En términos generales, la biotecnología se
puede definir como un conjunto de técnicas en que se utilizan
organismos vivos, partes de ellos o moléculas derivadas de organismos
vivos para fabricar o modificar productos. además, comprende aquellas
técnicas de modificación genética de variedades
de plantas, animales o microorganismos para su utilización con
un propósito específico.
las principales disciplinas que se aplican en el ámbito de la biotecnología son
la microbiología, la bioquímica y la ingeniería genética.
La biotecnología posee la capacidad de cambiar
la comunidad industrial del siglo xxi debido a su potencial para
producir cantidades prácticamente ilimitadas de:
· Sustancias de las que nunca se había dispuesto antes
· Productos que se obtienen normalmente en cantidades pequeñas
· Productos con costo de producción mucho menor que el de los
fabricados por medios convencionales
· Productos que ofrecen mayor seguridad que los hasta ahora
disponibles
· Productos obtenidos a partir de nuevas materias primas más
abundantes y baratas
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.
Areas de aplicación
Los aportes de la biotecnología para
apoyar los procesos productivos de la industria alimentaria y
agroalimentaria se enfocan a dos grandes líneas prioritarias de investigación:
1. tecnología enzimática y
biocatálisis
2. alimentos genéticamente modificados
1. tecnología enzimática 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 son 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 entraday 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)
· 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
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 alimentarias.
· 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 alimentos. Detección e
identificación de bacterias patógenas por pcr.
2. 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 en 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)
· 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
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. 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, subalimentación, 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
alimentaria 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 africa, 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 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.
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