CAPITULO 1: INTRODUCCION
En términos generales, la fermentación implica el empleo de microorganismos para llevar a cabo transformaciones de la materia orgánica catalizada por enzimas.
Hacia el año 4000 a. C. Los egipcios utilizaron las levaduras de la cerveza para la producción de dióxido de carbono para el hinchamiento de la masa del pan. En Méjico, los antiguos aztecas recogían algas del genero Parolina de estanques alcalinos pare el consumo alimentario.
Los datos acerca de la transformación de la leche en derivados lácteos, por ejemplo queso, se remontan al año 5000 a.C. cuando se observó que la leche contenida en los estómagos de las terneras (que tienen enzimas que coagulan la leche) se cuajaba. El vinagre probablemente se conociera desde el momento en que se obtuvo vino, aunque los datos más tempranos referidos a este compuesto se hallan en el antiguo y nuevo testamento.
Desde el punto de vista farmacéutico, los quesos, la carne y el pan enmohecidos s e han empleado en la medicina popular durante miles de años para curar heridas y tratar las infecciones. Retrospectivamente, los efectos beneficiosos de tales tratamientos se debían indudablemente a su actitud antibiótica.
LA ERA MODERNA DE LA TECNOLOGIA DE LA FERMENTACION INDUSTRIAL
TECNOLOGIA MICROBIANA
1856-7 Louis Pasteur, habiendo llevado a cabo investigaciones detalladas acerca de las fermentaciones de la cerveza y el vino, concluyó finalmente que las levaduras vivas fermentaban el azúcar en etanol y dióxido de carbono, cuando eran obligadas a vivir en ausencia de aire.
1881 Robert Koch, exploró el desarrollo de técnicas de cultivo puro así como otros métodos bacteriológicos clásicos utilizados hasta la fecha.
de lios mohos para hidrolizar el almidón y las proteínas en la producción de salsa de soja, ha preparado el camino hacia la producción de enzimas industriales.
El desarrollo de la metodología de cultivos puros por Koch ha proporcionado técnicas para estudiar las aplicaciones industriales de cepas microbianas individuales y ha dado paso al empleo de cultivos puros, medios esterilizados y condiciones asépticas en las fermentaciones industriales.
CILTIVO DE CELULAS DE ANIMALES Y PLANTAS
Hacia 1910, Harrizon y Carrel desarrollaron muchas de las técnicas de cultivo de células de mamíferos, definiendo la composición de sales y aminoácidos del medio de cultivo, usando por primera vez como suplemento plasma o linfa coagulada para estimular el crecimiento y diseñando birreactores para la producción de virus y otros productos. En 1950 Morgan y sus colegas desarrollaron el primer medio definido químicamente capaz de mantener el crecimiento de embriones de pollo durante 4-5 semanas.
Las exigencias de vitaminas y aminoácidos específicos determinadas por este grupo para el crecimiento reproducible de células L han servido de base para la mayoría de formulaciones habituales para el cultivo celular de líneas específicas. Estos avances han permitido el desarrollo de las vacunas víricas mediante técnicas de cultivo de células para la producción de anticuerpos monoclonales y otros productos hacia mitades de los 80’s.
El primer cultivo con éxito de células vegetales fue llevado a cabo por Gautheret en 1934. Durante los años 50 y 60 las técnicas de cultivo de células vegetales se desarrollaron hasta una etapa en la que sus aplicaciones en horticultura y agricultura para el desarrollo de cepas resultaron ubicuas.
FERMENTACIONES EN ALIMENTOS
El uso de amilasas microbianas libera azucares fermentables a partir de los granos de almidón, proporcionando así azucares a las levaduras para que fermenten liberando burbujas de CO2, lo que eleva la masa y da al pan su textura característica.
auxiliares tecnológicos combinados con un moderno equipo de manejo de la leche.
A partir de los primeros años de la década de los ochenta se han desarrollado con éxito insensible a los bacteriófagos.
Para conseguir un producto reproducible, el proceso de fermentación se ha normalizado mediante el control de parámetros tales como la velocidad de inoculación, la viabilidad y condiciones de almacenamiento de las levaduras, las concentraciones de oxígeno disuelto, los contenidos de nitrógeno soluble y de azucares fermentables de mosto y la temperatura del proceso.
LEVADURAS DE PANADERIA Y PROTEINAS DE ORGANISMOS UNICELULARES.
La primera proteína microbiana nueva producida por fermentación y aprobada por el gobierno inglés para consumo humano, la “micro proteína”, se produce a partir del hongo fusarium Graminearum por la compañia Rank Hovis McDougall, en Inglaterra.
ACIDOS ORGANICOS
La producción comercial de ácido láctico por fermentación se inició en 1881 y aun hoy el 50% del ácido láctico utilizado a nivel industrial se produce por este método usando Lactobacillus delbruckii.
Otros ácidos orgánicos manufacturados de forma económicamente rentable por fermentación son el ácido gluónico y el icónico. El ácido acético para uso alimentario (vinagre) se obtiene exclusivamente por oxidación del etanol mediante Acetobacter acetil, en tanto que el ácido acético industrial se manufactura únicamente por métodos químicos.
ALCOHOLES Y CETONAS
Brasil se embarcó en un programa nacional sobre el alcohol que apuntaba hacia el desarrollo de la capacidad de fermentación que produjese en 1987 tres billones de galones de etanol anuales a partir de caña de azúcar.
Una manera de obtener etanol por la fermentación del suero de leche con Kluyveromyces fragilis, aunque el volumen de producción obtenido por este procedimiento es minúsculo comparado con el producido por S. Cerevisae a partir de maíz o caña de azúcar.
AMINOACIDOS
Durante los últimos 30 años, la producción de aminoácidos mediante procesos de fermentación aerobia ha experimentado una rápida expansión.
Los procesos de fermentación son el resultado de un elegante trabajo de investigación acerca de los mecanismos bioquímicos que regulan la biosíntesis de aminoácidos por microorganismos, consiguiendo la superproducción de aminoácidos mediante una combinación de mutaciones y del control de los procesos de fermentación.
BIOPOLIMEROS
El biopolímero mas importante en función del volumen de su producción es la goma xantano, utilizada como gelificante o estabilizante de suspensiones, producida por fermentación aerobia de la bacteria Xanthomonas campestris.
Un polímero muy prometedor que está siendo desarrollado actualmente es el polihidroxibutirato, poliéster termoplástico que se puede acumular intracelularmente en algunos tipos de Alcaligenes entrophus hasta un nivel del 70% en peso de biomasa. Este producto podría permitir el empleo de plásticos biodegradables en lugar de los plásticos obtenidos a partir del petróleo, no biodegradables.
VITAMINAS
biológicos. La síntesis química de la vitamina b12 es extremadamente complicada por lo que solo se obtiene comercialmente mediante fermentación industrial con Pseudónimas.
En cuanto a insecticidas biológicos la producción de Bacillus thurgensis supera por mucho la de cualquier otro insecticida microbiano producido comercialmente.
Los genes de la toxina de Bacillus thurgensis han sido clonados en E. colli y Bacillus subtilis, mejorando potencialmente las velocidades de producción y alterando su espectro de eficacia.
ENZIMAS MICROBIANOS
La introducción de enzimas microbianos industriales en el mercado estableció el fundamento de la tecnología para la aplicación de enzimas, particularmente en áreas del procesado de alimentos como la producción de cerveza y zumos de frutas y la manufactura de hidrolizados de almidón. En los años 60 el mercado de los enzimas industriales se expandió maticamente al incluirse proteasas alcalinas en los detergentes en polvo.
ANTINIOTICOS
Durante 50 años, siguiendo la sugerencia de Pasteur de que los efectos de unos microorganismos frente a otros podían tener potenciales efectos terapéuticos, se aprobaron como medicina sin éxito diversas preparaciones microbianas.
Una vez aislada la penicilina en una forma activa estable pro Florey y Chain en 1940, se demostró su destacada actividad antibacterial y se desarrolló en USA un proceso de fermentación comercial con el apoyo del NRRL y la colaboración de varias compañías farmacéuticas americanas.
TRANSFORMACIONES DE ESTEROIDES
En los años cuarenta se estableció que la cortisona, esteroide secretado por la glándula adrenal, aliviaba el dolor de los pacientes con artritis reumatoide, por lo qué se diseñó un procedimiento de síntesis química que requería 37 etapas para la producción de cortisona, a un costo de 200$ el gramo. En 1952. Los científicos de Upohn Company descubrieron una cepa de Rhizopus arrhizus que hidrolizaba la progesterona, produciendo 11-a-hidroxiprogesterona, lo que permitió que el procedimiento de síntesis de cortisona pasase de 37 a11 etapas y se redujese su costo a 16$/g. A lo largo de los años se han introducido mejoras constantes en el proceso, que han ido disminuyendo progresivamente los costos de producción de forma que en 1980 este era de solo 0.46$/g.
Se han aplicado técnicas de biotransformación microbiana similares para la síntesis de otros esteroides, particularmente aldosterona, prednisona y prednisolona. Las técnicas son también importantes para la síntesis de otros compuestos químicos, tanto farmacéuticos como sin aplicaciones médicas.
VACUNAS
La capacidad de conferir resistencia a la enfermedad mediante vacunación descrita en primer lugar por Jenner, en 1798, quien observo que los individuos inoculados con viruela vacuna o <<vaccina>> eran inmunes a la viruela.
En 1939 se introdujo la primera vacuna BGC (Bacilo de Calmette y Guerin) que inmunizaba frente a la tuberculosis. El uso de vacunas atenuadas sufrió un gran revés 10 años después, en el llamado desastre de Lübeck, en el que 72 de 240 niños vacunados con la BCG murieron como resultado del tratamiento con un lote de vacunas que contenían el bacilo de la tuberculosis virulento. Las vacunas bacterianas utilizadas hoy consisten en cepas vivas atenuadas de los organismos productores de enfermedades o de cepas relacionadas estrechamente, cepas patógenas muertas o componentes celulares que contienen antígenos y que son efectivos para inducir la inmunidad frente a las correspondientes enfermedades infecciosas.
IMPACTO DE LAS TECNOLOGIAS HIBRIDOMAS Y DE DNA RECOMBINANTE.
ANTICUERPOS MONOCLONALES
En 1975, Kohler y Milstein fusionaron un mieloma de ratón (célula de cáncer de piel) con un glóbulo blanco productor de anticuerpos obteniendo una célula hibrida (hibridoma) que combinaba las distintas capacidades de las células padre, la división celular y la producción de anticuerpos.
Los anticuerpos monoclonales tienen una especificidad de unión a receptores individuales, moleculares o superficies y tienen muchas aplicaciones potenciales que aprovechan sus características únicas, particularmente en análisis clínicos y en la terapia para determinadas enfermedades
TECNOLOGIA DE DNA RECOMBINANTE
El primer gen fue clonado en 1973 y desde entonces proteínas <<extrañas>> en cantidades comerciales a partir de una gran variedad de cepas recombinantes de procariotas y eucariotas, incluyendo células de animales y plantas.
Las investigaciones pioneras sobre ingeniería genética y los primeros productos comercializados utilizaron E. colli como huésped ya que sus sistemas genéticos eran muy conocidos. Los caballos de batalla de la fermentación industrial, Bacillus, Aspergillus y Saccharomyces pueden ser mejores huéspedes a largo plazo, una vez que sus sistemas genéticos se conozcan con más profundidad.
Se sabe que Aspergillus niger es capaz de secretar hasta 20g/L de proteína a partir de un único gen de enzima extracelular.
BIOTECNOLOGIA DE LA FERMENTACION
CONCLUSION
La fermentación es un proceso natural que se ha llevado a cabo desde hace cientos de años, y que el hombre ha ido interviniendo controlando sus variables para obtener el producto deseado. La fermentación pasó de ser un proceso artesanal a ser un proceso industrial a gran escala, con microorganismos especializados e incluso modificados, y controlando sus variables para obtener un rendimiento redituable. En sus principios se utilizaba en la producción de alcohol, quesos y para el esponjamiento del pan debido a la producción de CO2 de las
levaduras. Con el tiempo han ido surgiendo nuevas necesidades humanas en las cuales se ha adaptado dicho proceso, por ejemplo, con la elevación de costo del petróleo surgió la necesidad de crear nuevas fuentes de producción de etanol por fermentación de suero de leche .
En la primera guerra mundial se utilizó para la elaboración de glicerol utilizado en la producción de explosivos.
En la actualidad la fermentación es importante para la producción de vitaminas como la B12 proveniente de fermentación con pseudónimas.
La producción de aminoácidos por fermentación de tipo aerobio.
Generación de biopolímeros mediante fermentación bacterial con propiedad biodegradable.
Con la innovación de insecticidas microbianos menos agresivos con el medio ambiente especialmente con bacillus turgensis.
Producción de enzimas con fin de incluir proteasas alcalinas en los detergentes en polvo.
Producción de antibióticos y creación de vacunas.
Hemos adaptado la fermentación a procesos tan básicos y necesarios hoy en día que se ha convertido en un proceso sumamente importante en la industria.
