La ingeniería biológica o bioingeniería (que incluye a la ingeniería de sistemas biológicos), es una disciplina que aplica conceptos y métodos físico-matemáticos para resolver problemas de las ciencias de la vida, utilizando las metodologías analíticas y sintéticas de la ingeniería. En este contexto, mientras que la ingeniería tradicional emplea ciencias físicas y matemáticas para analizar, diseñar y fabricar herramientas inanimadas, estructuras y procesos, la bioingeniería utiliza las mismas ciencias para estudiar numerosos aspectos de los organismos vivos. Por lo general, se utiliza para analizar y resolver problemas relacionados con la salud de los seres humanos, animales y sistemas biológicos útiles en producción alimentaria y farmacéutica. Es la rama de la ingeniería que se ocupa de la aplicación tecnológica de los sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para un uso específico. Para ello, la ingeniería biotecnológica hace uso de las ciencias naturales (como la química y la física), las matemáticas y otras disciplinas especializadas resultado de la combinación de éstas (por ejemplo la bioquímica, bioingeniería y la biotecnología). En España, es una especialización de la biotecnología. En Colombia se ofrece como una carrera profesional por si sola.
Estructura cuaternaria de una proteína
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Las aplicaciones están especialmente relacionadas con la salud humana, pero el campo puede ser mucho más general. Por ejemplo, el biomimetismo -o biomimesis- es una rama de la ingeniería biológica que trata de entender la forma en que los organismos vivos como resultado de un prolongado procesos de prueba y error conocido como evolución, han resuelto dificultades en el pasado, y para encontrar formas de resolver problemas similares en sistemas artificiales. La biología de sistemas, por otra parte, busca utilizar los conceptos de ingeniería en reversa, para facilitar los difíciles procesos de reconocimiento de la estructura, función y métodos precisos de operación de complejos sistemas biológicos.
La ingeniería biológica es una disciplina científica fundada sobre las ciencias biológicas en la misma forma que la ingeniería química, ingeniería eléctrica e ingeniería mecánica están basadas sobre la química, electricidad y magnetismo y mecánica clásica, respectivamente.1
La ingeniería biológica puede ser diferenciada de la biología pura o de la ingeniería clásica en la siguiente forma: los estudios biológicos frecuentemente siguen aproximaciones reduccionistas, viendo un sistema en su más pequeña escala posible, lo cual lleva hacia herramientas como la genómica funcional. Los acercamientos de la ingeniería usan perspectivas de diseño clásico, de forma construccionista, desarrollando nuevos dispositivos y tecnologías. La ingeniería biológica usa ambos métodos, usando el reduccionismos para identificar, entender y organizar las unidades fundamentales, las cuales se integran para generar algo nuevo.2 Además, por ser una disciplina ingenieril, está preocupada no solo por la ciencia básica sino también por la aplicación del conocimiento científico para resolver problemas de la vida real.
A pesar de que los sistemas bioingenieriles han sido usados para manejar información, construir materiales, procesos químicos, producción de energía, producción de alimentos, mantenimiento de la salud humana y recuperación del medio ambiente. Son sistemas todavía menos desarrollados que los eléctricos o mecánicos.3
La diferencia entre la ingeniería biológica y la ingeniería biomédica puede ser poco clara, pues muchas universidades usan los términos bioingeniería e ingeniería biomédica con el mismo significado.4 Sin embargo, según el profesor Doug Lauffenberg, del MIT,5 6 la ingeniería biológica tiene una amplia base en la cual aplica principios ingenieriles a un enorme rango de sistemas de diferentes complejidades y tamaños, desde el nivel molecular hasta niveles macroscópicos como puede ser un ecosistema. Ni la ingeniería biológica, ni la ingeniería biomédica están completamente contenidas una en la otra, así como hay productos no biológicos en la medicina, hay productos biológicos para propósitos no médicos.
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