La biotecnología industrial aplicada en diferentes sectores

Los principales desarrollos de la biotecnología industrial incluyen bioprocesos integrados para la producción de combustibles y productos químicos, cultivo celular e ingeniería de tejidos y fermentación en estado sólido, lo que será desarrollado en los siguientes párrafos con respecto a su aplicación en diferentes sectores.

Producción de combustibles y productos químicos a partir de biomasa mediante bioprocesos integrados

La necesidad de abordar el tema del calentamiento global y el agotamiento de los recursos fósiles ha impulsado la investigación sobre la producción sustentable de combustibles y químicos ambientalmente amigables.

Una planta química basada en biotecnología industrial utiliza biomasa como material de partida para la producción de combustibles y productos químicos, no solo para generar energía de manera sustentable sino también reducir el CO2 emitido por la combustión de materias fósiles. En correspondencia con esto, el bioetanol se muestra como una de las alternativas con mayor potencial con respecto a los combustibles a base de petróleo más utilizados en el sector del transporte.

Los biocombustibles y los productos químicos de base biológica se pueden obtener directamente de sacarosa o de almidón y biomasa lignocelulósica a través de varios pasos. La sacarosa extraída de cultivos de azúcar como la caña de azúcar, el sorgo, la melaza y la remolacha azucarera simplemente se utiliza en la fermentación microbiana para producir los productos objetivo.

En el caso particular de la melaza, un subproducto principal en la producción de azúcar, esta representa una importante materia prima de fermentación para la producción comercial de etanol. El azúcar total en la melaza puede llegar a 50-60% (m/v), de los cuales aproximadamente el 60% es sacarosa, lo que hace que la melaza sea un sustrato adecuado para la producción de etanol a escala industrial.

La caña de azúcar y el sorgo son rentables solo en áreas limitadas, como América del Sur. Por su parte, la extracción y fermentación de sacarosa de la remolacha azucarera no reduce significativamente los costos de energía o las emisiones de gases de efecto invernadero.

También ocurre que la biomasa almidonada y lignocelulósica requiere múltiples procesos de conversión antes de la fermentación; la estructura compleja de la lignocelulosa hace que el proceso involucrado en su conversión sea más complicado que el de los materiales azucarados y almidonados.

Sin embargo, la biomasa lignocelulósica, obtenida como subproductos agrícolas y residuos industriales, es una fuente abundante, económica y renovable de azúcares, y es una materia prima deseable para la producción sostenible de biocombustibles y productos químicos de base biológica a través de procesos de biotecnología industrial.

Cultivo celular e ingeniería de tejidos

Las células de mamíferos sintetizan una amplia gama de productos biofarmacéuticos que no pueden o casi no pueden expresarse mediante técnicas microbianas recombinantes, incluidas vacunas virales, anticuerpos para diagnóstico y proteínas terapéuticas.

Con respecto a la medicina regenerativa o la ingeniería de tejidos, el desafío es desarrollar órganos artificiales en sistemas de biorreactores (ingeniería de tejidos de hígado, riñón) y tejidos (piel, cartílago, hueso), o la expansión de células hematopoyéticas para trasplante de médula ósea o terapia génica.

En el desarrollo de medicamentos y sus pruebas de calidad, también es necesario superar desafíos producto de los nuevos requisitos reglamentarios, principalmente porque los ensayos en animales tienen que ser reemplazados por ensayos de cultivo celular, preferiblemente por sistemas de prueba con material humano. Por lo tanto, los cultivos celulares también forman parte la biotecnología industrial para la evaluación de medicamentos y validación de sustancias químicas.

Fermentación en estado sólido

Este tipo de fermentación se está empleando en la actualidad para la producción de enzimas, ácidos orgánicos, bioplaguicidas, sabores y biocombustibles, pues reproduce los procesos microbiológicos naturales como el compostaje y el ensilaje. Por un lado, al utilizar los residuos agrícolas de bajo costo, la fermentación en estado sólido se suma a la viabilidad económica del proceso; por otro, resuelve el problema de su eliminación, que de otro modo causaría contaminación.

Las aplicaciones del proceso ofrecen el potencial de elevar significativamente los niveles de vida con un bajo requerimiento de insumos tecnológicos. En los últimos años, la biorremediación y la biodegradación de compuestos peligrosos, la degradación de los residuos agrícolas y la conservación de la energía de la biomasa son nuevas aplicaciones de la fermentación en estado sólido en el control ambiental.

 

Referencia

Lee, S. Y., Nielsen, J., & Stephanopoulos, G. (2016). Industrial Biotechnology: Products and Processes. John Wiley & Sons.

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