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�Puede sobrevivir la Ecolog�a Qu�mica sin la Qu�mica de productos naturales y la perspectiva Ingenieril?

 

�Can Chemical Ecology survive without the Chemistry of natural products and the Engineering perspective?

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�A Ecologia Qu�mica pode sobreviver sem a Qu�mica dos produtos naturais e a perspectiva da Engenharia?

 

 

 

Juan Enrique Tacoronte-Morales ^I

jetacoronte@yahoo.com

https://orcid.org/0000-0001-7325-7788

 

 

 

Correspondencia: jetacoronte@yahoo.com

 

 

 

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

 

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*Recibido: 30 de julio de 2020 *Aceptado: 21 de agosto de 2020 * Publicado: 28 de agosto de 2020

 

 

 

1. Dr.Sc. en Ciencias Qu�micas, M.Sc. en Biodiversidad Aplicada e Investigador Titular. Su filosof�a de trabajo se orienta hacia la integraci�n conceptual y metodol�gica de aspectos ingenieriles, moleculares y recursos bi�ticos, desde la estructura, las propiedades y su funcionalidad escalable en condiciones de desarrollo sostenible.

Resumen

La Ecolog�a Qu�mica, surgida con la revoluci�n en biolog�a molecular, a mediados del siglo XX, se nutri� r�pidamente con los �xitos del desarrollo instrumental y de implementaci�n de t�cnicas de hifenaci�n (GC-MS, HPLC-MS, FTIR-MS, RMN, etc.), incluyendo la prote�mica y la me-tabol�mica. La Qu�mica de Productos Naturales, tradicionalmente orient�, exitosamente, su campo de acci�n en el descubrimiento de mol�culas org�nicas a partir de fuentes naturales (bi�ticas, especies bot�nicas y animales), potencialmente utilizables en el tratamiento de enfermedades, como materias primas para la industria, y en la agricultura. La Ecolog�a Qu�mica, y su perspectiva ingenieril aplicada, se encuentra hoy en una de las etapas m�s ambiciosas, novedosas, originales, inventivas y aplicables de su existencia conceptual y metodol�gica, en aras del hombre y del planeta; su fortalecimiento es el reconocimiento de la qu�mica de productos naturales, de la ingenier�a qu�mica ecol�gica, de la prospecci�n qu�mica de la biodiversidad, y de la necesidad de cambios de paradigmas en el pensamiento biol�gico y biotecnol�gico contempor�neo a escala de Universidad y de investigaci�n.

Palabras Clave: Ecolog�a Qu�mica; Biolog�a Molecular; Qu�mica Org�nica; biodiversidad; biotecnolog�a.

 

Abstract

Chemical Ecology, which emerged with the revolution in molecular biology in the mid-twentieth century, was rapidly nurtured by the successes of instrumental development and implementation of hyphenation techniques (GC-MS, HPLC-MS, FTIR-MS, NMR, etc. .), including proteomics and metabolomics. The Chemistry of Natural Products, traditionally oriented, successfully, its field of action in the discovery of organic molecules from natural sources (biotic, botanical species and animals), potentially usable in the treatment of diseases, as raw materials for industry, and in agriculture. Chemical Ecology, and its applied engineering perspective, is today in one of the most ambitious, novel, original, inventive and applicable stages of its conceptual and methodological existence, for the sake of man and the planet; Its strengthening is the recognition of the chemistry of natural products, of ecological chemical engineering, of the chemical prospecting of biodiversity, and of the need for paradigm shifts in contemporary biological and biotechnological thinking at the university and research levels.

Key Words: Chemical Ecology, Molecular Biology, Organic Chemistry, biodiversity, biotechnology.

Resumo

A Ecologia Qu�mica, que surgiu com a revolu��o na biologia molecular em meados do s�culo XX, foi rapidamente nutrida pelos sucessos do desenvolvimento instrumental e implementa��o de t�cnicas de hifeniza��o (GC-MS, HPLC-MS, FTIR-MS, NMR, etc. .), incluindo prote�mica e metabol�mica. A Qu�mica dos Produtos Naturais, tradicionalmente orientou, com sucesso, o seu campo de a��o na descoberta de mol�culas org�nicas de fontes naturais (bi�ticas, esp�cies bot�nicas e animais), potencialmente utiliz�veis ​​no tratamento de doen�as, como mat�rias-primas para a ind�stria, e na agricultura. A Ecologia Qu�mica, e sua perspectiva de engenharia aplicada, est� hoje em uma das etapas mais ambiciosas, inovadoras, originais, inventivas e aplic�veis ​​de sua exist�ncia conceitual e metodol�gica, para o bem do homem e do planeta; Seu fortalecimento � o reconhecimento da qu�mica dos produtos naturais, da engenharia qu�mica ecol�gica, da explora��o qu�mica da biodiversidade e da necessidade de mudan�as de paradigma no pensamento biol�gico e biotecnol�gico contempor�neo em escala universit�ria e de pesquisa.

Palavras-chave: Ecologia Qu�mica, Biologia Molecular, Qu�mica Org�nica, biodiversidade, biotecnologia.

 

Introducci�n

Las nuevas disciplinas convergentes, a escala universitaria, conceptual y metodol�gicamente, surgen de conflictos de intereses y de la aplicaci�n de una perspectiva sist�mica de integraci�n, que incluye cambios de paradigmas y comprensi�n de la necesidad de la ingenierizaci�n para la soluci�n de problemas ambientales, energ�ticos, tecnol�gicos y educativos.

La Ecolog�a Qu�mica, o la ciencia de la comunicaci�n molecular entre organismos, es una disciplina que evoluciona de la integraci�n de bi�logos, ec�logos, qu�micos de productos naturales e ingenieros qu�micos con una profunda perspectiva de estructuralidad molecular como basamento de interacciones evolutivas, adaptativas y de propiedades de sistemas vivos, su metabolismo y la capacidad de escalar ingenierilmente esta molecularidad espec�fica.

Esta integraci�n se fundamenta en una potenciaci�n instrumental y en las habilidades y capacidades de la multi-disciplinariedad y transversalidad conceptuales. Esta integraci�n descrita se basa en la serie conceptual: �un organismo-un sistema prote�mico / metabol�mico-un sistema de expresi�n fenot�pico-una mol�cula-un efecto molecular/conductual espec�fico a escala espacio-temporal�; la contextualizaci�n de esta visi�n permite considerar que todos los organismos emiten substancias qu�micas vol�tiles (se�ales qu�micas) en condiciones eco-geogr�ficas espec�ficas y que todos los organismos, a su vez, responden a las emisiones de otros organismos.

La naturaleza, seg�n esta percepci�n, entr�pica y estructural, es un sistema din�mico de elevada complejidad donde las interacciones son esencialmente moleculares en todas las escalas de las interacciones ecosist�micas.

 

Desarrollo

Veamos, en forma simplificada, los qu�micos de productos naturales (fitoqu�micos, bioqu�micos, analistas de complejos metabol�micos, qu�micos org�nicos, etc.) descifran las complejidades moleculares y sub-estructurales de estas emisiones qu�micas vol�tiles y sus potenciales efectos y actividades vs. diferentes dianas bioqu�micas y receptores prote�nicos; los qu�micos ec�logos intentan correlacionar la composici�n qu�mica de determinadas secreciones y emisiones de compuestos vol�tiles con determinados efectos etiol�gicos, defensivos, etc.; los bi�logos y ec�logos estudian la historia natural y evoluci�n de los organismos en determinadas condiciones de desarrollo y en ambientes espec�ficos; y los ingenieros qu�micos, f�sicos y especialistas en bi�nica y biotecnolog�a intentan sintetizar, escalar en condiciones sustentables, y aplicar, desde las composiciones y an�logos sint�ticos de estas complejas mezclas de componentes vol�tiles y se�ales qu�micas, hasta los sistemas enzim�ticos generadores, en diferentes sectores productivos de la actividad humana: agroqu�mica, control de plagas y vectores, petroqu�mica, y farmac�utica.

No es raro, entonces, que esta colaboraci�n integral multidisciplinaria sea conceptualmente fascinante, y muy productiva, constituyendo hoy un pilar fundamental en la prospecci�n qu�mica de la biodiversidad como fuente de mol�culas l�deres con alto valor agregado tecnol�gico e intelectual, facilitando nuevas estrategias de conservaci�n y utilizaci�n de la biodiversidad como recurso en condiciones de desarrollo sustentable integral.

La Ecolog�a Qu�mica, surgida con la revoluci�n en biolog�a molecular, a mediados del siglo XX, se nutri� r�pidamente con los �xitos del desarrollo instrumental y de implementaci�n de t�cnicas de hifenaci�n (GC-MS, HPLC-MS, FTIR-MS, RMN, etc.), incluyendo la prote�mica y la me-tabol�mica. La Qu�mica de Productos Naturales, tradicionalmente orient�, exitosamente, su campo de acci�n en el descubrimiento de mol�culas org�nicas a partir de fuentes naturales (bi�ticas, especies bot�nicas y animales) potencialmente utilizables en el tratamiento de enfermedades, como materias primas para la industria, y en la agricultura. Su expansi�n intensiva en los dominios de la Ecolog�a Qu�mica ha ampliado, a escala planetaria, su horizonte conceptual y metodol�gico de acci�n tanto a nivel fundamental como aplicado y la comprensi�n de las bases qu�micas de las interacciones bi�ticas.

La Ingenier�a Qu�mica, desde su perspectiva sint�tica y capacidad para dise�o de procesos, en integraci�n con procesos biol�gicos, ha facilitado la comprensi�n de la serie conceptual: estructuralidad-funcionalidad-escalabilidad-aplicabilidad (EFEA), desde el conocimiento de par�metros moleculares de estos mensajeros qu�micos hasta su s�ntesis y escalado industrial en condiciones green y ambientalmente sustentables.

Pensemos cuan profundamente la Ecolog�a Qu�mica, como disciplina sist�mica cient�ficamente fundamentada, ha potenciado nuestro conocimiento sobre los sistemas de se�ales qu�micas entre organismos y modificado nuestra visi�n del mundo bi�tico y biogeoqu�mico y sus interacciones a escala espacial y temporal. Todo est�, molecularmente, en interacciones constantes, que definen comportamiento y evoluci�n.

La Ecolog�a Qu�mica, desde sus or�genes, ha generado y utilizado la �molecularizaci�n� a todas las escalas de las interacciones bi�ticas en todos los ecosistemas, y en la integraci�n a disciplinas moleculares biol�gicas. Las mol�culas, y complejos moleculares, que act�an como se�ales qu�micas y transfieren informaci�n de un organismo a otro, son biosintetizadas mediante control gen�tico, transportadas hasta receptores espec�ficos, transducidas a se�ales neuronales, neuroendocrinas o fitoendocrinas y, eventualmente, despu�s de una cascada de efectos e intermediarios molecularmente activos, traducidos a respuestas morfo-gen�ticas o conductuales.

Cada fase de esta serie de eventos comprende, en s� misma, la interpretaci�n de informaci�n molecular, desde estructuras de decenas de Dalton hasta mega-sistemas, verdaderos monstruos moleculares. Est� claro que la Ecolog�a Qu�mica se fortalece con cada oportunidad generada por los avances en biolog�a molecular, incluyendo la bioinform�tica y la biolog�a sist�mica.

Es significativo destacar que la Ecolog�a Qu�mica, como disciplina sist�mica convergente se caracteriza por un extraordinario potencial exploratorio y diapas�n de oportunidades, incluyendo las capacidades anal�tico-instrumentales cada vez m�s sofisticadas, que permiten el an�lisis estructural a partir de cantidades minoritarias de mol�culas mensajeras (se�ales qu�micas) en concentraciones del orden de 10-8 -10-10 mole y menos, colectadas en cualquier escenario o ambiente (atm�sfera, aguas, suelos, organismos). En este contexto, y dado el gran desaf�o instrumental y aventura conceptual-molecular, mientras menos constricciones y restricciones (financieras, instrumentales, organizacionales) sobre la qu�mica de los productos naturales y su ingenierizaci�n, mejor se comprender� la significaci�n molecular de las interacciones bi�ticas y m�s contextualizadas y efectivas ser�n las estrategias de conservaci�n y uso racional de la biodiversidad como patrimonio y recurso con alto valor agregado. Todo soporte log�stico, financiero y fiscal, incluso gubernamental, debe orientarse en esta direcci�n, hacia la Ecolog�a Qu�mica Aplicada y su perspectiva ingenieril-tecnol�gica.

Las Universidades e Institutos Polit�cnicos con estrategias reconocidas de investigaci�n-docencia y programas de I + D + Innov.+ Aplicaci�n en tiempo real, con programas curriculares y syllabus en qu�mica de productos naturales, est�n re-valorando la significativa importancia de la Ecolog�a Qu�mica como disciplina sist�mica e integradora y potenciando todo liderazgo en este campo fascinante en una �poca post-gen�mica, metabol�mica, prote�mica y �mica en general, organizando departamentos y grupos de investigaci�n en Qu�mica Ecol�gica, Ecolog�a Industrial, y Biolog�a Qu�mica Aplicada donde se integran en colectivos de trabajo tanto qu�micos anal�ticos, qu�micos org�nicos y de productos naturales, ingenieros qu�micos, bio-inform�ticos, bi�logos moleculares y ec�logos, bot�nicos, zo�logos, microbi�logos, ge�logos y ge�grafos, pl�yade gloriosa en aras de la comprensi�n de la significaci�n molecular de la naturaleza y su conservaci�n estrat�gica. Esta disciplina, la Ecolog�a Qu�mica, es simpat�tica tanto con la Biolog�a como con la Ingenier�a Qu�mica y Qu�mica, as� como con las necesidades respectivas a ambas ciencias y debe considerarse obligatoria en todo espacio curricular universitario y tecno-ingenieril.

Un caso exquisito es la Facultad de Ingenier�as de la Universidad T�cnica Luis Vargas Torres de Esmeraldas, organizaci�n docente-investigativa que ha logrado nuclear a un grupo de colaboradores de diferentes especialidades cient�ficas, y orientar el programa docente-investigativo hacia los estudios de Biodiversidad Aplicada o Estructural incluyendo la Ecolog�a Qu�mica Aplicada y su significaci�n ingenieril, desde la prospecci�n molecular hasta la educaci�n ambiental, incursionando en aspectos de ancestralidad, antropolog�a, ficolog�a y estudios socio-ambientales, en condiciones de franca lucha de contrarios del alma, la memoria y la necesidad hist�rica.

 

Conclusiones

La Ecolog�a Qu�mica, y su perspectiva ingenieril aplicada, se encuentra hoy en una de las etapas m�s ambiciosas, novedosas, originales, inventivas y aplicables de su existencia conceptual y metodol�gica, en aras del hombre y del planeta; su fortalecimiento es el reconocimiento de la qu�mica de productos naturales, de la ingenier�a qu�mica ecol�gica, de la prospecci�n qu�mica de la biodiversidad, y de la necesidad de cambios de paradigmas en el pensamiento biol�gico y biotecnol�gico contempor�neo a escala de Universidad y de investigaci�n. Negar esto y su significaci�n para el aprovechamiento de recursos bi�ticos como fuente de alto valor agregado es limitar el futuro de la Ecolog�a Qu�mica Ingenieril y minimizar, de manera simplista y poco objetiva, la necesidad de aplicar nuevas estrategias de conservaci�n de la biodiversidad y de educaci�n ambiental, tanto en aras del desarrollo sostenible nacional como del desempe�o de excelencia de la Universidad T�cnica �Luis Vargas Torres� de Esmeraldas, Ecuador.

 

�Participemos pues del desaf�o y de la gloria� hacia la fundamentaci�n de la Ecolog�a Qu�mica Aplicada y la prospecci�n molecular e ingenieril de la Biodiversidad!

 

Referencias

1. Anaya, A. () Ecologia Quimica. Materia: ISBN: 970-722-113-5 EAN: 9707221135. Disponible en http://www.plazayvaldes.es/libro/ecologia-quimica

2.      Henkel, Marlon (2015). 21st Century Homestead: Sustainable Agriculture I (en ingl�s). Lulu.com. p. 117. ISBN 978-1-312-93953-0. Consultado el 17 de marzo de 2020.

3.      Hughes, D. P.; Pierce, N. E.; Boomsma, J. J. (2008). �Social insect symbionts: evolution in homeostatic fortresses�. Trends in Ecology & Evolution 23 (12): 672-677. PMID 18951653. doi:10.1016/j.tree.2008.07.011.

4. Molles, Manuel C. Jr. (2006). Ecolog�a: Conceptos y aplicaciones. (3.� edici�n). Madrid: McGraw-Hill. ISBN 844814595X.
5. Malacalza, Leonardo, ed. (2014). Ecolog�a y ambiente. Asociaci�n de Universidades Grupo Montevideo - Universidad Nacional de La Plata. p. 303. ISSN 2314-1743. Consultado el 11 de agosto de 2014.

6.      Santana, Adalberto Coord. (2011). Energ�a, medio ambiente y pol�tica en Am�rica Latina. M�xico: UNAM. ISBN 978-607-02-2814-8

7.      Tacoronte, J. (2016). �PUEDE SOBREVIVIR LA ECOLOG�A QU�MICA SIN LA QU�MICA DE PRODUCTOS NATURALES Y LA PERSPECTIVA INGENIERIL? � Hacia la molecularizaci�n ingenieril de la biodiversidad como recurso. Revista Bio�an; Universidad Central del Ecuador-Centro de Biolog�a. Documento en l�nea. Disponible en: https://issuu.com/andresgranda1/docs/revista_bio__an_ultimos_cambios__ma/136.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

�2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).