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Introducción
Después de cristalería y equipos, un laboratorio requiere reactivos. Esta partida muy amplia comprende ácidos y álcalis, alcoholes, colorantes, polímeros y enzimas. Hasta cierto punto, se produce un efecto de retroalimentación por el cual un laboratorio existente puede producir internamente muchos de sus propios requisitos para continuar el trabajo o para montar un nuevo laboratorio. Además, muchos de estos reactivos pueden considerarse productos si así lo desea la comunidad; Los alcoholes, tintes, 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 tintes son necesarios para la diferenciación diagnóstica entre especies bacterianas y para teñir el ADN en trabajos moleculares.Los polímeros son necesarios para producir placas de crecimiento bacteriano, geles electroforéticos para ADN y 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 útiles 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 será necesario abordar con el tiempo. Las necesidades enzimáticas 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 producir tanta enzima como sea necesaria para una aplicación determinada. Los polímeros pueden extraerse de la flora silvestre de origen local, como las algas marinas, y purificarse químicamente (agares), o pueden prepararse de manera similar a las enzimas con cepas de bacterias transgénicas.
Fortalezas actuales
Hoy en día, es posible contar con 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 un carnicero.
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 localmente relevantes, debería ser factible producir las enzimas termoestables utilizadas en la PCR utilizando una cepa domesticada en laboratorio de E. coli o B. subtilis. Luego, la enzima se puede purificar fácilmente hirviendo las células y filtrando el resultado; el lisado crudo contendrá la enzima, que debería durar más que las enzimas contaminantes bajo tratamiento térmico. Sin embargo, no es factible producir localmente dicha cepa como se requiere, 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 relativa facilidad entre AT-biolabs 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 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 a partir de fermentación de levadura o Proceso ABE .
- Ácido fórmico: destilación de cuerpos de hormigas. Puede usarse para producir sales y también tiene aplicaciones de producción en 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 riesgos.
- Carbonato de sodio: se puede producir en baja calidad a partir de Kombu/Kalp quemado, 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. En principio, es posible producirlo internamente mediante bacterias/levaduras transgénicas. Útil para la producción de alimentos como resultado.
- 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 con agar de ciertas especies de algas. Tiene aplicaciones alimentarias y puede procesarse para formar un polvo que, cuando se disuelve en agua, forma un gel al exponerse al calcio. Útil para encapsular células para facilitar la extracción de fermentaciones. También tiene aplicaciones culinarias y se puede utilizar para producir un "rociador sobre vendajes" 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
En realidad, los colorantes plantean un gran problema para los biolaboratorios comunitarios. Aunque muchos tintes naturales pueden prepararse fácilmente a partir de especies autóctonas o mediante fermentación de cepas transgénicas, la mayoría de los tintes utilizados en un laboratorio moderno para técnicas esenciales como la visualización del ADN son sintéticos y/o presentan un riesgo mutagénico. La sustitución por tintes y tintes naturales puede ser una cuestión de prueba y error.
- El índigo puede tener posibles aplicaciones de laboratorio y puede cultivarse fácilmente o fermentarse 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 tinte tradicional para alimentos y ropa y puede tener aplicaciones de tinte de laboratorio.
Enzimas
Se pueden producir muchas enzimas degradativas mediante la fermentación de especies saprófitas como B. subtilis, que posee una gran cantidad de enzimas útiles para descomponer la materia vegetal muerta. Estas enzimas se pueden usar para degradar desechos y acelerar el compostaje o eliminar desechos incómodos como los aceites ranciados.
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 indican 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, ahora producidas a partir de E. coli transgénica. Esencial para la reacción de PCR, se produce y purifica fácilmente a partir de cepas de laboratorio como E. coli o B. subtilis, siempre que los genes correctos estén disponibles internamente.
- Ligasa: se utiliza para "pegar" el ADN, se puede extraer de alguna forma probablemente de cualquier célula viva, pero generalmente se extrae especialmente de E. coli transgénica. Podría producirse internamente a partir de especies naturales con cierta dificultad, probablemente más fácil de producir 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 manipulaciones posteriores.
Principalmente producciones culinarias:
- 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 se puede utilizar para producir biocombustibles a partir de aceites/grasas.
