La biotecnología de ayer y la biotecnología del mañana

Debido a su implicancia en numerosos campos, incluidos la medicina, el medio ambiente, la producción de alimentos y la agricultura, la biotecnología ha ganado recientemente una importancia significativa.

Este campo, que combina la tecnología y la ingeniería con otras ciencias como la biología, la química y la matemática, ha revolucionado la forma en la que comprendemos y trabajamos con los seres vivos y ha creado un potencial inmensurable para mejorar tanto nuestra calidad de vida y la de nuestro planeta.

El empleo de microorganismos para la fermentación de alimentos, como la fabricación de cerveza y pan, se remonta a miles de años atrás. Es posible que nuestros antepasados desconocieran lo que estaba pasando en ese momento, sin embargo, la biotecnología ha existido desde entonces. Este campo no tuvo un desarrollo significativo hasta el siglo XX donde se convirtió en una ciencia moderna. El descubrimiento de la estructura del ADN en 1953 por James Watson y Francis Crick, basado en la investigación de Rosalind Franklin, fue uno de los puntos de inflexión más significativos, ya que proporcionó el marco para el estudio de la genética y la ingeniería genética.

Avances médicos que fueron posibles gracias a los avances biotecnológicos a lo largo del siglo anterior, claro ejemplo el de la síntesis de insulina recombinante, que se usa para tratar la diabetes. Antes de este desarrollo, se usaban cientos de páncreas de cerdo para extraer una pequeña cantidad de insulina que solo era parcialmente compatible con las necesidades humanas.

Sin embargo, las bacterias genéticamente modificadas pueden fabricarla en grandes cantidades como resultado de la ingeniería genética. Es así como la insulina se volvió más accesible, significativamente menos costosa y se evitaron las respuestas alérgicas causadas por la insulina animal.

El desarrollo de tratamientos, que permiten la corrección de trastornos genéticos mediante la inyección de material genético “bueno” en las células enfermas, fue otro avance importante. El uso de este método en el tratamiento de enfermedades como la distrofia muscular y la fibrosis quística ha dado resultados alentadores. Además, la biotecnología ha desempeñado un papel fundamental en la creación de medicamentos de última generación, incluidos los anticuerpos monoclonales que se utilizan para tratar los trastornos autoinmunes y el cáncer.

Vemos expectantes los avances de la biotecnología contemporánea en los últimos años. Por ejemplo, el método CRISPR-Cas9 para la edición del genoma ha cambiado por completo la eficacia y precisión con la que podemos modificar y corregir genes. Esto mantiene la esperanza para los próximos años, ya que tiene la capacidad de erradicar los genes que causan enfermedades hereditarias, mejorar la resistencia de los cultivos a plagas y enfermedades e incluso corregir fallas genéticas.

La esfera de la agricultura también se ha beneficiado mucho del uso de la biotecnología. Los cultivos ahora pueden ser más productivos, más resistentes a las condiciones ambientales adversas y menos dependientes de los pesticidas y en su lugar utilizar microorganismos de biocontroladores. Estos avances ayudarán sin duda a resolver el problema alimenticio de un mundo en constante crecimiento.

Finalmente, no podemos dejar de mencionar que la biotecnología también tiene parte en que hoy por hoy ya no debamos utilizar mascarillas y que el COVID-19 haya pasado a un segundo plano, pues las vacunas mRNA son unas de las mejores exponentes de la biotecnología de punta.

El potencial de la biotecnología es intrigante en el futuro. En campos como la terapia génica y la medicina personalizada, se prevé que el progreso sea más rápido y sustancial durante la siguiente década. Las nuevas tecnologías que nos ayudarán a comprender la genómica y la proteómica de lo que ocurre en nuestras células y en las de otros organismos nos seguirá asombrando y qué mejor día para emocionarse con todo esto que hoy, 16 de junio, día del ingeniero biotecnólogo, cuando podemos ya anticipar que la biotecnología seguirá generando descubrimientos y aplicaciones que nos ayudarán a percibir nuestro planeta y la humanidad de una manera más optimista.

¡A por más ciencia y biotecnología!

La biotecnología de las microalgas y su importancia en la salud

Los microorganismos están en todos los ambientes que nos rodean, muchos de ellos pueden sintetizar compuestos que pueden mejorar nuestra salud, como son los compuestos producidos por las microalgas. Estos microorganismos crecen transformando la energía del sol en energía química a través de la fotosíntesis y nos brindan alrededor del 50% del oxígeno disponible en nuestro planeta; además, poseen una alta tasa de crecimiento, fijan el dióxido de carbono eficientemente y asimilan otros compuestos sencillos para producir biomasa con una eficacia de hasta cuatro veces mayor a la de las plantas vasculares.

Desde un punto de vista productivo, las microalgas se cultivan actualmente bajo diferentes escalas para generar y procesar diversos productos de interés, como bioenergéticos para generar calor y electricidad; lo que contribuye a reducir las emisiones de CO2; así como, participar en el tratamiento de aguas residuales. Asimismo, se pueden obtener productos medicinales de alto valor añadido con aplicaciones en la nutrición y salud humana, acuicultura, cosméticos y biofertilizantes e inclusive, colorantes naturales cuya producción se puede llevar a cabo sin generar ningún impacto ambiental.

Uno de los componentes producido por las microalgas que ha llamado la atención en los últimos años es la astaxantina, este carotenoide presenta propiedades antioxidantes. Entre las investigaciones más destacadas de los últimos años, se sabe que este compuesto controla el estrés oxidativo; por lo que previene la degeneración y evita la pérdida de la visión relacionada con el envejecimiento; además, es un potente antiinflamatorio, es más, puede prevenir el cáncer de próstata y previene el cáncer de piel inducido por luz UV ya que aumenta la resistencia de la piel. La astaxantina, puede bloquear los efectos de las especies reactivas del oxígeno (ROS por sus siglas en inglés), suprimir la alteración y el daño en la piel humana.

Por lo antes mencionado, la astaxantina constituye un metabolito de gran interés tanto científico como comercial, ya que presenta numerosas propiedades beneficiosas en la industria farmacéutica y de alimentos.

Actualmente, existen más de 30 mil especies de microalgas, y solo unas cien de ellas, han sido estudiadas con detalle y solo alrededor de diez se explotan comercialmente. Por lo tanto, falta mucho por descubrir e investigar de este grupo de organismos fotosintéticos, también de las perspectivas para el uso en la industria biotecnológica y sobre todo para lograr una alta rentabilidad económica, que sea accesible para la sociedad y que sea amigable para el ambiente.

Nuestro grupo de investigación viene trabajando en los últimos años en las propiedades de la astaxantina como su efecto fotoprotector y antioxidante.  Esperamos que nuestras investigaciones traigan un impacto social positivo, ya que queremos fomentar los beneficios del consumo de astaxantina en la salud de la población.

Grupo de investigación en astaxantina.
Referencias

Gokare Ravishankar y Ranga Ambati (2021).Global Perspectives on Astaxanthin from Industrial Production to Food, Health, and Pharmaceutical Applications (1st Edition) Elsevier, USA.

Norma Estrada, Bertha Olivia Arredondo Vega, Alma G. Muñoz Guzmán (2022).Las microalgas, productoras de opciones sustentables para la salud, Biotecnología en movimiento N°28, UNAM, México.

La biotecnología en los residuos agrícolas y agroindustriales

El ingeniero Kevin Tejada, docente de la Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica, nos explica cómo se pueden transformar residuos en productos de alto valor comercial usando biotecnología.

El Perú necesita de soluciones basadas en biotecnología para aprovechar eficientemente potenciales fuentes de carbono que actualmente son considerados como desperdicios. Con algunos pretratamientos químicos, físicos o enzimáticos se pueden liberar componentes de interés y alto valor comercial.

La ingeniería biotecnológica también busca alternativas para el aprovechamiento de residuos agroindustriales. Nuestro país debe enrumbarse hacía la bioeconomía para dar valor a residuos agrícolas y agroindustriales.

La glucosa es la base para la producción de biocombustibles, como el bioetanol, que eventualmente se puede usar para reemplazar los productos químicos derivados del petróleo, como el etileno y el propileno, que se convierten en muchos productos, incluidos los plásticos, solventes, cosméticos y productos farmacéuticos, pero el costo de la biomasa utilizada para producir glucosa incrementa cada día más creando dificultades en la cadena de suministro. Mediante el uso no solo de la celulosa (polímero de glucosa) de la biomasa, sino también de múltiples componentes, como hemicelulosa, lignina, sílice e isoprenoide es posible reducir el costo de la glucosa en más del 30%.

Fuente: Tomado de Dwi Anggoro et al. (2015).

Las sustancias coproducidas que pueden compensar los costos incluyen pulpas y compuestos moleculares de sílice y lignina que se pueden usar para crear textiles y materiales similares al papel, y xilo-oligosacáridos, que se usan como prebióticos que alimentan la flora intestinal.

Además, los isoprenoides y los polifenoles se pueden extraer mediante destilación al vapor o con etanol y comercializarse como desinfectantes que combinan funciones antibacterianas, antivirales, antioxidantes y anti-UV.

Fuente: Resumen gráfico de Mund et al. (2021)

Mund et al. (2021) utilizaron biomasa de residuos foliares de piña como sustrato para la producción de biocombustibles de segunda generación. Al digerir biomasa con celulasa se alcanza hasta 43 % de generación de glucosa, mientras que los porcentajes de liberación de glucosa aumenta significativamente cuando la biomasa se somete a un pretratamiento de fraccionamiento de lignocelulosa con solvente orgánico y solvente de celulosa a base de ácido fosfórico antes de la hidrólisis, esto resulta en un 84% de generación de glucosa. Suponiendo una conversión del 100 % de glucosa en etanol, el rendimiento teórico de etanol sería 212 L a partir de 1 Ton de biomasa de hojas secas.

En la microrregión sur se generan toneladas de residuos agroindustriales como la cascarilla de arroz. Actualmente no se tiene un aprovechamiento adecuado de este residuo, sin embargo, aplicando procesos biotecnológicos podemos obtener glucosa y otros productos de alto valor comercial, que más adelante pueden ser sustratos para productos como biocombustibles. Debemos empezar a replantear el concepto de desecho y observar a detalle todos los componentes de interés que puede haber en ellos.

¡Es momento de impulsar la industria biotecnológica a través de la investigación, emprendimiento y transferencia tecnológica!

Referencias

Dwi Anggoro, D., Rispiandi, R., & Purwanto, P. (2015). Hydrolysis of eichhornia crassipes (eceng gondok) to glucose over sulfonated active carbon catalyst. Malaysian Journal of Fundamental and Applied Sciences, 11(2). https://doi.org/10.11113/mjfas.v11n2.368

Mund, N. K., Dash, D., Mishra, P., & Nayak, N. R. (2021). Cellulose solvent–based pretreatment and enzymatic hydrolysis of pineapple leaf waste biomass for efficient release of glucose towards biofuel production. Biomass Conversion and Biorefinery, 1–10. https://doi.org/10.1007/S13399-020-01225-8/FIGURES/6

El código del genoma humano por fin está completo

Nota escrita por el Ing. Fabrizio Johnson, docente de la Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica.

Hace algunas semanas la prestigiosa revista Science publicó el artículo de investigación The complete sequence of a human genome en el que reportaban el genoma humano en su totalidad.

La pregunta al momento fue: ¿El genoma humano ya no había sido publicado a inicios del siglo? Pues sí, se publicó un borrador que demandó mucho tiempo y dinero, y se estima que el trabajo conjunto a inicios del siglo logró reunir cerca de un 92% del genoma humano, pero quedó pendiente un 8 %.

Para ese entonces la tecnología con la que se contaba para poder secuenciar no era lo suficientemente sofisticada para obtener el genoma completo. Sin embargo, este primer avance, fue el primer paso para una amplia gama de investigaciones. Dentro de ellas, esta última publicada por varios investigadores a finales del mes de marzo. Los autores reportan que, esta vez el “mapa” está completo y sin espacios en blanco, lo cual ocasionará un tremendo impacto positivo en la ciencia puesto que permitirá tener un mejor entendimiento de las enfermedades, la diversidad y la evolución, según comenta la doctora Karen Miga.

Desde el punto de vista biotecnológico este es un gran avance que permitirá continuar con estudios que permitan generar más herramientas para en un futuro, identificar las variaciones genéticas en cada individuo y así poder proporcionar opciones y tratamientos personalizados, en caso de enfermedades, por ejemplo. Hoy por hoy, sabemos que no existe, como antes se denominaba el ADN basura (ADN no codificado), la publicación más reciente de Science cierra un hito importante en la ciencia y nos permite seguir soñando con los avances que podremos alcanzar en las siguientes décadas.

Mag. Willy Valdivia Carpio

Docente

Asignaturas

  • Biología General
  • Biología Celular y Molecular
  • Prácticas Preprofesionales
  • Elaboración de Cerveza Artesanal
  • Elaboración de Bebidas Destiladas

Formación Académica

  • Magíster en Marketing y Ventas – Universidad Nacional de San Agustín.
  • Ingeniero Biotecnólogo, Universidad Católica de Santa María.
  • Bachiller en Ingeniería biotecnológica, Universidad Católica de Santa María.
  • Estudios de Biotecnología en la Universidad Técnica de Berlín “TU-Berlín”.
  • Studienkollege en la Universidad Técnica de Berlín “TU-Berlín”.

Experiencia Profesional

  • Docente de la Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica de la Universidad Católica de Santa María.
  • Gerente General de BRENNEREI VALDIVIA EIRL, del 2017 al 2019.
  • Asistente de maestro cervecero en SCHOPPE BRÄU BERLIN, de 1996 al 2000.
  • Controlador de calidad en el área de alimentos en LUFTHANSA SKY, de 2000 al 2001.

Dr. Edilberto Medina Cabrera

Docente

Asignaturas

  • Biología Celular 1
  • Química Orgánica II
  • Fisiología Vegetal
  • Bioquímica Aplicada
  • Química Orgánica I
  • Prácticas Preprofesionales

Formación Académica

  • Doctor en Ciencias Naturales (Dr.rer.nat). Campus Straubing para la Biotecnología y Sostenibilidad – Universidad Técnica de Múnich, Straubing – Alemania.
  • Master en Biotecnología – Facultad de Química y Biociencias Moleculares – Universidad de Queensland, Brisbane – Australia.
  • Título Profesional de Ingeniería Biotecnológica (Mbiotech) – Universidad Católica de Santa María.
  • Bachiller en Ingeniería Biotecnológica – Universidad Católica de Santa María.

Experiencia Profesional

  • Docente y jefe de prácticas de la Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica – Facultad de Ciencias Farmacéuticas Bioquímicas y Biotecnológicas de la Universidad Católica de Santa María desde el 2022.
  • Docente y jefe de prácticas invitado de la Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica – Facultad de Ciencias Farmacéuticas Bioquímicas y Biotecnológicas de la Universidad Católica de Santa María, del 2020 al 2021.
  • Docente y jefe de prácticas invitado de la Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica – Facultad de Ciencias Farmacéuticas Bioquímicas y Biotecnológicas de la Universidad Católica de Santa María, del 2013 al 2015.
  • Jefe de prácticas invitado de la Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica – Facultad de Ciencias Farmacéuticas Bioquímicas y Biotecnológicas de la Universidad Católica de Santa María, durante el 2009.

Actividad antiviral de metabolitos de plantas peruanas contra el SARS-CoV-2: un enfoque in silico

Autores: Luis Daniel Goyzueta-Mamani 1, Haruna Luz Barazorda-Ccahuana1, Karel Mena-Ulecia 2,3 y Miguel Angel Chávez-Fumagalli 1.
1 Vicerrectorado de Investigación, Universidad Católica de Santa María, Arequipa, Perú.
2 Departamento de Ciencias Biológicas y Químicas, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, ​​Temuco, Chile.
3 Núcleo de Investigación en Bioproductos y Materiales Avanzados (BIOMA), Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, ​​Temuco, Chile.

Disponible en: <https://www.mdpi.com/1420-3049/26/13/3882>.

Resumen

Antecedentes: La pandemia de COVID-19 carece de tratamientos; por este motivo, sigue siendo necesaria la búsqueda de compuestos potenciales frente a dianas terapéuticas. Las herramientas bioinformáticas han permitido la detección rápida in silico de posibles nuevos metabolitos candidatos a partir de recursos naturales o la reutilización de los conocidos. Por lo tanto, en este trabajo, nuestro objetivo fue seleccionar candidatos fitoquímicos de plantas peruanas con potencial antiviral contra tres dianas terapéuticas del SARS-CoV-2. 

Métodos: Se aplicaron técnicas in silico, como el cribado virtual, el acoplamiento molecular, la simulación de dinámica molecular y la estimación de MM / GBSA.

Resultados: La rutina, un compuesto presente en plantas nativas peruanas, mostró afinidad contra tres dianas del SARS-CoV-2. La simulación de dinámica molecular demostró la alta estabilidad de los sistemas receptor-ligando durante el tiempo de la simulación. Nuestros resultados mostraron que el sistema Mpro-Rutin exhibió mayor energía libre de unión que PLpro-Rutin ySistemas de N -Rutina mediante análisis MM / GBSA. 

Conclusiones: Nuestro estudio proporciona información sobre metabolitos naturales de plantas peruanas con potencial terapéutico. Encontramos a Rutin como un candidato potencial con múltiples propiedades farmacológicas contra el SARS-CoV-2.

Biodepuración de aguas residuales domésticas, efluentes textiles y drenaje ácido de minas

Autores: Francisco Roque, Karla Diaz, Midwar Ancco, Daniela Delgado, Kevin Tejada.

Disponible en: <https://iwaponline.com/wst/article/77/5/1250/38565/Biodepuration-of-domestic-sewage-textile-effluents>.

Uno de los recursos naturales de gran importancia para el desarrollo de todas las actividades económicas y la supervivencia de los seres vivos es el agua. Sin embargo, las actividades antropogénicas están generando graves impactos en el medio ambiente. Por esta razón, las políticas de desarrollo internacional incluyen temas ambientales, metas sociales y promoción del mantenimiento y cuidado de este recurso (Whittington et al . 2005).

En la actualidad, el agua está siendo contaminada por el aumento de las actividades domésticas e industriales en nuestro entorno, generando cambios perjudiciales en los ecosistemas y la salud pública (Akar & Uysal 2010). La industria minera genera compuestos refractarios como contaminantes del agua debido a sus operaciones de extracción y refinación. Por ejemplo, el drenaje ácido de minas (AMD) contiene una alta concentración de metales pesados, lo que lo convierte en un contaminante potencial de los cuerpos receptores (Carrero et al. 2015). Además, las fábricas textiles generan efluentes que contienen diferentes tipos de tintes sintéticos que incluso en concentraciones mínimas pueden causar impactos ambientales en los cuerpos de agua (Panic & Velickovic 2014; Sahinkaya et al. 2016). Finalmente, el crecimiento demográfico mundial está provocando un aumento excesivo de las descargas de aguas residuales domésticas (DS) en alcantarillas municipales y sanitarias. Estas descargas contaminan ríos y lechos de los ríos cuando no son tratados adecuadamente (Ghorbel et al. 2017).

Diferentes tecnologías de electrocoagulación convencional (Mamelkina et al. 2017) y no convencionales (biorremediación y nanotecnología (Anjum et al. 2016; Ma et al. 2016)) para el tratamiento de aguas residuales se utilizan con diferentes niveles de eficiencia en muchos países del mundo. Sin embargo, es importante desarrollar nuevas tecnologías de tratamiento de aguas residuales que pueden reducir la energía y utilizar agroindustria materiales de desecho, tales como el uso de múltiples tipos de almidones modificados de diferente origen, como se informa en la literatura ( Dahri et al 2014.; Rangabhashiyam y Selvaraju 2015 ).

Los tubérculos de papa (Solanum tuberosum) son el tercer alimento más consumido en el mundo, según informes emitidos por organismos peruanos especializados como el Centro Internacional de la Papa. El procesamiento industrial y doméstico de patatas en todo el mundo genera cáscaras y descartes como residuos en grandes cantidades. Contienen una amplia variedad de compuestos orgánicos como el almidón, cuyos gránulos se encuentran en diferentes estados de integridad, según método de pelado (Schieber & Saldaña 2009). El almidón es el polímero biodegradable vegetal más abundante compuesto por amilosa y amilopectina. Estos componentes confieren propiedades potenciales para su modificación física y química con aplicaciones de depuración de aguas residuales (Carvalho et al 2003.; Alvaniet al. 2011).

El almidón se puede considerar como un precursor de diferentes materiales semisintéticos como los hidrogeles (HG) que pueden eliminar y purificar las partículas suspendidas y disueltas en los cuerpos de agua, las cuales están contaminadas por hinchamiento y absorción física (Güçlü et al . 2009). El HG sin agua se define como xerogel. Además, tiene las mismas propiedades de HG, y nuevas características que le confieren la pérdida de moléculas de agua (Kenar et al. 2014; Buscio et al. 2015).

El objetivo principal de este estudio fue biodepurar tres tipos diferentes de efluentes residuales generados por las actividades antropogénicas locales más comunes, utilizando xerogel ecológico a base de almidón (XG) obtenido a partir de cáscaras de papa recicladas, que son subproductos de su industria. Procesando. Además, se analizaron y cuantificaron parámetros fisicoquímicos y metales pesados ​​para determinar la eficiencia XG y la capacidad de biodepuración.

Mag. Keny Davi Alvarado Quiroz

Docente

Asignaturas

  • Inmunología
  • Bioquímica II
  • Química Orgánica I

Formación Académica

  • Ingeniero Biotecnológico – Universidad Católica de Santa María.
  • Segunda especialidad en Ingeniería y Gestión Ambiental – Universidad Nacional de San Agustín.
  • Máster universitario en Gestión de la Prevención de Riesgos Laborales, la Excelencia, el Medio Ambiente, Gestión Industrial/de Ingeniería – Universidad Camilo José Cela, España.

Experiencia Profesional

  • Docente universitario en la Universidad Católica de Santa María.
  • Jefe de gestión de la calidad en PHARMACEUTICAL SOLUTIONS, de julio del 2017 a julio del 2018.
  • Coordinador de sistema integrados de gestión en OPTINNOVA, de diciembre del 2013 a marzo del 2016.
  • Practicante profesional asesor campo en Laive, de marzo a noviembre del 2013.
  • Practicante preprofesional en CINVESTAV, de julio a diciembre del 2011.
  • Practicante asistente de producción en COPEMUR, de marzo a mayo del 2011.