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Biotecnología enzimática

La biotecnología suele definirse como un conjunto de técnicas en las que se utilizan organismos vivos  o moléculas derivadas de ellos para fabricar y modificar productos. Por ejemplo, se emplean técnicas de modificación genética en variedades de plantas, animales y microorganismos para propósitos muy variados.

Más concretamente,  la biotecnología de alimentos investiga los procedimientos de elaboración de productos alimenticios mediante la utilización de procesos biológicos y enzimáticos. La demanda de alimento global ha contribuido además a que aumente la necesidad de cultivos mejorados. En este sentido la biotecnología permite producir alimentos más nutritivos y de mejor sabor, rendimientos más altos de cosechas, así como  plantas que se protegen naturalmente contra enfermedades, insectos y condiciones adversas. Estos alimentos genéticamente modificados (transgénicos) permiten seleccionar un rasgo genético específico de un organismo e introducir ese rasgo en el genoma del organismo fuente del alimento, mediante ingeniería genética. De esta manera se han desarrollado  gran cantidad de cultivos para alimentación con rasgos beneficiosos específicos (vitaminas, resistencias a enfermedades), sin evidencia de rasgos indeseables.

El área de la biotecnología llamada biotecnología enzimática trabaja en el campo de las fermentaciones en el procesamiento de alimentos, así como en la mejora genética de microorganismos para su aplicación a la producción de proteínas y enzimas de uso alimentario. Veamos un ejemplo típico.

El yogurt

Nos centraremos en la fabricación del yogurt. Se trata de un derivado lácteo obtenido mediante la fermentación bacteriana de la leche. Esta clase de biotecnología existe desde tiempos remotos,  tenemos  pruebas de la elaboración de estos productos lácteos en culturas que existieron hace 4500 años, en los comienzos de la Edad del Bronce. Los primeros yogures surgieron probablemente a partir de la fermentación espontánea  debido a la acción de alguna bacteria del interior de las bolsas de piel de cabra usadas como recipiente de transporte.

Señalemos que la fermentación es la transformación de una sustancia orgánica (generalmente un carbohidrato) en otra utilizable, mediante un proceso metabólico mediado por la acción de microorganismos o enzimas que provocan reacciones de oxidación-reducción. Las fermentaciones pueden clasificarse en: anaeróbicas, si se producen en ausencia de aire, o aeróbicas, en presencia de oxígeno.  Actualmente, en la industria fermentativa se utilizan tanques de fermentación en condiciones perfectamente controladas de temperatura y presión que permiten regular constantemente la entrada y salida de productos.

Aparte de las fermentaciones lácticas  que acabamos de mencionar, en la industria de alimentos son también importantes la del azúcar ( formación de alcohol etílico) para la elaboración de vino,  cerveza y sidra, y la del alcohol, (producción de ácido acético) en la elaboración del vinagre.

¿Qué son los “bifidus”?

Todos hemos oído, ya sea por insistencia publicitaria en la televisión o en la prensa, el efecto beneficioso de los llamados bifidus del yogurt. Precisamente lo saludable del yogurt radica en su contenido en Lactobacillus Bífidus que repuebla la flora bacteriana intestinal, previniendo la aparición de bacterias poco deseables causantes de putrefacciones e infecciones, mientras que la acidez del ácido láctico favorece el crecimiento de las colonias beneficiosas de Lactobacillus.

Pero no todo el ácido láctico es asimilable. De hecho, en el yogurt original, el 50% de las moléculas de este compuesto era levógira y el otro 50% dextrógira. Por  tanto, no encaja con nuestro sistema enzimático y no puede ser debidamente asimilada, siendo su destino la eliminación renal.

Los avances en biotecnología alimentaria han permitido desarrollar un yogurt con Bífidus activos, es decir, con todo el ácido láctico dextrógiro y, por lo tanto, asimilable. Ahora bien, los lactobacillus van disminuyendo pasadas 24 horas desde su preparación, siendo por tanto su caducidad muy corta.

Más aún, no todo lo publicitado es tan maravilloso. Recientemente una conocida marca fue reprendida por publicidad engañosa en relación con una determinada gama de yogures: en su etiqueta enumeraba las virtudes de una nueva variedad de bifidus que supuestamente ayudaba a regular el tránsito intestinal. Posteriormente se comprobó que ninguno de ellos existe desde el punto de vista microbiológico. Eran todos nombres inventados por el departamento de marketing.

Líneas de investigación en el ámbito de las fermentaciones

Hoy sabemos que la biotecnología posee un amplísimo rango de aplicación en la industria de alimentos, ofreciendo los medios para producir los alimentos con mejor calidad y de una forma más segura para la salud y el medio ambiente. Su desarrollo promete generar innovaciones y mejoras conduciendo a prácticas agrícolas más ecológicas, contribuyendo así a una agricultura sostenible.

Entre las principales líneas de investigación podemos mencionar las siguientes:

  • Mejora genética de microorganismos. Obtención de cepas recombinantes de microorganismos mediante técnicas de ingeniería genética. Se obtienen microorganismos tales como levaduras industriales que poseen una mayor adaptación y eficacia en los procesos fermentativos, o bacterias capaces de producir determinadas enzimas de utilidad en el procesado de alimentos.
  • Producción de proteínas y enzimas de uso alimentario. A partir de células microbianas se producen enzimas que tienen una actividad enzimática determinada. Estas enzimas pueden transformar el azúcar en polímeros, hidrolizar la lactosa de la leche para hacerla más digerible, utilizarse en enología, etc.
  • Optimización, economía y diseño de procesos enzimáticos. Nuevos procedimientos que aumentan el rendimiento y abaratan los costes de producción.

Guillermo Mejias

¿Qué genes quiere en su melón?

Como ha publicado recientemente El País (20 septiembre 2006) el profesor Pere Puigdomenech, director del Laboratorio de Genética Molecular Vegetal CSIC-IRTA, ha presentado los resultados de su grupo de investigación en el 8º Congreso Internacional de Biología Molecular de Plantas celebrado recientemente en Adelaida, Australia. Con la identificación del gen que permite a la planta del melón resistir el ataque del virus de la mancha necrótica, se avanza un poco más en el conocimiento de la genética de las especies vegetales. Sin duda, mejorar la genética y, de ello, las condiciones de cultivo y características de determinadas especies vegetales comestibles puede hacer un gran bien a la humanidad.

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Como dice el prof. Puigdomenech: “Es un gen muy interesante porque evita que la maquinaria de extensión del virus se ponga en marcha. Con él tendremos un marcador molecular efectivo para abordar la mejora genética de la especie. Esta investigación surgió de una necesidad que nos expresaron desde el sector agrícola.

Para otra especie comestible (sobre todo en Valencia y cocinada en unos recipientes característicos….), se está avanzando también mucho; como dice Narayana M. Upadhyaya , moderador de la session de genética del arroz: “The availability of complete sequences of the rice and Arabidopsis genomes, the respective model species for dicot and monocot plants, marks the entry of plant science into a new era of Plant Functional Genomics where the emphasis is on identifying functions for each of the expected 25,000-50,000 plant genes. Plant functional genomics is now a major driving force of change and a great challenge to the scientific community. Genome-wide research tools, resources and approaches such as data mining for structural similarities, gene expression profiling at the RNA level with expressed sequence tags (ESTs), microarray and DNA chip-based analyses, gene expression profiling at the protein level (proteomics), gene knockouts or loss of function studies with naturally-occurring alleles, induced deletion mutants and insertional mutants, and gene expression knock-down (gene silencing) studies with RNAi have become integral parts of Plant Functional Genomics. Rice has been chosen as a model cereal for functional genomics by the international scientific community, not only because it is a major world food crop but also because of its small genome (~430 Mb, which is the smallest among cereal genomes), the ease with which it can be transformed, its well-understood genetics with detailed genome physical maps and dense molecular markers and because of the existence of great similarities in gene sequence, gene structure, gene order and gene function among all the cereals and grasses.”

Además, en la entrevista en El País, se reconocen las dificutades que tienen los jóvenes investigadores e investigadoras en ejercer la carrera científica. En palabras de Pere Puigdomenech, “A los investigadores que vuelven del extranjero con el programa Ramón y Cajal no se les da un horizonte más allá del contrato de cinco años, que pasan muy rápido. Pero, ¿cómo van a ofrecer horizontes los responsables de la política científica si muchos de ellos apenas están dos años en su puesto? Es una lástima, porque hay pocos trabajos tan hermosos como la investigación y puede ocurrir que las nuevas generaciones renuncien a la carrera científica si ven que no tiene perspectiva.” Entre todos tenemos que colaborar para generar, atraer y mantener el talento científico en España.

 

La Sra. Namurunda, supongo…

Si algún día vagan perdidos por los confines de Africa y encuentran por sorpresa una fructífera granja, deberían preguntar si aquella granja es de la Sra. Namurunda.

La historia cuenta que en un rincón del Africa subsahariana vivía una madre soltera con cuatro hijos, granjera, que gracias al uso de la biotecnología agrícola fue capaz de resistir la sequía y condiciones ambientales adversas para conseguir levantar una explotación agrícola con éxito suficiente como para dar una buena educación a sus hijos, e incluso exportar su producción a los países del Este.

Lástima que sólo es una historia ficticia, creada por Gordon Conway y Gary Toeniessen, por aquel entonces en la Fundación Rockefeller, y publicada en la revista Science el 21 de febrero del 2003. El artículo generó numerosas críticas, quizá por su ingeniudad o quizá por su gran ambición. Una de las críticas más duras las recibió de Sheila Jasanoff profesora de Ciencia y Tecnología en la John F. Kennedy School of Governance en la Universidad de Harvard ya que decía que el texto daba una imagen excesivamente imperialista.

No cabe duda que a biotecnología puede ayudar a paliar el hambre en el mundo. El problema quizá es cómo hacerlo. Y cuanta razón tenía el poeta…..”Morir de hambre es el más amargo de los destinos” Homero, La Odisea.

Alimentos transgénicos

Determinadas especies vegetales pueden ser manipuladas genéticamente para mejorar su calidad, su durabilidad e incluso para soportar condiciones adversas del entorno. En nuestro entorno, estas variedades vegetales pueden aportar determinadas cualidades que aportan un valor al producto. En los países en vías de desarrollo, con una población carente de suficientes alimentos, y con una climatología adversa, sería posible implantar cultivos de especies transgénicas que puedan producir cosechas para alimentar a una parte importante de la población.

  • ¿Estaría de acuerdo en que se financiaran proyectos de investigación e innovación tecnológica en este sentido?
  • ¿Aprueba la introducción en nuestros mercados de productos vegetales modificados genéticamente?
  • ¿Cuáles son, en su opinión, los principales impedimentos a desplegar cultivos transgénicos que ofrezcan cosechas a los pueblos más desfavorecidos?
  • ¿Por qué?