INTRODUCCION NUEVA

PRODUCCIÓN BIOTECNOLÓGICA DE AGAROSA

INTRODUCCION

Actualmente la poliacrilamida es ampliamente utilizada en biotecnología para la inmovilización de enzimas, como medio de cultivo; En ingeniería genética en procesos en técnicas de separación de bio-moléculas, como la electroforesis y cromatografía en gel; En medicina en implantes cutáneos, y mamarios; Su utilización también se extiende a la elaboración de floculantes para el tratamiento de aguas, de pastas dentales, de tintes y plásticos, se incorpora en el cemento para ralentizar el proceso de deshidratación, y como absorbentes de agua y fertilizantes en el cultivo de plantas. La Organización Mundial de la Salud OMS (World Health Organization, WHO) establecía una cantidad de 0,5 mg/Kg para aguas de consumo y la legislación europea sobre migración química en envolturas plásticas situaba estos valores en un límite de 10 µg/Kg. Además su utilización como implantes cutáneos inyectables está prohibida en estados unidos. [1, 2, 3,4]

Pese a la gran aplicación de los polímeros de acrilamida, esta sustancia hace parte de la lista de Sustancias Peligrosas de la Administración de Seguridad y Salud en el Trabajo de EEUU (Occupational Safety and Health Administration) porque es neurotóxico, genotóxico, carcinógeno y reactivo. Produciendo efectos nocivos sobre el sistema nervioso, especialmente bajo condiciones de exposición prolongada. El envenenamiento por esta sustancia puede dar lugar a inestabilidad en las extremidades, entumecimiento, perdida de reflejos, etc. Así mismo, se ha demostrado que produce cáncer y desordenes reproductivos en animales de laboratorio. La absorción de acrilamida se produce rápidamente a través de la piel, dado que la acrilamida tiende a sublimar, puede llegarse fácilmente a la inhalación de sus vapores y la consiguiente intoxicación. [5, 6, 7]

Como alternativa se empezaron a utilizar geles de agarosa un polisacárido proveniente de la pared celular de las algas rojas, con el objetivo de sustituir y minimizar el consumo de poliacrilamida. Este polisacárido posee ventajas considerables frente a la poliacrilamida como son: Muy bajo contenido de grupos electronegativos (fundamentalmente sulfatos y acido píruvico) resultando un polisacárido bastante inerte y adecuado para las técnicas cromatográficas; Fácil disolución acuosa; Estructura macroporosa, en la que es posible variar el tamaño de poro, por simple cambio de la concentración; Excelente transparencia óptica, tanto en las regiones del espectro visible como del ultravioleta, que permite una mejor cuantificación por técnicas e. espectrofotométricas; Fácil activación y derivatización de los soportes; Tiene la propiedad de mantenerse en estado sólido a temperatura ambiente y a altas temperaturas se torna líquida; Y la más importante teniendo en cuenta los riesgos para la salud que representa la utilización de poliacrilamida es la ausencia de toxicidad gracias a que es un producto natural obtenido de un fuente renovable, las algas marinas. Por lo que se ha convertido en la actualidad en una herramienta imprescindible en separación de ácidos nucleídos en Ingeniería Genética, Cultivos Celulares y Microbiología [1,8].

La agarosa se obtiene de algas rojas (Rodofitas) principalmente de los generos Gelidium, Gelidiella, Euchema, Ahnfeltia, Pterocladia y Gracilaria. Las especies Gelidiella y Pterocladia, aportan pequeñas cantidades. El agar de mejor calidad de obtiene de Gelidium, aunque en los últimos años se ha extendido la obtención a partir de cultivos marinos de Gracillaria, que son ahora la fuente principal de este polisacárido (65% aprox). El cultivo de Gracilaria ha prosperado especialmente en Chile, pero existen especies de esta alga tanto silvestres como cultivadas en la Argentina, Sudáfrica, el Japón, Indonesia, Filipinas, China y la India. La demanda de Gelidium es elevada, por lo que cuando es posible se recolecta, siendo los principales países proveedores España, Portugal, Marruecos, el Japón, República de Corea, China, Chile y Sudáfrica. Otras fuentes secundarias de materia prima para la producción de agar son las especies de Pterocladia (una pequeña alga similar a Gelidium, que se recolecta en las Azores y Nueva Zelandia) y Gelidiella (India, Egipto y Madagascar).

Anualmente se extraen 55 000 toneladas (peso en seco) de algas marinas con las que se producen 10.000 toneladas de agar por un valor de 175 millones de dólares (2009). EE.UU. Chile, España y el Japón producen el 60 por ciento del total de agar consumido en el mundo. La principal productora de agarosa a nivel mundial es Hispanagar (España), además de producir agar para uso alimentario y carragenanos. Se estima que el precio de la agarosa de alta calidad puede costar entre 535 y 5.400 dólares por Kg. Mientras que el agar alimenticio tiene un valor de 18 dólares el Kg, lo que convierte el mercado de la agarosa en atractivo ya que genera grandes ingresos a los países que la producen, además de generar demanda de personal altamente calificado [9,10].

REFERENCIAS

[1] ARMISÉN G., María Pilar. Nuevos métodos de caracterización y activación de geles de agarosa como soportes para la inmovilización de proteínas de interés industrial. Universidad Complutense de Madrid. España 2005.

[2] ANH THU, L. et al. Identification of human, rat and chicken ribosomal proteins by a combination of two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis and mass spectrometry. Université de Lyon. Centre de Génétique Moléculaire et Cellulaire, France. Febrero de 2011.

[3] PALOMINO, A. Factors influencing the synthesis of tunable clay–polymer nanocomposites using bentonite and polyacrylamide. Department of Civil and Environmental Engineering. Penn State University, USA. Junio de 2011.

[4] Kang Luo, S, et al. Our strategy in complication management of augmentation mammaplasty with polyacrylamide hydrogel injection in 235 patients. Department of Aesthetic and Plastic Surgery. Provincial People’s Hospital, Guangzhou, China. Noviembre de 2010.

[5] FAO/WHO. Consusltation on the health implications of acrylamide in food. [En línea] <Disponible en: http://www.who.int/foodsafety/publications/chem/en/acrylamide_summary.pdf> [Consulta: 22 octubre de 2011].

[6] FAO/WHO. Consusltation on the health implications of acrylamide in food. [En línea] <Disponible en: http://www.hrs-spiratube.com/es/recursos/reduccion-de-la-acrilamida-en-los-alimentos-industriales.php> [Consulta: 22 octubre de 2011].

[7] GARCIA C, Javier. Síntesis de cerámicos tecnológicos mediante métodos de combustión de geles de acrilamida. Universidad de Barcelona. <Disponible en: http://tdx.cat/bitstream/handle/10803/1076/08.XGC_CAP6.pdf?sequence=8> [Consulta: 22 octubre de 2011].

[8] ZHANG, Z. et.al. Mechanical characterization of agarose micro-particles with a narrowsize distribution. Department of Chemical Engineering, University of Birmingham 2008.

[9] FAO. La industria de las algas marinas. [En línea] <Disponible en: http://www.fao.org/DOCREP/004/y3550s/Y3550S04.htm> [Consulta: 23 julio 2011]

[10] FAO. Production, properties and uses of agar. [En línea] <Disponible en: http://www.fao.org/docrep/X5822E/x5822e03.htm> [Consulta: 23 julio 2011]

INTRODUCCIÒN

A través de la historia el hombre demostró una constante curiosidad por  conocer el mundo microscópico que lo rodea, esta curiosidad permitió el nacimiento de la microbiología, la bioquímica, la biología molecular y la ingeniería genética, entre otras campos de la ciencia, impulsadas por la necesidad de saber el origen de las enfermedades microbianas que han ocasionado daños a través de la historia, como es el caso de la peste negra que infecto a Europa en 1347 y solo cuatro años después, en 1351, la peste había matado a 24 millones de personas, correspondiente a la cuarta parte de la población de ese continente [1]. Algunos historiadores piensan que este desastre cambio la cultura Europea y preparó el camino del Renacimiento. En la actualidad, los microbiólogos y otros científicos continúan luchando contra enfermedades como el SIDA que ocasiono la muerte de 2 millones de personas en el 2009, dejando solo en África mas de 14 millones de niños huérfanos y la malaria, que según la OMS ocasionó 800.000 muertes en este mismo año [2,3].

Posteriormente, a partir de las investigaciones de Pasteur, hubo una explosión de descubrimientos en microbiología que duro cerca de 60 años. El periodo comprendió entre 1857 y 1914 denominado la edad de oro de la microbiología. Durante esos años se descubrierón lo agentes causales de muchas enfermedades y se estableció el papel de la inmunidad en la prevención y en la curación de patologías [4].

Por esta razón, continuamente se han desarrollado nuevas técnicas para estudiar y entender la naturaleza de los seres vivos. Entre ellas se encuentra la electroforesis, un método utilizado para separar proteínas y moléculas de ADN o ARN por tamaño. La separación de las moléculas se logra moviendo la carga negativa de las moléculas en un campo eléctrico a través de una matriz. La matriz utilizada puede ser gel de poliacrilamida o gel de agarosa. El principal inconveniente de los geles de poliacrilamida es la toxicidad de sus componentes (acrilamida, N N-metilen-bis-acrilamida y persulfato de amonio), que pueden penetrar a través de la piel o por inhalación produciendo irritación y alteraciones del sistema nervioso central. Por el contrario, la agarosa es un producto natural, no tóxico e inerte obtenido de algas rojas, adecuado también en técnicas cromatografícas en medicina y farmacología [5].

Adicionalmente, este polisacárido tiene la propiedad de mantenerse en estado sólido a temperatura ambiente y a altas temperaturas se torna líquida; es de fácil disolución acuosa; posee una estructura macroporosa, en la que es posible variar el tamaño de poro, por simple cambio de la concentración; posee transparencia óptica, tanto en las regiones del espectro visible como del ultravioleta; fácil activación y derivatización de los soportes, características que permiten una exitosa preparación de una matriz porosa para ser utilizada en electroforesis. Por lo que se ha convertido en la actualidad en una herramienta imprescindible en separación de ácidos nucleídos en Ingeniería Genética, Cultivos Celulares y Microbiología [6].

La agarosa se obtiene de algas rojas (Rodofitas) principalmente de los generos Gelidium, Gelidiella, Euchema, Ahnfeltia, Pterocladia y Gracilaria. Las especies Gelidiella y Pterocladia, aportan pequeñas cantidades. El agar de mejor calidad de obtiene de Gelidium, aunque en los últimos años se ha extendido la obtención a partir de cultivos marinos de Gracillaria, que son ahora la fuente principal de este polisacárido (65% aprox). El cultivo de Gracilaria ha prosperado especialmente en Chile, pero existen especies de esta alga tanto silvestres como cultivadas en la Argentina, Sudáfrica, el Japón, Indonesia, Filipinas, China y la India. La demanda de Gelidium es elevada, por lo que cuando es posible se recolecta, siendo los principales países proveedores España, Portugal, Marruecos, el Japón, República de Corea, China, Chile y Sudáfrica. Otras fuentes secundarias de materia prima para la producción de agar son las especies de Pterocladia (una pequeña alga similar a Gelidium, que se recolecta en las Azores y Nueva Zelandia) y Gelidiella (India, Egipto y Madagascar).

Anualmente se extraen 55 000 toneladas (peso en seco) de algas marinas con las que se producen 10.000 toneladas de agar por un valor de 175 millones de dólares (2009). EE.UU. Chile, España y el Japón producen el 60 por ciento del total de agar consumido en el mundo. La principal productora de agarosa a nivel mundial es Hispanagar (España), además de producir agar para uso alimentario y carragenanos. Se estima que el precio de la agarosa de alta calidad puede costar entre 535 y 5.400 dólares por Kg. Mientras que el agar alimenticio tiene un valor de 18 dólares el Kg, lo que convierte el mercado de la agarosa en atractivo ya que genera grandes ingresos a los países que la producen, además de generar demanda de personal altamente calificado [7,8].

Después de analizar la importancia de las algas como fuente de progreso para un país y como una herramienta indispensable para el desarrollo de las ciencias biológicas, se realizará una revisión bibliográfica de las especies de algas rojas que sirven como fuente de obtención de agarosa, algunos de los métodos de obtención de este polisacárido y las aplicaciones de relevancia en el campo de la ciencia.

Diagrama estructural del review

REFERENCIAS

[1] BALDERAS, G. La reforma y la contrareforma. Universidad Iberoamericana. 2009.

[2] UNICEF. Día mundial de la malaria. [En línea] <Disponible en: http://www.unicef.es/actualidad-documentacion/noticias/dia-internacional-de-la-malaria> [Consulta: 23 julio 2011]

[3] UNICEF. Deporte para el desarrollo. [En línea] <Disponible en: http://www.unicef.org/spanish/aids/index_57548.html> [Consulta: 23 julio 2011]

[4] BERDEL, R. et.al. Introducción a la microbiologia. Pag 9 .Editorial medica Panamericana. Novena Edición 2007.

[5] Guttman, A. et.al. Ultra-thin-layer agarose gel electrophoresis II. Separation of DNA fragments on composite agarose–linear polymer matrices. Institute of Medical Chemistry. 2000.

[6] ZHANG, Z. et.al. Mechanical characterization of agarose micro-particles with a narrowsize distribution. Department of Chemical Engineering, University of Birmingham 2008.

[7] FAO. La industria de las algas marinas. [En línea] <Disponible en: http://www.fao.org/DOCREP/004/y3550s/Y3550S04.htm> [Consulta: 23 julio 2011]

[8] FAO. Production, properties and uses of agar. [En línea] <Disponible en: http://www.fao.org/docrep/X5822E/x5822e03.htm> [Consulta: 23 julio 2011]