iD-Speech: Biorreactores. Una metodología para la producción masiva de biomoléculas

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“La ciencia es la progresiva aproximación del hombre al mundo real”

Max Planck

La Red de Divulgación Científica de alto impacto iD-Speech, tuvo el gusto de presentar al Msc. Fernando Rivas-Romero quien nos habló acerca del proyecto que lleva a cabo con la Universidad de las Américas (UDLA): el diseño y construcción de un Biorreactor de Inmersión Temporal (BIT) para la producción masiva de especies vegetales.

Pero, ¿qué es un biorreactor?

Se trata de un sistema o depósito controlado que proporciona las condiciones ideales de pH, temperatura, luz, sustancias nutritivas y concentración de oxígeno, para el desarrollo de biomoléculas, productos metabólicos e incluso organismos vivos más complejos. El tamaño de un biorreactor varía de acuerdo a la necesidad y objetivos perseguidos, pueden ser pequeños, cuyo tamaño oscila entre unos milímetros a centímetros y son utilizados principalmente en investigación o pueden ser grandes a escala industrial y ocupar varios metros de superficie, éstos son utilizados en las industrias alimenticia y farmacéutica para la obtención masiva de sustancias.

Fernando Rivas. iDSpeech

MSc. Fernando Rivas-Romero

Universidad de las Américas (UDLA)

Antecedentes al uso de biorreactores

El desarrollo y aplicación de muchas tecnologías actuales estuvieron precedidas por hechos históricos importantes, este es el caso de los conflictos bélicos, estas  tecnologías surgieron por la necesidad de buscar soluciones a problemas recurrentes, el caso de la invención de los biorreactores, como los conocemos en la actualidad son un ejemplo de ello.

Entre los años 1914 y 1918 (Primera Guerra Mundial), se produjo una alta demanda de cetona, sustancia orgánica utilizada en la fabricación de explosivos, por ese entonces el bioquímico ruso Chaim Weizmann, radicado en Gran Bretaña tuvo la idea de obtener la cetona por medio del aislamiento de una bacteria, basándose en los experimentos de fermentación realizados por Pasteur en Francia, Weizmann logró aislar y reproducir bajo condiciones controladas a la bacteria Clostridium acetobutylicum, la cual producía como desechos metabólicos cetona y butanol.

Convencionalmente se utiliza la técnica de cultivo in vitro para el aislamiento, desarrollo o multiplicación de bacterias y organismos vegetales, entre las principales desventajas que podemos mencionar de la técnica es que demanda mayor cantidad de personal  trabajando para obtener cantidades altas de productos, debido a la manipulación por el traspaso del organismo de un medio a otro el porcentaje de contaminación es mayor, el tiempo requerido para multiplicar organismos es elevado y esto se traduce en un mayor costo, por lo que no se recomienda su aplicación cuando el fin es industrial.

Por otro lado el uso de biorreactores supone una mayor eficiencia y eficacia, al ser éstos sistemas semi o íntegramente automatizados no existe riesgo de contaminación de los cultivos, el porcentaje de éxito obtenido es alto ya que las condiciones del medio son controladas y esto garantiza un ambiente homogéneo para todos los organismos, se reduce también el número de personas trabajando y se pueden realizar controles remotos del sistema, por estas razones el costo de aplicación disminuye significativamente.

Actualmente una de las aplicaciones más desarrolladas con el uso de Biorreactores ha sido la reproducción de organismos fotosintéticos ya sean estos unicelulares, como es el caso de las algas, que forman consorcios con alta producción de biomasa o pluricelulares como las plantas vasculares. Los organismos obtenidos y sus desechos metabólicos son utilizados en la industria alimenticia, farmacéutica, para biorremediación ambiental y para investigación científica.

De acuerdo al modo de operación existen tres tipos Biorreactores: discontinuo o batch, en donde no existe flujo de entrada y salida de nutrientes o gases, los semi-continuos o fed batch, en este tipo de biorreactores hay flujo de entrada pero no salida y de modo continuo en los cuales hay flujos de entrada y salida.

Biorreactores de Inmersión Temportal (BIT)

Los BIT corresponden a sistemas de modo continuo, son utilizados principalmente para la obtención de especies vegetales. Poseen válvulas con filtro, para la entrada y salida de sustancias, su modo de operación consiste en la inmersión periódica, en un caldo nutritivo + gas (O2) de los tejidos vegetales (flujo de entrada) y tubos de salida donde se desechan gases y sustancias propias del metabolismo (flujo de salida). Al ser organismos fotosintéticos los materiales utilizados en la fabricación de un BIT deben ser transparentes para permitir el paso de la luz, mientras que se regula automáticamente las condiciones de temperatura y pH.

En nuestro país las Universidades públicas y privadas son centros de desarrollo tecnológico y científico que promueven el trabajo de investigadores. En este contexto surge como un proyecto, en las aulas de la UDLA y bajo la tutoría del Msc. Fernando Rivas-Romero, el diseño y la fabricación de un BIT para la multiplicación de plantas de interés humano.

El éxito alcanzado por el grupo de estudiantes e investigadores de la UDLA, les ha valido una una patente a nivel nacional por parte del Servicio Nacional de Derechos Intelectuales (SENADI) y actualmente se encuentran en conversaciones con empresas tecnológicas para la fabricación masiva del mismo.

Potenciales usos de un Biorreactor

Los biorreactores podrían ser utilizados en la obtención de tejidos y órganos de origen animal, con su posible aplicación en el trasplante de órganos y tejidos o incluso con fines alimenticios. Con respecto a esto los expertos señalan que se requeriría de biorreactores de gran tamaño y hay que considerar que mientras más grande sea el recipiente más complicado será garantizar condiciones homogéneas para los tejidos y su estabilidad, además requerirían de personal capacitado para su constante monitoreo. La biotecnología sigue avanzando a pasos agigantados y estamos seguros que pronto se obtendrán resultados positivos para el cultivo de tejidos y órganos de origen animal. 

Referencias bibliográficas

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Calvache C., & Freire J. (2019). Diseño y desarrollo de un Sistema de Inmersiòn temporal semi-automatizado destinado a la micropropagaciòn masal de especies vegetales. Quito: UDLA.

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Ruíz-Leza H. A., Rodríguez-Jasso R. M., Rodríguez-Herrera R., Contreras-Esquivel J. C., & Aguilar C. (2007). Diseño de biorreactores para fermentación en medio sólido. Revista Mexicana de Ingeniería Química, Vol. 6 (Núm. 1 ), pp. 33-40.

Yoeup Paek K., Chakrabarty D., & Hahn E. (2005). Application of bioreactor systems for large scale production of horticultural and medicinal plants. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 81: 287–300.

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