Aplicaciones de la biotecnología Microorganismos y parte de los mismos, especialmente enzimas, se utilizan en una gran variedad de aplicaciones biotecnológicas para estudiar los niveles de compuestos importantes tanto en el medio natural como en los animales y los seres humanos. Estas técnicas tienen grandes aplicaciones en las ciencias medioambientales, en la salud animal y del hombre, y en las ciencias básicas. Biosensores Un área de la biotecnología en desarrollo, es el campo de la producción de biosensores. Los microorganismos vivos (ó sus enzimas u orgánulos) se ligan a electrodos, y las reacciones biológicas se convierten en corrientes eléctricas por estos biosensores. Fig.1: Diseño de un biosensor. En un biosensor una molécula ó un microorganismo completo lleva a cabo una reacción biológica, y los productos de la reacción se utilizan para producir una señal eléctrica.

Se están desarrollando biosensores para medir componentes específicos de la cerveza, para controlar las sustancias contaminantes y para detectar compuestos saborizantes en alimentos. Es posible medir la concentración de sustancias de muy diversos entornos. Tabla 42.13

Entre sus aplicaciones se incluyen la detección de glucosa, ácido acético, ácido glutámico, etanol y la demanda bioquímica de oxígeno. También se aplican los biosensores para la determinación de cefalosporinas, ácido nicotínico y diversas vitaminas del complejo B. Recientemente se han desarrollado biosensores utilizando sistemas de detección inmunoquímicos. Fig.2: Biosensor para la detección rápida de un patógeno. Esquema básico de la reacción basada en la inmunocaptura, purificación y detección de un patógeno, empleando anticuerpos monoclonales específicos. La detección puede realizarse utilizando un pequeño sistema portátil.

Estos nuevos biosensores podrán detectar patógenos, herbicidas, toxinas, proteínas y DNA. Muchos de estos biosensores emplean sistemas de reconocimiento basados en la especificidad estreptavidina – biotina. La unión estreptavidina – biotina en biotecnología La clara de huevo contiene numerosas proteínas y glicoproteínas con propiedades exclusivas. Una de ellas es una glicoproteína llamada avidina por su avidez a la biotina, a la que se une tenazmente. Se sugirió que tenía un papel antimicrobiano en el huevo, al secuestrar la biotina necesaria para la multiplicación de numerosos microorganismos. La avidina que funciona mejor en condiciones alcalinas, tiene la más alta afinidad conocida entre una proteína y su ligando. (1963) Años más tarde cietíficos de la compañía Merck, descubrieron una proteína similar producida por un actinomiceto, Streptomyces avidini, que une biotina a pH neutro, y que no contiene hidratos de carbono. Estas características están siendo utilizadas en un rango casi ilimitado de aplicaciones. La proteína estreptavidina se conjuga con una sonda (fluorocromo, enzima, etc).

Cuando una muestra se incuba con el receptor específico biotinilado, se produce la unión específica que será detectada posteriormente al hacerlo reaccionar con la estreptavidina marcada con la sonda, ya que la estreptavidina reacciona fuertemente con la biotina del receptor. La sonda de la estreptavidina se utiliza para visualizar la reacción. Este sistema de detección se emplea en numerosas aplicaciones biotecnológicas, incluyendo su uso como sonda no radiactiva en estudios de hibridación, y es un componente crítico en biosensores para el estudio de un gran número de aplicaciones ambientales y médicas. Recuadro 1: El sistema basadoen la unión estreptavidina – biotina encuentra numerosas aplicaciones en biotecnología, medicina y estudios medioambientales. Cada molécula de estreptavidina, una proteína obtenida de un actinomiceto, presenta 4 sitios de unión de alta afinidad para la biotina (en rojo). El receptor biotinilado se unirá a su diana específica, y esta unión será detectada al unirse a la estreptavidina conjugada con una sonda. La detección de la sonda marcada, como una molécula fluorescente, permite que la molécula diana pueda ser detectada a muy bajas concentraciones. Se destacan algunas de las dianas, receptores, sondas y aplicaciones empleadas en la actualidad.

Recuadro 1: La unión estreptavidina – biotina en biotecnología

Uno de los desarrollos más recientes e interesantes en esta área es un sistema portátil para la detección de aflatoxinas en los alimentos. Esta unidad automatizada, que utiliza una columna de inmunoafinidad fluorimétrica, puede emplearse en 100 determinaciones antes de su recarga. La unidad puede detectar desde 0.1 a 50 ppb de aflatoxinas en 1 ml de muestra en menos de 2 minutos. Se estan realizando progresos muy importantes en la tecnología de los biosensores. Estos incluyen mejoras importantes en la estabilidad y duración de estas unidades, que están produciéndose más sensibles y compactas. Pueden detectarse microorganismos y metabolitos, como la glucosa, adaptándose a las necesidades esenciales de la medicina moderna.

Bibliografía Prescott Lansing M, Harley John P, Klein Donald A. “Microbiología”. Quinta Edición. Mc Graw Hill – Interamericana. 2002.