsos de luz azul a una
intensidad suficientemente alta como para penetrar profundamente en el
nervio, asegurando que todas las fibras que lo formaban, eran
perfectamente estimuladas. De este modo se observó que el orden de
contracción fue el adecuado, tal y como se produce en condiciones
normales.

Usando varias medidas, los investigadores comprobaron que la
estimulación óptica conservaba un tercio de la fuerza inicial tras 20
minutos de estimulación y que la estimulación eléctrica dejaba los
músculos exhaustos a los 4 minutos. Esto es debido a que las fibras
que inervan los músculos de precisión, se estimulan más fácilmente con
luz que con la estimulación eléctrica directa.

El objetivo es introducir en humanos los genes para obtener membranas
neuronales fotosensibles e implantar cinturones fotosensibles por
microcirugía en los nervios dañados, de este modo permitir mediante
impulsos de luz controlados por ordenador, que los pacientes puedan
recuperar la funcionalidad perdida.

Referencia Bibliografica:

http://bioengineering.stanford.edu/
http://www.stanford.edu/group/dlab/optogenetics/
http://www.nature.com/nm/journal/vaop/ncurrent/pdf/nm.2228.pdf
-Zhang F, Gradinaru V, Adamantidis AR, Durand R, Airan RD, de Lecea L,
Deisseroth K. Optogenetic interrogation of neural circuits: technology
for probing mammalian brain structures. Nat Protoc. 2010;5(3):439-56.
Epub 2010 Feb 18
-Michael E Llewellyn, Kimberly R Thompson, Karl Deisseroth & Scott
LJournal name:. Orderly recruitment of motor units under optical
control in vivo. Nature MedicineVolume: 16 ,Pages: 1161–1165Year
published: (2010)

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La papa y la biotecnología

La conservación in vitro, los marcadores moleculares y las técnicas de
recombinación del ADN están creando nuevas oportunidades en la
producción y elaboración de la papa.

La industria de la papa ha aprovechado los más importantes
descubrimientos recientes sobre la genética, la fisiología y la
patología de la planta.

La micropropagación está ayudando a los países en desarrollo a
producir tubérculos "semilla" económicos y libres de enfermedades, e
incrementar la productividad.

Los marcadores moleculares ayudan a encontrar las características
convenientes que hay en las colecciones de papas, lo que contribuye al
mejoramiento de las variedades.

La determinación de la secuencia del genoma completo de la papa, que
está en elaboración, aumentará considerablemente el conocimiento y la
posibilidad de entender las interacciones genéticas y las
características funcionales.

Las variedades modificadas genéticamente pueden producir cosechas más
estables, ofrecer una mayor calidad nutricional y facilitar los usos
no alimentarios industriales, pero es necesario evaluarlas con cuidado
antes de su comercialización.

Los nuevos instrumentos de la biología molecular y los cultivos de
células han permitido a los científicos entender mejor la
reproducción, el desarrollo y la producción de tubérculos en la papa,
la interacción de esta planta con las plagas y las enfermedades, y la
forma en que afrontan las presiones ambientales. Estos adelantes han
ofrecido a la industria de la papa nuevas oportunidades al incrementar
la producción de papa, enriquecer su valor nutritivo y permitir una
variedad de usos no alimentarios del almidón de la papa, como en la
producción de polímeros de plástico.

Producción de material de propagación de gran calidad

A diferencia de otros de los principales cultivos, las papas se
reproducen en forma vegetativa, como clones, lo que garantiza una
propagación estable, "auténtica". Sin embargo, los tubérculos que se
toman de plantas enfermas transmiten la enfermedad a las plantas que
generan. Para evitarlo, el tubérculo que se usa como semilla tiene que
producirse en condiciones de estricto control de las enfermedades, lo
que encarece el costo del material de propagación y, de esta manera,
limita su disponibilidad para los agricultores de los países en
desarrollo.

La micropropagación o propagación in vitro ofrece una solución
económica al problema de la presencia de patógenos en la papa semilla.
Las plántulas se pueden multiplicar un número ilimitado de veces
cortándolas en fracciones y sembrando estos cortes. Con las plántulas
se pueden producir pequeños tubérculos en almácigas o transplantarse
al terreno, donde crecen y producen papas semilla económicas y sin
enfermedades. Esta técnica es muy popular y se utiliza comercialmente
en muchos países en desarrollo y países en transición. En Viet Nam,
por ejemplo, la micropropagación manejada directamente por los
agricultores contribuyó a la duplicación de las cosechas en pocos
años.

Protección e investigación de la diversidad de la papa

La papa tiene la diversidad genética más abundante de cualquier otra
planta cultivada. Los recursos genéticos de las papas de los Andes
sudamericanos incluyen variedades silvestres, especies autóctonas
cultivadas, variedades producidas por los agricultores locales e
híbridos de plantas cultivadas y plantas silvestres. Contienen una
gran cantidad de características importantes, como la resistencia a
plagas y enfermedades, valor nutritivo, gusto y adaptación a
condiciones climáticas extremas. Constantemente se recogen, clasifican
y conservan en bancos de genes, y algunas de sus características se
introducen en líneas comerciales de papas mediante cruzamiento.

Para proteger las colecciones de variedades, así como las variedades
silvestres y las cultivadas de posibles enfermedades y brotes de
plagas, los científicos utilizan distintas técnicas de
micropropagación para mantener muestras de papa in vitro, en
condiciones estériles. Las accesiones se estudian intensivamente con
marcadores moleculares, las secuencias del ADN que se localizan en
lugares específicos de los cromosomas del genoma y se transmiten a
través de las leyes normales de la herencia.

Obtención de variedades mejoradas

La genética y la herencia en las papas son complejas y la creación de
variedades mejoradas mediante el cruzamiento tradicional es difícil y
toma mucho tiempo. Hoy se utilizan mucho las técnicas de marcado
molecular basadas en el cribado y otras técnicas moleculares, con el
fin de mejorar y ampliar los métodos tradicionales utilizados para
producir la papa. La aplicación de marcadores moleculares a las
características de interés permite determinar los rasgos convenientes
y simplifican la selección de variedades mejoradas. Estas técnicas se
aplican actualmente en diversos países en desarrollo y países en
transición, y se prevé que en los próximos años se comenzarán a
comercializar algunas de estas variedades.

El Potato Genome Sequencing Consortium (Consorcio para la secuencia
del genoma de la papa) está avanzando mucho en el trazado de la
secuencia completa del ADN del genoma de la papa, lo que enriquecerá
el conocimiento de los genes y proteínas de esta planta y de sus
características funcionales. Los adelantos técnicos en materia de
genómica estructural y funcional de la papa, y la capacidad de
integrar los genes de interés en el genoma de la papa, han
incrementado la posibilidad de transformación genética de esta planta
con tecnologías de recombinación del ADN. A principios del decenio de
1990, en el Canadá y los Estados Unidos se comercializaron variedades
transgénicas resistentes al escarabajo de la papa y a enfermedades
virales, y seguramente saldrán a la venta en el futuro otras
variedades mejoradas.

Las variedades transgénicas de papa permiten aumentar la productividad
y la producción, y crear nuevas oportunidades para uso no alimentario
industrial. Sin embargo, es necesario ponderar con atención todos los
aspectos relacionados con la bioseguridad y la inocuidad antes de
ponerlas en el mercado.

Glosario

cultivo celular: in vitro growth of cells isolated from multi-cellular
organisms;

genómica funcional: investigación que trata de determinar expresión e
interacciones génicas en el genoma;

genoma: dotación completa de material genético (genes y secuencias no
codificantes) que contiene cada célula del organismo;

secuenciación genómica: procedimiento para determinar la disposición
exacta de los elementos que constituyen el ADN de un organismo;

modificado genéticamente: transformado por la inserción de uno o más transgenes;

in vitro: en un medio artificial (se aplica, por ejemplo, a células,
tejidos u órganos cultivados en contenedores de cristal o plástico);

micropropagación: multiplicación miniaturizada in vitro o regeneración
del material vegetal bajo condiciones ambientales controladas y
asépticas;

biología molecular: estudio molecular de los procesos que tienen lugar
en los seres vivos;

marcador molecular: marcador genético que se utiliza en la tecnología
de los ácidos nucleicos;

característica: una de las muchas propiedades que definen a un organismo;

transgén: secuencia génica aislada que se utiliza para transformar un
organismo. A menudo, pero no siempre, el transgén proviene de una
especie distinta a la del receptor.

Referencia bibliografica:

http://www.potato2008.org/es/lapapa/biotecnologia.html

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Diagnóstico por imagen empleando espectrometría de masas

En medicina las nuevas tecnologías contribuyen enormemente al
diagnóstico de muchas enfermedades. Técnicas como la resonancia
magnética nuclear de imagen o TAC están en boca de todos. Sin embargo
en algunos casos es insuficiente. Esto se incrementa en el campo de la
anatomía patológica donde en enfermedades como el cáncer un buen
estudio del tejido es fundamental para realizar un buen diagnóstico.
En los últimos años, las tecnologías avanzadas tales como microarrays
de expresión génica, la proteómica, la proyección de imagen molecular,
metabolómica, y lipidómica han acelerado la investigación en biología
molecular y la medicina molecular. Con ellas las diferencias
moleculares y genéticas entre los seres humanos se han identificado
para proporcionar importantes información de diagnóstico o pronóstico.

Los patólogos, una especialidad dentro de la medicina que queda oculta
a los ojos del paciente, son unos expertos estudiando los diferentes
tejidos. Pero diariamente se enfrentan a diferentes problemas dentro
de su complejidad. El uso de las nuevas tecnologías ha abierto un
camino para poder solventar parte de esos problemas. Una de ellas es
la espectrometría de masas con fuente MALDI que se ha puesto a su
servicio para poder diferenciar y diagnosticar diferentes enfermedades
como cáncer, la enfermedad de Parkinson o trastornos
neuropsiquiátricos. La especificidad molecular y la sensibilidad de la
espectrometría de masas son ideales para el mapeo directo con la
proyección de la imagen de biomoléculas presentes en el tejido. En
diferentes estudios se ha utilizado esta tecnología con éxito para
obtener la distribución de las proteínas y metabolitos en cortes de
tejido. La distribución de proteínas o metabolitos puede ser una
herramienta crucial para el diagnóstico, la detección temprana y
compresión de la enfermedad.

El análisis mediante los disparos de un láser sobre el tejido basta
para obtener un perfil proteico. La muestra es depositada en un
portaobjetos y se añade mediante spray un ácido que actúa como matriz
para ayudar a ionizar a los diferentes compuestos presentes. Además
con esta técnica una vez puesta a punto el tiempo de duración del
análisis de un tejido es menor respecto a otras técnicas utilizadas.
Es una ayuda no sólo para obtener perfiles de los compuestos presentes
sino también para localizar una determinada masa y ver su distribución
el tejido estudiado. Por ejemplo, podemos observar la distribución de
la insulina en el páncreas y comparar un páncreas sano con uno
patológico. Para ello sólo se necesita el tejido congelado sin
tratamiento previo, siendo así compatible con otros estudios comunes
en el estudio de dichas muestras.

Bibliografía

Inutan ED, Richards AL, Wager-Miller J, Mackie K, McEwen CN, Trimpin
S. Mol Cell Proteomics. 2010 Sep 20

Lee do Y, Bowen BP, Northen TR. Biotechniques. 2010 Aug;49(2):557-65.

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Biotecnología de plantas

Durante siglos la humanidad ha introducido mejoras en las plantas que
cultiva a través de la selección y la hibridación (polinización
controlada de plantas). La biotecnología vegetal es una extensión de
esta tradición con una diferencia: la biotecnología vegetal permite la
transferencia de una mayor variedad de información genética de una
manera más precisa y controlada mediante la selección de un gen o unos
pocos genes deseables.

Las plantas representan un enorme potencial para las aplicaciones de
la ingeniería genética. Presentan como ventaja que tienen un alto
poder regenerativo, en muchos casos una sola célula puede regenerar la
planta completa, y pueden expresar genes de mamíferos, por lo que se
pueden utilizar como biorreactores para producir proteínas,
carbohidratos o lípidos de origen animal.

La biotecnología de plantas abarca campos muy variados; se
comercializan plantas resistentes a enfermedades o plagas,
reduciéndose la necesidad del uso de pesticidas agroquímicos; también
se han diseñado plantas resistentes a sequías y temperaturas extremas,
o aptas para crecer en suelos ácidos y/o salinos, o resistentes a
herbicidas, lo que permite eliminar malezas sin afectar el cultivo;
además, se ha diseñado variantes con una capacidad mayor para fijar
nitrógeno, lo que reduce el uso de fertilizantes. Una de las
aplicaciones más demandada de la biotecnología vegetal es la mejora de
la calidad nutricional, generando alimentos enriquecidos en
aminoácidos, vitaminas, minerales o determinados ácidos grasos. Por
último, cabe destacar las modificaciones realizadas para obtener
cosechas más tempranas regulando la velocidad de maduración de frutos;
esto permite un proceso de postcosecha y transporte de más larga
duración sin que lleguen los alimentos al consumidor en estados
avanzados de madurez.

Uno de los ejemplos de alimentos modificados genéticamente (gm) que se
cultivan hoy en día es la soja resistente a glisofato, el componente
activo de un herbicida; esta resistencia permite la utilización del
herbicida sin afectar el cultivo, haciendo que se alcancen niveles de
productividad mayor. Otro ejemplo es el maíz resistente a glufosinato,
componente activo de un herbicida, y a ostrinia nubilabis, un insecto
que horada el tallo de la planta destruyéndola.

Las cosechas resistentes a plagas ha sido una de las aplicaciones más
exitosas de la ingeniería genética en la agricultura, ya que reducen
considerablemente los riesgos y los costes derivados de la utilización
de pesticidas. Además, esta tecnología ofrece protección individual a
la planta transgénica, biodegradabilidad del compuesto e independencia
de las condiciones climáticas en su efectividad.

Hoy en día se conocen más de 40 genes, muchos de ellos de origen
bacteriano, que confieren resistencia a insectos. Uno de los más
utilizados es la toxina producida por Bacillus thuringiensis; cuando
esta bacteria esporula en la superficie de la hoja, produce unos
cristales que se convierten en péptidos tóxicos al ser atacados por
las proteasas del tracto intestinal de las larvas y orugas; las orugas
que ingieren la toxina quedan paralizadas.

La toxina Bt en plantas transgénicas debe expresarse a niveles
elevados para proporcionar la protección adecuada contra las plagas.
La transformación del gen Bt en el genoma nuclear proporciona bajos
niveles de expresión, mientras que la introducción en el genoma de los
cloroplastos proporciona niveles altos. Aunque la transfección en el
genoma de los cloroplastos es más complicado, se ha conseguido llevar
a cabo. Además, presenta la ventaja de que los plastidios se heredan
por vía materna; así pues, el trasgen del polen de los cultivos
transgénicos no se dispersará a plantas no transgénicas, es decir, no
se producirá lo que denomina "contaminación genética" de los cultivos
transgénicos a los orgánicos. La especificidad de la toxina Bt contra
especies concretas de insectos presenta la ventaja de que los efectos
en otros organismos del ecosistema son mínimos.

Se han probados otras proteínas para el empleo como insecticidas, como
el inhibidor alfa-amilasa, algunas lectinas, la toxina A de P
luminiscens, la enzima colesterol oxidasa, avidina, citocromo P450
oxidasa y UDP-glicosiltransferasa, algunos compuestos volátiles y
ARNi. Algunos de ellos son en la actualidad objeto de estudio,
mientras que otros se han descartado por producir anormalidades en la
planta transgénica o por inducir una respuesta del sistema inmune en
los ratones alimentados con estas plantas.

La producción de plantas transgénicas debe cumplir unos requisitos
legales nacionales que evalúa, entre otras cosas, la seguridad de los
alimentos para el consumo.

Muchos países desarrollados se han opuesto a esta tecnología alegando
el rechazo a la manipulación genética; otros, sin embargo, alegan
motivos económicos, ya que el esfuerzo económico que se requiere para
adquirir estas plantas transgénicas no se ve recompensado.

En los países desarrollados se mira más el aspecto económico que las
ventajas que puedan ofrecer estas plantas transgénicas en el medio
ambiente. Para que esta tecnología pueda continuar con su desarrollo,
se necesitaría un cambio de actitud en el gobierno del país, en las
empresas que lo mantienen económicamente y en la población.

Bibliografía:
Izquierdo M (2001). Ingeniería Genética y transferencia génica. Ed.
Pirámide. Madrid

La granja del doctor Frankenstein I. Video-documental.
http://documentalesatonline.blogspot.com/2008/02/la-granja-del-drfrankenstein-1-y-22007.html

Gatehouse J. A. (2008) Biotechnological Prospects for Engineering
Insect-Resistant Plants. Plant Psichology 146: 881-887

NOMBRE:Alexander Sayago maldonado C.I:16232455
EES seccion:1

Diagnóstico por imagen empleando espectrometría de masas

En medicina las nuevas tecnologías contribuyen enormemente al
diagnóstico de muchas enfermedades. Técnicas como la resonancia
magnética nuclear de imagen o TAC están en boca de todos. Sin embargo
en algunos casos es insuficiente. Esto se incrementa en el campo de la
anatomía patológica donde en enfermedades como el cáncer un buen
estudio del tejido es fundamental para realizar un buen el
diagnóstico. En los últimos años, las tecnologías avanzadas tales como
microarrays de expresión génica, la proteómica, la proyección de
imagen molecular, metabolómica, y lipidómica han acelerado la
investigación en biología molecular y la medicina molecular. Con ellas
las diferencias moleculares y genéticas entre los seres humanos se han
identificado para proporcionar importantes información de diagnóstico
o pronóstico.

Los patólogos, una especialidad dentro de la medicina que queda oculta
a los ojos del paciente, son unos expertos estudiando los diferentes
tejidos. Pero diariamente se enfrentan a diferentes problemas dentro
de su complejidad. El uso de las nuevas tecnologías ha abierto un
camino para poder solventar parte de esos problemas. Una de ellas es
la espectrometría de masas con fuente MALDI que se ha puesto a su
servicio para poder diferenciar y diagnosticar diferentes enfermedades
como cáncer, la enfermedad de Parkinson o trastornos
neuropsiquiátricos. La especificidad molecular y la sensibilidad de la
espectrometría de masas son ideales para el mapeo directo con la
proyección de la imagen de biomoléculas presentes en el tejido. En
diferentes estudios se ha utilizado esta tecnología con éxito para
obtener la distribución de las proteínas y metabolitos en cortes de
tejido. La distribución de proteínas o metabolitos puede ser una
herramienta crucial para el diagnóstico, la detección temprana y
compresión de la enfermedad.

El análisis mediante los disparos de un láser sobre el tejido basta
para obtener un perfil proteico. La muestra es depositada en un
portaobjetos y se añade mediante spray un ácido que actúa como matriz
para ayudar a ionizar a los diferentes compuestos presentes. Además
con esta técnica una vez puesta a punto el tiempo de duración del
análisis de un tejido es menor respecto a otras técnicas utilizadas.
Es una ayuda no sólo para obtener perfiles de los compuestos presentes
sino también para localizar una determinada masa y ver su distribución
el tejido estudiado. Por ejemplo, podemos observar la distribución de
la insulina en el páncreas y comparar un páncreas sano con uno
patológico. Para ello sólo se necesita el tejido congelado sin
tratamiento previo, siendo así compatible con otros estudios comunes
en el estudio de dichas muestras.

Bibliografía

Inutan ED, Richards AL, Wager-Miller J, Mackie K, McEwen CN, Trimpin
S. Mol Cell Proteomics. 2010 Sep 20

Lee do Y, Bowen BP, Northen TR. Biotechniques. 2010 Aug;49(2):557-65.

NOMBRE:Alexander Sayago Maldonado C.I:16232455
EES SECCION:1