Biotecnología Blanca

Industrial o Basada en Genes

Integrantes: Ligia Aracely Chacón Pérez Dylan Yair Yupi Peniche Gerardo May Aké Mizael Herrera Gracia

Facultad de Ingeniería Química Ingeniería en Biotecnología

El sector industrial, y en concreto el de la química industrial, es uno de los sectores de mayor importancia en la economía europea debido a los grandes negocios que se producen.

El sector energético, y en concreto los combustibles, es tanto o más estratégico que el anterior para economías con gran dependencia energética del exterior.

Antecedentes

La biotecnología blanca es la aplicación de técnicas biotecnológicas para la producción sostenible de:• compuestos químicos• biomateriales • biocombustibles

Mejorar los medios de producción.

Desarrollo de nuevos productos.

Reducción del impacto ambiental en las actividades industriales.

Desplazamiento económico de la química básica por el desarrollo de la biotecnología blanca. 60% -> 40% producción1

Los procesos químicos convencionales requieren alta presión y temperatura.

Los microorganismos y sus enzimas trabajan a presión y temperaturas normales.

Son biodegradables. Pueden trabajar en condiciones

extremas.

Ventajas de desarrollo de la biotecnología blanca

Las enzimas son catalizadores de origen biológico responsables de las reacciones químicas que tienen lugar dentro de los seres vivos. Poseen una alta especificidad de

gran impacto en el sector químico.

Biotransformación

Compuesto Químico 1

biocatalizador: enzima o sistema enzimatico.

Compuesto Químico 2

Se trata principalmente de enzimas hidrolíticas como proteasas, amilasas, lipasas y celulasas.

Sistemas acuosos con condiciones suaves de ph y temperatura.

minimiza el requerimiento energético hasta un 60% y disminuye el gasto de agua hasta el 80%.

Residuos minimos y biodegradables.

Mercado:2 Millones de dólares500 enzimas para 50 aplicaciones

ADN recombinante

Herramientas de ingeniería genética para la utilización industrial

mutagénesis dirigida o el DNA shuffling (obarajeo de genes)

Evolución Dirigida

enzima rec. para detergentes, una lipasa producida originalmente por el hongo filamentoso Humicola lanuginosa del cual se aisló el gen y se transfirió a Aspergillus oryzae.

Obtener enzimas más estables que la enzima de partida, determinados para procesos experimentales.

a) Recreación del proceso natural de evolución por mutación o recombinación.b) Se seleccionan las enzimas y someten a un nuevo ciclo de evolución.c)Se repite cuantas veces sea necesario.

Aplicaciones de las enzimas:

En los jabones para la ropa

Las enzimas optimizan la eficiencia de los jabones para lavar la ropa, y a la vez permiten el trabajo de limpieza a bajas temperaturas y en lavados más cortos, reduciendo significativamente el consumo de energía y las emisiones de dióxido de carbono. Además las enzimas son biodegradables y reemplazan a los compuestos químicos.

Para la fabricación del papel y en beneficio del ambiente

las celulasas que dan lugar a la rotura de la celulosa y otros dominios accesorios a esta. Mediante ingeniería genética se genera celulasa con combinaciones a estos fragmentos para permitir la rotura de la fibra formada por el dominio catalítico que permite el refinado del papel, proceso que da consistencia y fortalece su resistencia, lo cual beneficia enormemente a la industria papelera.

Bioproducción

Organismos vivos, ya sean hongos, levaduras, algas, plantas o incluso animales que se especializan a la producción de proteínas o metabolitos concretos.

Producción de materiales y combustibles a través de materias primas biológicas: El ácido poliláctico(PLA) es un biopoliéster

alifático producido a partir de monómeros de ácido láctico, que se obtienen a partir de la fermentación de azúcares de maíz, remolacha, caña de azúcar, etc.

En el año 2025 el 30% de la materia prima que utiliza la industria química provendrá de fuentes renovables.3

3 Plataforma Tecnológica Europea para la Química Sostenible

BiorrefineríaConversión de biomasa en una fuente de energía y de compuestos químicos de alto valor que, en contraposición con las refinerías petroquímicas genera pocos residuos y tiene bajos niveles de emisiones.

Genómica

La Genómica permite estudiar de forma conjunta la dotación genética de un organismo, su evolución y su interacción con el medio ambiente, llevándonos a comprender los mecanismos moleculares. La biotransformación y bioproducción depende en

gran medida de la genómica. dirige y optimiza dichos procesos industriales. pasos subsiguientes en la expresión génica como:

ARNTranscriptómica

ProteinasProteómica

MetabolitosMetabolómica

A principios del siglo XXI el coste de una secuenciación de un genoma humano rondaba los 24 millones de $.

En el año 2006 reducción considerable por debajo del millón de $

Sitúan el coste de secuenciación de un genoma completo en 1.000$ para el año 2010

Costos de

secuenciacion

es.

Flash informativo:

El instituto de J. Craig Venter (líder del proyecto Genoma Humano) trabaja en el diseño de bacterias programadas para degradar dióxido de carbono y otras sustancias tóxicas para el medio ambiente.

Aplicaciones favorecidas por la genómica

Biología de Sistemas Biología Sintética

• Comprender como funcionan los sistemas biológicos.

• Pudiendo diseñar nuevas rutas biosintéticas.

• Generación de organismos nuevos, sintéticos. En donde sus genes actúen para funciones básicas, más aquellos que nos interesen para producir o transformar productos industriales o energéticos.

Biocombustibles

170 miles de millones de toneladas= Solo un 7% se utiliza con fines energéticos.

Economías europeas y norteamericanas tienen como prioridad la disminución de la dependencia energética del exterior y, en particular, del petróleo.

La utilización de biomasa como materia prima.

Actividad económica en las zonas rurales, y en concreto en las agrícolas y forestales.

Producto

¿Qué es? ¿Para qué sirve?

Ventajas Conflictos

bioetano

l

Alcohol; mediante fermentación de cultivos de cereales, remolacha, papa o caña de azúcar.

Sustituir a lasgasolinas o aditivos que utilizan losmotores de explosión aumentando el índice deOctano.

producto soluble en agua.más degradable que los hidrocarburos.evitar la emisión a la atmósferadel CO2.

Impacto económico que generaría en la petroquímica.Impacto social; cultivos alimenticios vs producción.

biodiesel

La transesterificia-ción de aceites vegetales y de fritura.

Se utiliza como sustituto del gasóleo de Automoción.

se realiza a temperatura moderada.Variabilidad para su producción.Evita la emisión de SO2 y se reduce partículas y metales pesados

Impacto económico que generaría en la petroquímica.Impacto social; cultivos alimenticios vs producción.

biogás

Composición variable, principalmente por metano y CO2, N,H,O y trazas de H2S.

Potencial caloríficodeterminado por el metano, con posibilidad de aumentarse eliminando parte o todo el CO2 que contiene.

Pueden utilizarse residuos industriales ymunicipales, material orgánico procedente de laagricultura y ganadería, etc.

Elevados costes de producción.Procesos de conversión biológica incompleta.

hidrógeno

Considerado como un vectorEnergético cuyacombustión produce agua y una gran cantidad deenergía (27 Kcal/g).

Combustible limpio teniendo potencial mayor que la energia electrica.

La fuente deelectrones o poder reductor procede del agua.Es un sustrato limpio y, en teoría, inagotable.

Determinar condiciones óptimaspara eficiencias elevadas.Poder reprogra-mar a estos organismoscon el fin de eliminar las pérdidas con lafijación de carbono y biomasa.

Producto

¿Qué es? ¿Para qué sirve?

Ventajas Conflictos

La tendencia actual es reducir en la medida de lo posible las emisiones y los vertidos de residuos contaminantes. Enriquecimiento en materia

orgánica de cauces de ríos por vertidos agroindustriales.

Acumulación de compuestos tóxicos como metales pesados, hidrocarburos halogenados, pesticidas, fármacos, aceites minerales e incluso radionucleidos.

Biotecnología Ambiental

Bioremediación o fitorremediación: se plantea como una alternativa con menores costes y menor impacto ambiental.

microorganismos capaces de degradar compuestos de difícil eliminación, o metabolizar ciertos compuestos tóxicos.

Nitrosomonasy Nitrobacter: tratamientos de reducción del contenido de amonio en efluentes.

Tratamiento de la costa asturiana contaminada por el fuel del Prestige, mediante inoculación de varias cepas de los géneros Corinebacterium y Pseudomonas sobre sustratos rocosos impregnados con el combustible.

Ejemplos:

Otras tecnologías:

Tres áreas tecnológicas de especial interés para la Biotecnología industrial y energética: cambios de escala en la producción industrial.Desarrollo de modelos cinéticos predictivos del comportamiento de microorganismos. Nanotecnología.Campo de investigación multidisciplinar que incluye áreas como la física, química o la ingeniería. extracción de metabolitos y compuestos activos.Impulsada por los alimentos funcionales o los productos de dietética y herboristería.

Peroxidasa (enzima de uso en diagnóstico) einulina (oligosacárido de uso en alimentosfuncionales).

La Asociación Española de Bioempresas (ASEBIO) compuesta por 160 socios, en su mayoría pequeñas empresas creadas a partir de investigaciones de universidades y centros de investigación nacionales.Actúa como plataforma de encuentro y promoción de aquellas organizaciones interesadas en el desarrollo del escenario biotecnológico industrial para la mejora de la calidad de vida, el medio ambiente y la generación de empleo cualificado.

Centros de investigación y asociaciones

el Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología de Cuba, es una institución de desarrollo dinámico que se ha permitido alcanzar un alto nivel en la investigación, desarrollo, producción y comercialización de productos biológicos obtenidos a través de los métodos de la biotecnología industrial moderna.

La Unidad de Biotecnología industrial se orienta hacia al desarrollo de productos y servicios en sectores claves de la industria tales como: la biotransformación, el aprovechamiento de residuos agroindustriales y el desarrollo de bio-combustibles, la obtención de biocatalizadores a partir del aislamiento de microorganismos y la implementación de métodos de selección.

Enzimas de formación de películas comestibles antioxidantes:

Quercetina y rutina quinonas fueron exitosamente unidos químicamente al bajo peso molecular quitosano. El quitosano quercetina-modificado mostró una mejora de las propiedades de plásticos, antioxidantes y antimicrobianos, así como de la capacidad de descomposición térmica, donde las películas de quitosano-quercetina disminuyeron la oxidación enzimática visiblemente cuando se aplica a Opuntia ficus.

Casos:

Barcelona Treball Capsula de tendencia sectorial: Industria Quimica, Noviembre del 2012, Barcelona Activa.

Impacto de la Biotecnología en los Sectores Industrial y Energético Informe de Prospectiva Tecnológica, Genoma España y Fundación OPTI, noviembre 2006, España.

www.fundacion-antama.org/biotecnologia-blanca-y-sus-aplicaciones-octubrebio

www.cigb.edu.cu/index.php/es www.ciatej.net.mx

Referencias: