Contribución de las técnicas de química analítica a los avances en biotecnología

La biotecnología se ha definido como el uso de sistemas y organismos vivos para desarrollar productos y procesos en beneficio de la humanidad en términos de mejores rendimientos agrícolas, producción de alimentos, medicamentos y procesos de producción industrial más limpios.

A lo largo de los años, la biotecnología se ha diversificado en diferentes ramas, como la ingeniería genética, la biotecnología industrial, la biotecnología ambiental, la biología molecular, la genómica, etc. La química analítica ha contribuido significativamente al crecimiento de nuestra comprensión y alcance en dichos campos. En este breve artículo se ha intentado enumerar las contribuciones de las técnicas analíticas generales a nuestra comprensión de las biomoléculas y los procesos bioquímicos.

medidor de pH

Comencemos con el humilde medidor de pH que se encuentra en todos los laboratorios. La mayoría de las entidades biológicas necesitan un pH neutro para sobrevivir. La sangre debe tener un rango de pH entre 7,35 y 7,45. Exceder este rango hasta en 1/10 de una unidad puede ser fatal. El pH del suelo necesita ser monitoreado para altos rendimientos de varios cultivos. El agua de lluvia naturalmente tiene un pH de aproximadamente 5,6 y, a veces, puede alcanzar niveles nocivos de 4,0 a 5,0 debido a los contaminantes del aire.

El control del pH es crucial para evitar que la leche se vuelva ácida, cosmético contra los efectos nocivos en la piel y los ojos.

La producción de alimentos requiere un control estricto del pH, ya que las variaciones pueden tener efectos no deseados en el sabor, la consistencia y la vida útil del producto.

espectroscopia de RMN

La RMN proporciona información no invasiva e in vivo sobre la muestra. Determina las propiedades físicas y químicas de los átomos o de las moléculas en las que se encuentran. La información proporcionada se relaciona con la estructura, la dinámica, el estado de reacción y el entorno químico de las moléculas. Los espectros de RMN de proteínas proporcionan estructuras tridimensionales de proteínas de alta resolución. También se puede obtener información importante sobre ácidos nucleicos como el ADN y el ARN.

La RMN de extractos de plantas crudas proporciona huellas dactilares de una gran cantidad de metabolitos extraíbles para la detección de alto rendimiento de metabolitos sin una preparación de muestra compleja.

La RMN ha apoyado los avances en biomedicina a través de estudios sobre tejidos o células, diagnóstico de enfermedades y estudios sobre extractos de células cultivadas.

Espectroscopia UV-Visible

Las aplicaciones de la espectroscopia UV-VIS en la investigación bioquímica se relacionan principalmente con el análisis de proteínas, enzimas, ácidos nucleicos y oligonucleótidos. La espectroscopia también es útil para estudios de actividad enzimática.

espectroscopia FT-IR

La espectroscopia FTIR y las imágenes están ganando importancia en el diagnóstico y la investigación médica. Puede distinguir entre células normales y enfermas. FT-IR puede diagnosticar y diferenciar entre diferentes niveles de malignidad celular. FT-IR en combinación con el accesorio ATR encuentra aplicación en el monitoreo de procesos bioquímicos en superficies.

Espectroscopia de absorción atómica

La espectroscopia de absorción atómica proporciona una estimación sencilla de los metales traza en matrices biológicas como la sangre, el cabello, los tejidos, la orina, etc. El comportamiento tóxico de dichos metales se puede evaluar para llegar a decisiones de diagnóstico y se pueden determinar los límites máximos de ingesta diaria en función de dichas decisiones. .

Monocristal XRD

La XRD de cristal único proporciona una gran cantidad de información estructural sobre la estructura de las células cristalinas, como las ubicaciones atómicas, los ángulos de enlace y las dimensiones interatómicas de la red cristalina. La técnica complementa los estudios de RMN y se usa ampliamente para la determinación estructural de moléculas grandes como las proteínas.

LC-MS

LC-MS ha tenido un impacto significativo en el desarrollo de fármacos, lo que ha llevado a un crecimiento fenomenal en la industria farmacéutica. Las principales áreas de interés son el análisis estructural de impurezas a nivel de trazas, la identificación de metabolitos y la caracterización de productos proteicos terapéuticos para la mejora de procesos. Los laboratorios clínicos encuentran que es una adición útil para el diagnóstico basado en estudios de fluidos corporales líquidos para varios metabolitos y grupos de fármacos.

PCR

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) ayuda en la amplificación de fragmentos de ADN varios millones de veces y tiene una amplia aplicación en el análisis genético a través de la toma de huellas dactilares del ADN y las pruebas médicas. También es útil para establecer relaciones entre organismos a nivel molecular. Incluso es útil si solo se dispone de especímenes muy pequeños de animales extintos.

ELISA

El ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) se utiliza para detectar la presencia de una sustancia a través de una reacción antígeno-anticuerpo. Los antígenos de la sustancia se adhieren a una superficie. Luego se aplican anticuerpos específicos sobre él para unirse a los antígenos. El antígeno se une a una enzima a través del sustrato que contiene la enzima. La reacción produce un color que se detecta como una señal de absorción.

ELISA encuentra aplicaciones en las pruebas de detección del VIH en suero sanguíneo. También se utiliza para determinar alérgenos alimentarios, marcadores séricos de hepatitis B y pruebas de embarazo caseras.

Electroforesis en gel

La electroforesis en gel se utiliza para separar el ADN, el ARN y las proteínas y sus fragmentos mediante la aplicación de una diferencia de potencial en un gel. La separación a través del gel tiene lugar según el tamaño y la carga. Las moléculas más cortas se mueven más rápido que las más grandes bajo la misma diferencia de potencial.

secuencia de ADN

La secuenciación del ADN se utiliza para determinar el orden preciso de los nucleótidos en la molécula de ADN. Determina el orden de las cuatro bases: adenina, guanina, citosina y timina en una hebra de ADN. La detección basada en fluorescencia mejora el rendimiento de la muestra con respecto a las técnicas de detección cromatográfica anteriores. Comprender la secuenciación del ADN ayuda a la investigación biológica básica y en áreas aplicadas como el diagnóstico, la biotecnología, la biología forense y la agricultura.

En este breve artículo solo ha sido posible abordar el tema cada vez mayor ya que cada día se desarrollan innumerables aplicaciones.

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