La biotecnología actual es intensamente interdisciplinaria, caracterizada por la reunión de conceptos y metodologías procedentes de varias ciencias para aplicarlas tanto a la investigación básica como a la resolución de problemas prácticos y la generación de bienes y servicios.

En cada sector, se describen casos de éxito, productos o procesos que ejemplifican los beneficios de la biotecnología permitiendo asociar a la innovación descrita el beneficio económico, técnico y ambiental correspondiente.

En términos generales, las razones por las que las industrias básicas y de la transformación, se orientan rápidamente hacia la biotecnología, se debe a que a través de la biotecnología se pueden obtener productos, compuestos químicos y materiales.

La biotecnología ya ha tenido un considerable impacto económico en el sector de los alimentos, pues desde 1990 se han puesto en operación sistemas de diagnóstico y bioconversión de almidón; se han comercializado edulcorantes y saborizantes, se han diseñado procesos de producción de jugos, aminoácidos, pigmentos y vitaminas; productos de fermentación, enzimas para elaboración de quesos, productos lácteos y levaduras híbridas. Desde 1995, se han comercializado bacterias modificadas genéticamente y enzimas recombinantes, como elementos saborizantes que mejoran la calidad de los alimentos, en particular los lácteos fermentados y madurados. De igual forma se han desarrollado enzimas y biosensores para la producción y monitoreo a nivel industrial.

En el sector agrícola, se encuentran disponibles variedades transgénicas de tomate, papa, algodón, tabaco y soya, que presentan características de resistencia a herbicidas, virus, insectos o algunas otras cualidades específicas.

En el siguiente cuadro se presentan datos económicos que la biotecnología ha demostrado en los diferentes sectores de los países de la OCDE.

Impacto Económico de la Biotecnología en los Países de la OCDE

(Van Beuzekom y Arundel, 2006)

 

Los datos del cuadro anterior permiten inferir que la riqueza generada por los productos biotecnológicos está determinada por los requerimientos en alimentación, agricultura y sanidad. El sector químico y energético representa sólo una pequeña parte.

El valor estimado para productos agrícolas y alimentarios sufrió un retroceso en 1990, mientras que el valor del sector de la energía se triplicó. Las expectativas de transformación de plantas no han dado durante este tiempo los resultados esperados. La estimación del sector energético tampoco ha sido correcta porque la producción de metano a partir de biomasa no ha podido cubrir los volúmenes esperados, debido a problemas técnicos y económicos de rendimiento, ya que ha disminuido el entusiasmo inicial en esta fuente de energía como alternativa a las fuentes fósiles.

 

 

La Biotecnología en el Sector Agroalimentario

Estas actividades se benefician de la biotecnología agrícola como son los métodos de propagación de clonas in vitro, así como de los sistemas de ingeniería genética que permiten la modificación de variedades vegetales de interés comercial.

Uno de los principales sectores de aplicación de la biotecnología en el mundo se concentra en la cadena de producción primaria y transformación de productos agrícolas. La producción está determinada por condiciones de fertilidad natural y fertilización de suelos, disponibilidad de agua, calidad y función de semillas, dichos factores determinan que el cultivo se establezca.

 

 

La Biotecnología en el Sector Pecuario

La biotecnología pecuaria, en ocasiones incluida en la agrobiotecnología, involucra los sistemas asociados a la alimentación y reproducción animal, el crecimiento y diferenciación animales para fines diversos: leche, producción de huevo, cárnicos y productos derivados (huesos, proteínas, etc.). Además, implica los sistemas de diagnóstico de enfermedades de origen genético-degenerativas, enfermedades infecciosas y parasitarias, así como la investigación en sistemas de vacunación, sistemas de control de crecimiento por hormonas, aplicación de tecnología enzimática en la alimentación y protocolos para la mejora sustentable de la actividad ganadera.

 

 

La Biotecnología en la Acuacultura

La biotecnología pecuaria se aplica intensivamente en la solución de problemas asociados a la mejora de la producción de peces, moluscos y crustáceos de interés alimentario y ornamental. Métodos moleculares de tipificación, así como sistemas de selección fisiológica de variedades de peces han permitido que se acorten o sincronicen ciclos de vida, que se reduzcan mermas en el período de eclosión de huevecillos y que se consoliden resistencias a enfermedades y plagas.

 

 

La Biotecnología Forestal

La industria de obtención de papel y madera se basa en productos forestales, que están sujetos de igual forma a enfermedades y plagas, y se benefician también de los avances en genética vegetal, ingeniería genética y propagación masiva de plántulas, como en el caso de una mejor productividad de vainilla. Las aplicaciones de la biotecnología en el sector forestal, comprenden además la enorme cadena de propagación de especies vegetales para reforestación o de especies ornamentales y de restauración urbana.

El enorme potencial que la reforestación tiene para la conservación y rehabilitación de suelo y de agua, convierte al sector forestal en el eje de desarrollo futuro de la humanidad. El único efecto posible de reversión del cambio climático en el mundo, proviene de la producción de árboles y la restauración y expansión de los bosques.

 

 

Alimentos Procesados y Nutrigenómica

La biotecnología de alimentos se encuentra en el eje del desarrollo de cadenas de alimentación en el mundo. En este sector, químicos, biólogos, ingenieros y nutriólogos, participan en la generación de procesos integrados de transformación de productos animales o vegetales, en la producción de ingredientes y en la preparación de alimentos formulados. Los sistemas orientados a la preservación de la inocuidad y la calidad nutricia de los alimentos, involucra a microbiólogos y toxicólogos, así como a científicos de materiales e ingenieros asociados a las tecnologías de empaque.

Profesionales de la física y la ingeniería desarrollan sistemas de estabilización de alimentos, a través de radiaciones, campos electromagnéticos, altas presiones hidrostáticas y pulsos eléctricos de alto voltaje que generan mayor estabilidad y garantizando la inocuidad de alimentos preparados, sin abatir su potencial nutritivo.

El estudio de los nutracéuticos o alimentos que además de cumplir con la función nutricional contribuyen con actividad del tipo farmacológica, ha orientado intensa investigación sobre la identificación y caracterización de compuestos. La disponibilidad en el producto de origen, así como su efecto en la salud y su aplicación en sistemas animales y humanos está en investigación. Estudios asociados a oncología e inmunobiología, genómica y bioquímica, asociados al consumo de nutracéuticos específicos, constituyen la frontera de investigación e innovación en la biotecnología de alimentos.

La ingeniería bioquímica asociada al procesamiento de alimentos ha permitido la producción de micro- y nano- encapsulados de compuestos y microorganismos probióticos, concentrados, extractos, productos e ingredientes derivados de biotecnología. Tecnologías de bioprocesamiento (fermentación por ejemplo), o bioseparación (filtración, extracción, etc.) han permitido la generación de productos de muy alto valor agregado, derivados de materiales biológicos.

Procedimientos simples de ingeniería, tales como deshidratación, molienda, estabilización térmica, empacado y formulación de productos alimentarios, que hagan uso de biotecnología intermedia, pueden resolver problemas económicos de muchas cadenas productivas.

La Biotecnología Industrial

Los sistemas de fermentación para la producción de ácidos orgánicos constituyen un creciente campo de la biotecnología industrial. Ácidos orgánicos como el láctico, acético, cítrico, succínico o glucónico, pueden considerarse precursores químicos en procesos de producción de especialidades químicas. Los sistemas microbianos de producción fermentativa, los procesos de recuperación y purificación, y los procedimientos de biología molecular, microbiología e ingeniería que permiten la mejora de su producción, son materia de intensa investigación e innovación. De igual forma, las enzimas de uso en procesos de procesamiento de materias primas o de producción de especialidades en el área de alimentos, constituyen un pequeño grupo de la gran gama de aplicaciones industriales de la biotecnología de enzimas. La industria textil, la industria papelera, y recientemente la industria de especialidades químicas y farmacéuticas, constituyen campos que en valor y volumen son equivalentes, o incluso superiores, a los mercados que las enzimas tienen en el área de alimentos procesados.

La bio-lixiviación incluye el uso de microorganismos y enzimas para depuración de minerales y el beneficio de los mismos. Si bien existe desde hace muchos años como un área importante de aplicación de la biotecnología, los procesos más grandes e importantes por valor, son de reciente desarrollo.

En la industria química, por ejemplo, los altos precios del petróleo comienzan a hacer más baratas las vías de obtención de solventes tales como el acetato de etilo, a través de precursores tales como el etanol. La biosíntesis del alcohol utilizando subproductos agroindustriales que incluye materiales renovables del tipo lignocelulósicos y sus productos de síntesis, se encuentra entre los sistemas de mayor interés industrial en el futuro cercano. El bio-etanol anhidro, puede usarse como biocombustible adicionado o en sustitución de gasolinas, es producido por fermentación, destilación y deshidratación. Otros productos, de origen microbiano, tales como el ácido láctico, succínico, o el ácido fumárico, se utilizan ya en procesos de síntesis en escala industrial, en la producción de compuestos útiles en la producción de polímeros. El polilactato, un polímero derivado del ácido láctico, proveniente de la fermentación de azúcares con bacterias lácticas, constituye ya una alternativa en uso comercial en Europa y Norteamérica. Es el primer plástico verde, cuyos procesos de producción y biodegradación lo hacen ampliamente sustentable.

Los productos naturales, obtenidos de plantas, tales como el benzaldehído, o el glicerol, se producen también por el uso de levaduras, y de hongos filamentosos, y son insumos de gran importancia para la industria alimentaria y cosmética.

La industria petroquímica utiliza la goma de xantana, que se produce por vía fermentativa con bacterias, para sellar y generar presión de vacío en pozos de extracción.

La Biotecnología en las Industrias de Textiles y Papel

La industria textil, y en particular la de las mezclillas, utiliza varios tipos de enzimas desde las celulasas que suavizan el tejido y le dan aspecto y textura de lavado (asociado a la hidrólisis parcial y la modificación de la celulosa de algodón), hasta las enzimas lacasas, que se utilizan para desteñir, y controlar la tinción, en telas pigmentadas con compuestos del tipo del azul índigo. Enzimas de este tipo, y microorganismos productores de ellas, se han utilizado para la degradación de pigmentos en las aguas residuales de la industria textil. Ambos tipos de enzimas, para la aplicación descrita, se encuentran entre las de mayor venta en escala mundial. Otras enzimas, con aplicaciones especiales, tales como proteasas y amilasas, se utilizan también en la industria textil.

La industria de celulosa y el papel, en lo que se refiere a la clarificación de pulpas de celulosa, ha utilizado ya enzimas de organismos silvestres, así como de microorganismos manipulados genéticamente, para la generación de xilanasas, enzimas termorresistentes que hidrolizan xilanos (compuestos de hemicelulosas) indeseables en el proceso de producción de papel, y que han sustituido en escala industrial procedimientos químicos altamente tóxicos y corrosivos para la obtención de papel a partir de celulosa.

El Sector de Agrobiotecnología en el mundo

En el ámbito mundial las aplicaciones de la biotecnología en la agricultura y el medio ambiente han sido más limitadas que las predicciones que se hicieron al respecto desde la década de los años setenta. Sin embargo, hay varias innovaciones que ya tienen un uso comercial de varios años. Son ellas las que nos permiten evaluar de mejor forma el impacto de la biotecnología.

La biotecnología moderna en sus aplicaciones agrícolas comenzó en el campo de la producción de tabaco, en particular en la resistencia al virus del mosaico del tabaco, en una extensa prueba realizada en China.

Posteriormente se desarrolló una quimosina recombinante,  utilizada en la producción de quesos previamente obtenida de fuentes animales. La enzima, producida ahora por hongos filamentosos permite la calidad reproducible y la disponibilidad constante de una enzima de alto valor comercial. El primer producto transgénico de uso directo en alimentación fue el tomate Calgene FlavrSavr®, que por inhibición de la expresión de la enzima pectinasa prolongaba la vida de anaquel del fruto.

En otro caso, los sistemas de identificación molecular de agaves tequileros, han permitido a empresas de dicho sector, reconocer diferencias de calidad de la planta para la producción de tequila. Esas diferencias de calidad derivan del número de cromosomas que permiten distinguir variedades genéticamente y correlacionar esas diferencias con mejoras en la producción. La empresa Tequila Sauza en Jalisco, ha desarrollado métodos de propagación in vitro, que permite reconvertir las plantaciones de agave asegurando las mejores características genéticas.

En otro sentido, un consorcio de empresas (Monsanto-Bayer-Syngenta), desarrollaron una variedad de arroz rico en vitamina A, que libre de licencia puede ser usado en los países del tercer mundo, y contribuye a disminuir la deficiencia en vitamina A (ceguera principalmente) en países pobres.

En el terreno de los lácteos fermentados, la biotecnología microbiana avanza rápidamente para la generación de cepas de Lactobacillus, modificadas genéticamente, que pueden secretar compuestos activos, que permitan que el consumo de yogurt sea la vía de acceso de potentes antioxidantes, vacunas o fármacos.

La industria cervecera utiliza enzimas asociadas a la sacarificación de almidones, que mejora la transformación del almidón de la malta en glucosa fermentable. Dichas enzimas se obtienen por vía fermentativa, a través de hongos tales como Aspergillus, y de bacterias del tipo de Bacillus.

Con la utilización de la biotecnología se espera mejorar el medio ambiente en la medida en que existan avances con semillas y variedades vegetales transgénicas que contengan genes expresando proteínas tipo bioinsecticidas o biofertilizantes. Sobre todo en el cultivo de hortalizas es imperiosa la disminución de agroquímicos con el objeto de frenar el creciente deterioro ambiental.