Biolab Reagents/es
Contenido
Introducción
Además de los materiales de vidrio y el equipo, un laboratorio necesita reactivos. Este rubro muy amplio comprende ácidos y álcalis, alcoholes, colorantes, polímeros y enzimas. Hasta cierto punto, existe un efecto de retroalimentación por el cual un laboratorio existente puede producir muchos de sus propios productos en forma interna para continuar trabajando o para establecer un nuevo laboratorio. Además, muchos de estos reactivos pueden considerarse productos de salida si la comunidad así lo desea; los alcoholes, colorantes, polímeros y enzimas tienen usos valiosos en una comunidad para el saneamiento, los textiles, la producción de alimentos y la degradación de desechos, entre otras cosas.
Los ácidos y los álcalis son necesarios por sí mismos y para producir sales importantes mediante la reacción con minerales y entre sí.Los alcoholes son necesarios como esterilizantes y precipitantes para purificar proteínas, enzimas, ADN y otros compuestos.Los colorantes son necesarios para la diferenciación diagnóstica entre especies bacterianas y para teñir el ADN en el trabajo molecular.Los polímeros son necesarios para producir placas de crecimiento bacterianas, geles electroforéticos para ADN y para esterilizar reactivos termolábiles.Las enzimas son necesarias para catalizar reacciones como la PCR, para degradar contaminantes y quizás como un fin en sí mismas (ya que muchas enzimas de importancia industrial pueden ser de utilidad para las comunidades locales en la limpieza ecológica y la producción de alimentos).
Muchas necesidades químicas pueden satisfacerse localmente mediante una sustitución inteligente, mientras que otras pueden presentar un problema que deberá abordarse con el tiempo. Las necesidades de enzimas son un problema para el que es previsible una solución inmediata, pero que será costosa; se pueden diseñar cepas transgénicas de bacterias de laboratorio para que produzcan tanta enzima como se requiera para una aplicación determinada. Los polímeros se pueden extraer de la flora silvestre de origen local, como las algas marinas, y purificarse químicamente (agar), o se pueden preparar de manera similar a las enzimas con cepas transgénicas de bacterias.
Fortalezas actuales
Hoy en día, es posible cumplir con los requisitos de un laboratorio de microbiología local que pueda utilizarse con fines de diagnóstico. Se requieren métodos como la esterilización a presión, la esterilización en horno y la tindalización para producir medios de crecimiento estériles para microbios, pero se pueden aprender fácilmente una vez que se dispone del equipo. Los medios de crecimiento ricos se producen fácilmente utilizando ingredientes que se pueden producir o adquirir localmente; un medio de diagnóstico simple como el agar sangre se puede producir utilizando subproductos de una planta de procesamiento de carne o de una carnicería.
Limitaciones actuales
Para producir enzimas y otros compuestos limitantes localmente, puede ser necesario desarrollar cepas transgénicas de bacterias de laboratorio y probar protocolos para una fácil extracción.
Por ejemplo, para la producción de enzimas de PCR para su uso en el diagnóstico por PCR de enfermedades locales relevantes, debería ser factible producir las enzimas termoestables utilizadas en PCR utilizando una cepa domesticada en el laboratorio de E. coli o B. subtilis. La enzima puede entonces purificarse fácilmente hirviendo las células y filtrando el resultado; el lisado crudo contendrá la enzima, que debería sobrevivir a las enzimas contaminantes bajo tratamiento térmico. Sin embargo, no es factible producir localmente una cepa como la requerida, porque el gen necesario para producir la enzima termoestable se encuentra en cultivos silvestres de bacterias termófilas de aguas profundas que son prácticamente imposibles de cultivar localmente. Sin embargo, una vez producida, una cepa de este tipo puede transferirse con facilidad entre biolaboratorios AT y constituye un avance histórico en la biotecnología sostenible.
Métodos existentes
Ácidos / Álcalis / Materias primas
- Ácido acético: destilación o recristalización de vinagre/kombucha: las sales de acetato se utilizan para una amplia variedad de protocolos.
- Acetona: se puede producir mediante el proceso ABE (o mediante bacterias transgénicas). También se puede destilar a partir de acetatos, por ejemplo, el acetato de calcio formado a partir de cáscaras de huevo y el ácido acético del vinagre.
- ATP - Trifosfato de adenosina. Unidad de energía molecular de la mayoría de las células vivas. Probablemente se podría extraer de las células vivas, pero es muy inestable debido a su alto contenido energético. Es necesario para muchas reacciones catalizadas por enzimas, como el uso de la ligasa (abajo).
- El ácido benzoico se puede destilar a partir de la resina inducida por lesiones de los árboles de la familia Styrax. La resina puede contener un 20 % de ácido benzoico. También se puede producir químicamente a partir de alcohol bencílico, que se puede extraer de aceites esenciales o frutas, aunque probablemente no en la misma cantidad que la resina de Styrax.
- Carbonato de calcio: cáscaras de huevo, tierra de diatomeas, conchas marinas y depósitos minerales
- Ácido cítrico: la fermentación de la glucosa por Aspergillus niger produce ácido cítrico que puede recristalizarse y purificarse .
- Etanol - Destilación de la fermentación de levadura o proceso ABE .
- Ácido Fórmico - Destilación de cuerpos de hormigas - Se puede utilizar para hacer sales, también tiene aplicaciones de salida en la apicultura.
- Hidróxido de potasio: purificación a partir de lejía procedente de cenizas de madera dura: proporciona aproximadamente un 90 % de hidróxido de potasio, pero presenta peligros.
- Carbonato de sodio: se puede producir con baja calidad a partir de kombu/kelp quemados, pero también se produce mediante el proceso Solvay .
- Hidróxido de sodio: producido a partir de hidróxido de calcio y carbonato de sodio, ambos productos del proceso Solvay .
Alcoholes
- Alcohol bencílico: se puede extraer de frutas o de algunos aceites esenciales, aunque probablemente no en cantidad.
- Butanol - Puede producirse mediante el proceso ABE (o bacterias transgénicas).
- Etanol: se puede destilar a partir de azúcares fermentados, aunque el etanol de alta calidad requerirá más que un alambique.
- Metanol: Se puede destilar de la madera.
Polímeros
- Celulosa: polímero de glucosa, el compuesto biológico más común en la Tierra, pero generalmente muy impuro. Se produce fácilmente como polímero puro mediante la fermentación de kombucha y es potencialmente útil como alternativa a los geles de ADN de agarosa.
- Agar: extraído de algunas algas marinas. En principio, es posible producirlo mediante bacterias o levaduras transgénicas en casa. Resulta útil para la producción de alimentos como producto final.
- Agarosa: polímero de galactosa altamente purificado a partir de agar, que requiere tratamiento con solvente o enzimas para su producción. También es posible producirlo con bacterias o levaduras transgénicas en la propia empresa. Reemplaza la necesidad de agar si se produce como agarosa pura para aplicaciones culinarias o de laboratorio.
- Gelatina: se obtiene fácilmente a partir de huesos y materia animal colágena. Tiene usos limitados en el laboratorio debido a que muchas bacterias la digieren fácilmente durante su crecimiento.
- Alginatos: hervidos como el agar de ciertas especies de algas marinas. Tienen aplicaciones alimentarias y se pueden procesar para formar un polvo que, cuando se disuelve en agua, forma un gel al exponerse al calcio. Son útiles para encapsular células y facilitar su extracción a partir de fermentaciones. También tienen aplicaciones culinarias y se pueden utilizar para producir un "spray sobre vendas" para detener rápidamente el sangrado como aplicación médica.
- Monómeros de ADN: generalmente llamados "NTP". Se extraen industrialmente del ADN del esperma de salmón. Son necesarios para la PCR y otras reacciones de manipulación del ADN para producir o extender el ADN.
Tintes
Los colorantes plantean un serio problema para los laboratorios biológicos comunitarios. Aunque muchos colorantes naturales pueden prepararse fácilmente a partir de especies autóctonas o mediante la fermentación de cepas transgénicas, la mayoría de los colorantes que se utilizan en un laboratorio moderno para técnicas esenciales como la visualización del ADN son sintéticos o presentan un riesgo mutagénico. La sustitución por colorantes y colorantes naturales puede ser una cuestión de ensayo y error.
- El índigo puede tener aplicaciones potenciales en el laboratorio y se puede cultivar fácilmente o fermentar mediante cultivos transgénicos. También se utiliza como tinte para ropa.
- El yodo se puede extraer de las algas marinas o del kombu utilizando ácido sulfúrico y, probablemente, otros ácidos que se obtienen con mayor facilidad, como el ácido acético. El yodo se utiliza en el método de tinción de Gram que ayuda a identificar microbios en muestras médicas.
- Lawsone de Henna se puede utilizar como tinte proteico.
- La hematoxilina se extrae del duramen de los troncos y se utiliza en un procedimiento de tinción de importancia médica. Como colorante biosintetizado, en principio podría ser fermentado por bacterias transgénicas.
- El carmín/cochinilla es un colorante alimentario tradicional producido a partir de cochinillas y puede tener aplicaciones en biolaboratorio.
- La cúrcuma es un colorante alimentario y de ropa tradicional y puede tener aplicaciones como colorante de laboratorio.
Enzimas
Se pueden producir muchas enzimas degradativas mediante la fermentación de especies saprofitas como B. subtilis, que posee una gran cantidad de enzimas útiles para descomponer la materia vegetal muerta. Estas enzimas se pueden utilizar para degradar desechos y acelerar el compostaje o la eliminación de desechos difíciles de eliminar, como los aceites rancios.
En un laboratorio biológico, las enzimas son la maquinaria molecular que realiza muchas tareas esenciales, como copiar, modificar y pegar ADN en los sitios deseados, degradar contaminantes, unir y purificar componentes específicos deseados de muestras mixtas o la producción de proteínas sin células para aplicaciones médicas avanzadas.
Las enzimas que se mencionan a continuación no suelen venir acompañadas de instrucciones ni sugerencias sobre las fuentes de obtención; la vía probable para su producción en un laboratorio comunitario sería adquirir cepas transgénicas de B. subtilis o E. coli que produzcan la enzima deseada, de las que se puede extraer la enzima después de una fermentación a escala. Estas cepas no suelen existir en una forma adecuada o disponible para el laboratorio comunitario, pero seguramente se diseñarán en los próximos años y se difundirán cuando sea posible y necesario.
Enzimas de laboratorio esenciales:
- Enzimas de restricción: cuantas más, mejor. Son menos necesarias cuando el ADN sintetizado está disponible a demanda, es decir, todavía no en un laboratorio biológico comunitario.
- ADN polimerasa(s): enzimas generalmente termoestables extraídas originalmente de bacterias de aguas profundas, que ahora se producen a partir de E. coli transgénicas. Esenciales para la reacción de PCR, se producen y purifican fácilmente a partir de cepas de laboratorio como E. coli o B. subtilis, siempre que se disponga de los genes correctos en el laboratorio.
- Ligasa: se utiliza para "pegar" el ADN; se puede extraer de alguna forma de cualquier célula viva, pero generalmente se extrae especialmente de E. coli transgénica. Se puede producir en casa a partir de especies naturales con cierta dificultad; probablemente sea más fácil producirla con cepas transgénicas hechas a medida.
- Exonucleasas: para degradar ARN o ADN y para métodos modernos de clonación de ADN como el método Gibson.
- Celulasa: Para degradar celulosa, ya sea para la producción de biocombustible (probablemente sea ineficiente utilizar enzimas para esto) o para preparar células vegetales para posteriores manipulaciones.
Principalmente productos culinarios:
- Invertasa: producida por bacilos como B. subtilis. Cataliza sacarosa -> glucosa + fructosa.
- Lipasa: puede ayudar en los procedimientos de purificación. Puede utilizarse para degradar grasas y eliminar depósitos grasos. También puede utilizarse para producir biocombustible a partir de aceites y grasas.
