Biotecnología verde o agroalimentaria

Biotecnología verde o agroalimentaria Campo al que pertenece Biología Principales exponentes Charles Darwin y Gregor Mendel

Biotecnología verde o agroalimentaria. El sector de Biotecnología verde o agroalimentaria se divide en biotecnología agrícola, orientada a los procesos de cultivo, y en biotecnología alimentaría, centrada principalmente en los alimentos. La biotecnología verde contribuye a una agricultura más eficiente y sostenible poniendo a disposición de los productores diferentes herramientas. Un buen ejemplo de esta colaboración lo constituye el control biológico de plagas.

La Biotecnología alimentaría utiliza técnicas y procesos que emplean organismos vivos o sus sustancias para producir o modificar un alimento, mejorar las plantas o animales de los que provienen, o desarrollar microorganismos que intervengan en su elaboración. También participa en el control y seguridad de los alimentos que se ingieren.

Origen

La Biotecnología no es nueva: sus orígenes se remontan a los albores de la historia de la humanidad. Los ancestros primitivos iniciaron hace alrededor de 10.000 años, durante la Edad de Piedra, la práctica de utilizar organismos vivos y sus productos cuando comenzaron a mantener animales domésticos y a crecer plantas para su alimentación, en vez de depender únicamente en lo que pudieran cazar o recolectar.

Biotecnología moderna

La posibilidad que ofrece la "biotecnología moderna" es que presenta sistemas radicalmente novedosos para alterar o modificar las propiedades genéticas de los organismos en una forma totalmente dirigida. Por consiguiente, es un término nuevo que se ha dado a la evolución y recientes avances de la ciencia de la genética.

Aunque la mayor parte de la información que ha hecho posible el desarrollo de la tecnología del ADN recombinante, y por consiguiente los avances en la biotecnología moderna, ha sido lograda en las últimas 4-5 décadas, la historia realmente se inicia hace más de 130 años atrás, con las investigaciones independientes de Charles Darwin y Gregor Mendel. Las contribuciones de Darwin (considerado por algunos como el padre de la biología moderna), recibieron reconocimiento inmediato, aunque este reconocimiento no siempre era favorable. Darwin en sus estudios concluyó que las especies no son fijas e inalterables, sino que son capaces de evolucionar durante el tiempo, para producir nuevas especies.

Las investigaciones de Mendel revelaron las reglas básicas que controlan la herencia. Él originó el concepto del “gen”, aunque este término no se utilizó sino hasta comienzos del siglo XX. A pesar de que Mendel describió el comportamiento esencial de los genes, sus experimentos no revelaron la naturaleza química de las unidades de la herencia. Esto ocurrió hacia la mitad del siglo XX e involucró muchos trabajos de diferentes científicos de todo el mundo, durante varias décadas.

Técnicas biotecnológicas utilizadas

Las técnicas biotecnológicas utilizadas son comunes en los diferentes campos de aplicación de la biotecnología, estas se pueden agrupar en dos grandes grupos de técnicas: Cultivo de tejidos y Tecnología del ADN. La primera trabaja a un nivel superior a la célula (con sus componentes: membranas, cloroplastos, mitocondria, etc.) e incluye células, tejidos y órganos que se desarrollan en condiciones controladas. La segunda, involucra la manipulación de genes que determinan las características celulares (de plantas, animales y microorganismos), lo que significa el trabajar a nivel del ADN: Aislamiento de genes, su recombinación y expresión en nuevas formas y su transferencia a células apropiadas.

De acuerdo al campo de aplicación la biotecnología puede ser distribuida o clasificada en cuatro amplias áreas que interactúan, a saber:

• Biotecnología en salud humana y animal
• Biotecnología industrial
• Biotecnología vegetal
• Biotecnología agroalimentaria

División de la Biotecnología agroalimentaria

Se divide en biotecnología agrícola, orientada a los procesos de cultivo, y en biotecnología alimentaría, centrada principalmente en los alimentos. El primer término hace referencia a la aplicación de técnicas biotecnológicas para mejorar los cultivos mediante utilización de la ingeniería genética para defenderlos frente a las plagas, el frío o la sequía, o el uso de biofertilizantes para el crecimiento y desarrollo de las plantas.

El segundo concepto se relaciona con las técnicas y procesos que emplean organismos vivos o sustancias para producir o modificar un alimento, mejorar las plantas o animales de los que provienen o desarrollar microorganismos que intervengan en su elaboración, como por ejemplo, los alimentos funcionales, como los probióticos y prebióticos.

Por lo tanto, contribuye a mejorar la competitividad dentro de los sectores tanto agrícola como ganadero y forestal incrementando la resistencia y productividad de las especies tanto animales como vegetales, por cuanto se centra en la agricultura y producción forestal, la alimentación funcional, así como las tecnologías para el control alimentario.

Áreas 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

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 entrada y salida de productos. Los diversos tipos de fermentaciones en la industria de alimentos se pueden clasificar de la siguiente manera:

Fermentaciones no alcohólicas

• panadería (fermentación por levaduras de panadería)
• vegetales fermentados (encurtidos en general)
• ensilado (fermentación de forraje)

Fermentaciones alcohólicas

• vino (fermentación alcohólica y maloláctica)
• cerveza
• sidra
• destilados
• vinagre (transformación de alcohol en ácido acético por fermentación con acetobacter)

Fermentaciones cárnicas

• embutidos crudos curados (salame, chorizo español, etc.)
• jamón serrano (producto curado)
• productos de pescado fermentado (fermentación en filetes de pescado ahumado)

Fermentaciones lácticas

• leches fermentadas en general
• yogur (fermentación de leche con microorganismos acidificantes, como lactobacillus)
• quesos (fermentación con determinados cultivos bacterianos inoculados)
• bebidas lácticas alcohólicas (kefir)

Fermentaciones locales especiales

• salsa de soya
• miso
• tofu
• otros productos

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.

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

1. Mejoras nutricionales. 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.
2. 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%.
3. Protección del medio ambientelos, 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.
4. 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 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.

Innovaciones y aplicaciones biotecnológicas

La identificación del material genético como ADN y la descripción y comprensión de su estructura y funciones requirieron una enorme cantidad de trabajo. Durante la década de 1970, los científicos desarrollaron nuevos métodos para combinar segmentos de ADN y para transferir porciones de ADN de un organismo a otro. Este conjunto de técnicas es conocido como la tecnología del ADN recombinante o la ingeniería genética.

El sector de alimentos fue el primero en acoger las innovaciones biotecnológicas a mediados de 1970.

Aplicaciones de la biotecnología

En el campo de la agricultura las aplicaciones de la biotecnología son innumerables. Algunas de las más importantes son:

• Resistencia a herbicidas: La resistencia a herbicidas se basa en la transferencia de genes de resistencia a partir de bacterias y algunas especies vegetales, como la petunia. Así se ha conseguido que, plantas como la soja, sean resistentes al glifosato, a glufosinato en la colza y bromoxinil en algodón. Así con las variedades de soja, maíz, algodón o canola que las incorporan, el control de malas hierbas se simplifica para el agricultor y mejoran la compatibilidad medioambiental de su actividad, sustituyendo materias activas residuales.

Otro aspecto muy importante de estas variedades es que suponen un incentivo para que los agricultores adopten técnicas de agricultura de conservación, donde se sustituyen parcial o totalmente las labores de preparación del suelo. Esta sustitución permite dejar sobre el suelo los rastrojos del cultivo anterior, evitando la erosión, conservando mejor la humedad del suelo y disminuyendo las emisiones de CO2 a la atmósfera. A largo plazo se consigue mejorar la estructura del suelo y aumentar la fertilidad del mismo.

El ejemplo más destacado se ha observado en EEUU y Argentina, donde las autorizaciones de variedades de soja, tolerantes a un herbicida no selectivo y de baja peligrosidad, han tenido una rápida aceptación (14 millones de has en 1999) que ha ido acompañada de un rápido crecimiento de la siembra directa y no laboreo en este cultivo.

• Resistencia a plagas y enfermedades: gracias a la biotecnología ha sido posible obtener cultivos que se autoprotegen sobre la base de la síntesis de proteínas u otras sustancias que tienen carácter insecticida. Este tipo de protección aporta una serie de ventajas muy importantes para el agricultor, consumidores y medio ambiente:

-Reducción del consumo de insecticidas para el control de plagas.

-Protección duradera y efectiva en las fases críticas del cultivo.

-Ahorro de energía en los procesos de fabricación de insecticidas, así como disminución del empleo de envases difícilmente degradables. En consecuencia, hay estimaciones de que en EEUU gracias a esta tecnología hay un ahorro anual de 1 millón de litros de insecticidas (National Center for Food and Agricultural Policy), que además requerirían un importante consumo de recursos naturales para su fabricación, distribución y aplicación.

-Se aumentan las poblaciones de insectos beneficiosos.

-Se respetan las poblaciones de fauna terrestre.

• Mejora de las propiedades nutritivas y organolépticas: el conocimiento del metabolismo de las plantas permite mejorar e introducir algunas características diferentes. En tomate, por ejemplo, se ha logrado mejorar la textura y la consistencia impidiendo el proceso de maduración, al incorporar un gen que inhibe la formación de pectinasa, enzima que se activa en el curso del envejecimiento del fruto y que produce una degradación de la pared celular y la pérdida de la consistencia del fruto.

En maíz se trabaja en aumentar el contenido en ácido oleico y en incrementar la producción de almidones específicos. En tabaco y soja, se ha conseguido aumentar el contenido en metionina, aminoácido esencial, mejorando así la calidad nutritiva de las especies. El gen transferido procede de una planta silvestre que es abundante en el Amazonas (Bertollatia excelsia) y que posee un alto contenido en éste y otros aminoácidos.

• Resistencia a estrés abiótico: las bacterias Pseudomonas syringae y Erwinia herbicola, cuyos hábitats naturales son las plantas, son en gran parte, responsables de los daños de las heladas y el frío en muchos vegetales, al facilitar la producción de cristales de hielo con una proteína que actúa como núcleo de cristalización. La separación del gen implicado permite obtener colonias de estas bacterias que, una vez inoculadas en grandes cantidades en la planta, le confieren una mayor resistencia a las bajas temperaturas. En cualquier caso, la resistencia a condiciones adversas como frío, heladas, salinidad, etc., es muy difícil de conseguir vía biotecnológica, ya que la genética de la resistencia suele ser poligenética, interviniendo múltiples factores.

Otras aplicaciones:

En el campo de la horticultura se han obtenido variedades coloreadas imposibles de obtener por cruzamiento o hibridación, como el caso de la rosa de color azul a partir de un gen de petunia y que es el responsable de la síntesis de delfinidinas (pigmento responsable del color azul). En clavel también se ha conseguido insertar genes que colorean esta planta de color violeta.

• También se ha conseguido mejorar la fijación de nitrógeno por parte de las bacterias fijadoras que viven en simbiosis con las leguminosas. Otra línea de trabajo es la transferencia a cereales de los genes de nitrificación de dichas bacterias, aunque es enormemente compleja al estar implicados muchísimos genes.
• En colza y tabaco, se ha logrado obtener plantas androestériles gracias a la introducción de un gen quimérico compuesto por dos partes: una que sólo se expresa en el tejido de la antera que rodea los granos de polen y otra que codifica la síntesis de una enzima que destruye el ARN en las células de dicho tejido. Este procedimiento permitirá la obtención de híbridos comerciales con mayor facilidad.
• En la industria auxiliar a la agricultura destaca la producción de plásticos biodegradables procedentes de plantas en las que se les ha introducido genes codificadores del poli-b-hidroxibutirato, una sal derivada del butírico. Cuando estos genes se expresan en plantas se sabe que de cada 100 grs. De planta se puede obtener 1 gr. de plástico biodegradable.
• Producción de plantas transgénicas productoras de vacunas, como tétanos, malaria en plantas de banana, lechuga, mango, etc.

Fuentes

• Biotecnologia verde o agroalimentaria. Disponible en: biotecnologia-verde-o-agroalimentaria-para-alimentar Consultado 23 de septiembre de 2013.
• Biotecnologia verde o agroalimentaria. Disponible en: Biotecnología Consultado 23 de septiembre de 2013.
• Biotecnología. Disponible en: Bioalimento Consultado 23 de septiembre de 2013
• Qué es la biotecnología. Disponible en: que_es_la_biotecnologia.html. Consultado 23 de septiembre de 2013.