La domesticación de plantas y animales ya comenzó en el período Neolítico.

Las civilizaciones Sumeria y Babilónica (6000 años a.C.) ya conocían cómo elaborar cerveza.

Los egipcios ya sabían fabricar pan a partir del trigo hacia el 4000 a.C.

Antes de la escritura del libro del Génesis, se disfrutaba del vino en el Cercano Oriente: recuérdese que, según la Biblia, Noé "sufrió" (o disfrutó) accidentalmente los efectos de la fermentación espontánea del mosto de la uva (primera borrachera con vino).

Otros procesos biotecnológicos conocidos de modo empírico desde la antigüedad:

	fabricación de queso
	cultivo de champiñones
	alimentos y bebidas fermentadas: salsa de soja, yogur, etc.
	tratamiento de aguas residuales

Los primeros microscopistas, como van Leeuwenhoek y Hooke (siglo XVII) describen los "animálculos" que están fuera del alcance del ojo, si bien se tarda aún un par de siglos en captar la importancia de estas minúsculas criaturas.

El descubrimiento de que las fermentaciones se debían a microorganismos se debe a la gigantesca figura de Louis Pasteur, en sus estudios realizados entre 1857 y 1876.

En la última parte del siglo XIX existían ya instalaciones industriales para obtener etanol, ácido acético, butanol y acetona, aprovechando fermentaciones al aire libre en condiciones no estériles

A finales del siglo XIX, la "edad de oro de la bacteriología" permite:

	mejoras importantes en las técnicas microscópicas
	el desarrollo de técnicas asépticas, la esterilización y la pasteurización
	la posibilidad de cultivar cada cepa microbiana sin mezclas con otras: cultivos puros en medios de cultivo de laboratorio.

A comienzos del siglo XX la bioquímica y la microbiología convergen, estableciendo las bases enzimáticas y metabólicas de muchos procesos de fermentación. Se desarrollan procedimientos industriales para producir enzimas (invertasa, proteasas, amilasas, etc.).

Desde la década de 1940, las técnicas de ingeniería química, aliadas a la microbiología y a la bioquímica, permiten la producción de antibióticos, ácidos orgánicos, esteroides, polisacáridos y vacunas.

	La penicilina comenzó a fabricarse en plena II Guerra Mundial, como resultado de avances importantes en técnicas de esterilización a gran escala, mejora de las instalaciones de fermentación (incluyendo la cuestión de la aireación), cultivo del hongo, etc. A partir de entonces se diseñaron estrategias para mejorar genéticamente las cepas microbianas industriales.
	Las décadas siguientes fueron de eclosión de producción de antibióticos así como de transformaciones de esteroides y de cultivo de células animales para la producción de vacunas antivirales.
	Las décadas de los 60 y 70 vieron la mejora de procesos de obtención de pequeños metabolitos como nucleósidos, aminoácidos y vitaminas.
	Los procesos de fermentación experimentaron mejoras con las técnicas de inmovilización de células y enzimas en soportes, y con la fermentación continua para obtener proteína de células sencillas (biomasa microbiana).
	Polímeros microbianos como xantanos y dextranos se obtuvieron industrialmente, con apliaciones en el campo de la alimentación (como aditivos).

Microbiología

Bioquímica

Genética

Biología celular

Química

Ingeniería (bio)química

Ingeniería mecánica

Ciencia y Tecnología de alimentos

Electrónica

Informática

Aplicaciones terapéuticas

	productos farmacéuticos: antibióticos vacunas
	hormonas
	terapias génicas

Diagnósticos

	diagnósticos para salud humana
	diagnósticos para agricultura y ganadería
	ensayos para calidad de alimentos
	ensayos para calidad ambiental

Alimentación

	mejora de procesos tradicionales de obtención de alimentos y bebidas
	nuevos alimentos y bebidas
	nutracéuticos: alimentos con perfiles determinados de nutrientes, y para la mejora de la salud
	aditivos alimentarios

Medio ambiente

	tratamiento de residuos urbanos, agrícolas e industriales
	biorremedio y biorreparación
	producción de energía a partir de biomasa

Las biotecnologías, al usar catalizadores biológicos que funcionan a bajas temperaturas y materias primas renovables, pueden contribuir a una economía más "verde" (ecológicamente sustentable). Se espera que puedan sustituir a procesos químicos contaminantes.

En los paises con condiciones climáticas apropiadas (p.ej., en los trópicos), la producción y uso de biomasa puede presentar muchas ventajas. La obtención de energía de biomasa (p ej. residuos celulósicos) es una gran promesa para evitar la dependencia de combustibles fósiles en ciertas partes del mundo.

Los altos costes (económicos y ecológicos) de las energías tradicionales pueden suponer un incentivo para buscar en la biotecnología procesos de producción más rentables. Si además, se incluyen en los procesos industriales los costes ecológicos (hasta ahora tenidos como "externalidades" por la teoría económica tradicional), las alternativas de base biológica pueden ser más favorables que muchas contaminantes que se están empleando. 

Los incentivos son aún mayores en el caso de la producción de sustancias de alto valor añadido, como diagnósticos y productos terapéuticos, para las que las biotecnologías permiten abrir nuevos mercados muy atractivos, con productos destinados a mejorar la salud y calidad de vida de la población.

obtener el mejor catalizador biológico para una función o proceso específico

obtener el mejor ambiente para la función de ese catalizador biológico, mediante una serie de diseños técnicos en los que es fundamental la ingeniería química

procesamiento del material, consistente en separar y eventualmente purificar el material biológico producido

se usan mucho desechos ricos en carbohidratos de ciertas industrias:

melazas procedentes del procesamiento de caña de azúcar y remolacha azucarera. En Brasil usan la caña de azucar para fabricar bioalcohol (Gasohol) como biocombustible

desechos ricos en almidón: de granos como el maíz, de tubérculos como la tapioca o la patata. El problema aquí es que el almidón debe primero ser degradado a monosacáridos u oligosacáridos antes de la fermentación industrial, pero ciertos procesos biotecnológicos son ya competitivos, como la producción de jarabes ricos en glucosa o fructosa, usados como endulzantes en alimentos y bebidas. En Suecia eliminan los desechos contaminantes del procesamiento de la patata con un método a base de levaduras, que produce biomasa potencialmente valiosa.

Existe un gran interés en usar como materia prima desechos agrícolas e industriales ricos en celulosa. Desgraciadamente, la celulosa es compleja, y su asociación con la lignina hace que aún no existan procesos industriales operativos. Pero si en un futuro logramos superar las barreras técnicas, tendremos una materia prima abundante, y podremos aprovecharla al tiempo que evitamos problemas ambientales. De hecho, la lignocelulosa es la materia renovable más abundante de la biosfera, y la esperanza es poder aprovecharla en un próximo futuro.

De la misma manera, sería estupendo poder aprovechar otros desechos de las actividades humanas como materias primas para los microorganismos industriales, elimando así problemas de polución ambiental. La idea sería acoplar una industria que crea efluentes contaminantes con una bioindustria que pueda aprovechar los residuos de la primera, creando productos útiles y riqueza adicional, y sin que los costes totales sean elevados (aunque ya el hecho de eliminar una fuente de contaminación de puede considerar como algo positivo)

	ya se usan desechos procedentes de las industrias papeleras
	igualmente se aprovechan los lactosueros (residuos ricos en lactosa) procedentes de las queserías

El empleo de metanol puede ser útil en ciertos procesos, ya que el metanol es "limpio" y se puede obtener fácilmente a partir del abundante metano. En un futuro podría ser rentable para fabricar alimentos para animales.

la inducción de mutaciones (con mutágenos), seguida de selección o rastreo de los mejores mutantes. La búsqueda de mejoras en la producción de proteínas (incluyendo enzimas) es más fácil que la de la producción de otras moléculas (polisacáridos, antibióticos, aminoácidos, etc), porque cada proteína depende normalmente de un solo gen, mientras que los metabolitos se sintetizan por rutas complejas donde intervienen varias enzimas, cada una sintetizada por un gen diferente, y con regulaciones a menudo complicadas.

	en los protocolos de selección, se suele aplicar una presión selectiva que favorece el crecimiento del tipo de mutantes buscados, en detrimento del resto de microorganismos
	en los protocolos de rastreo (screening, en inglés) crecen todos los microorganismos, pero se pueden identificar las variantes deseadas sobre la base de que presentan ciertas características que las diferencian de las demás

la mezcla de genomas mediante fenómenos de sexualidad, o parasexualidad (las bacterias no tienen sexo, pero algunas tienen fenómenos parasexuales como la conjugación, que se pueden aprovechar para transferir material genético de unas cepas a otras). 

los programas de mejora suelen ser muy largos y tediosos, y a menudo no dan los resultados deseados

el efecto principal de la mutagénesis es originar mutaciones aleatorias en el organismo, la mayor parte de las cuales son negativas para su supervivencia, o empeoran algunas de sus características originales. Raramente se dan mutaciones que conducen a la aparición de propiedades nuevas positivas, y en todo caso, el proceso de su búsqueda es a menudo muy complicado. Además, incluso cuando se selecciona un tipo estimado adecuado, a menudo presenta otras mutaciones que son negativas (p. ej., haciendo que crezca más lentamente, o que sea más sensible a factores ambientales)

lo anterior obliga a trasladar la mutación "positiva" a un fondo genético distinto (normalmente una cepa silvestre o que ya había sido seleccionada como buena en un programa anterior). Esto complica y alarga la mejora genética, e incluso en algunos organismos no se logra la adecuada introgresión de ese rasgo en la cepa deseada.

frecuentemente los organismos seleccionados para la producción acumulan mutaciones desconocidas que no se caracterizan

muchos microorganismos industriales carecen de ciclos sexuales, lo que dificulta e incluso impide transferir rasgos útiles de modo sencillo, dejando como única alternativa la mutagénesis y selección

en las especies dotadas de sexualidad, la mejora por recombinación genética está limitada al cruce entre razas de la misma especie, o de especies compatibles

A partir de 1865, Mendel establece las bases de la genética. En sus famosos experimentos con el guisante, descubrió el modo de transmisión de ciertos caracteres desde una generación a las siguientes, y su "mezcla" en el aporte materno y paterno.

Los hallazgos de Mendel permanecieron en el olvido hasta 1900, cuando sus leyes son redescubiertas por Correns, De Vries y Tschermarck.

En 1909 se acuña el término "gen" (o gene) para referirse a la entidad hipotética responsable de los rasgos observables.

En 1913 se obtiene el primer mapa genético, con 6 genes.

En 1920 Morgan y Muller establecen su Teoría cromosómica de la herencia: los genes, localizados en los cromosomas, son las auténticas unidades de la herencia, tanto unidades de variación como unidades de transmisión. Es decir, la herencia presenta un doble aspecto: el de la transmisión de los caracteres (estudiado por las leyes de Mendel) y el de la expresión, es decir, el genotipo (conjunto de genes) determina el fenotipo (rasgos observables).

Pero la naturaleza del material genético fue objeto de polémicas durante mucho tiempo, hasta que entre los años 40 y primeros 50 una serie de autores (Avery y colaboradores, Hershey y Chase, etc.) establecen firmemente que el material de la herencia reside en el ácido desoxirribonucleico (ADN; DNA).

Por esos mismos años, Beadle y Tatum proponen la teoría conocida como "un gen-una enzima", que correlaciona cada unidad genética con el producto de su expresión, es decir cada gen se expresa como una determinada proteína. Desde entonces, se produce la definitiva unión de la genética con la bioquímica.

En 1945, Schrödinger escribe su influyente libro ¿Qué es la vida?, una visionaria fusión de la Teoría de la Información con la Biología, que iba a contribuir poderosamente a la naciente biología molecular, inspirando a profesionales procedentes del campo de las ciencias químico-físicas.

En los 40 y 50 se produce, en efecto, un "desembarco" de físicos y cristalógrafos en el abordaje de cuestiones biológicas. Es la época del florecimiento de técnicas como la difracción de rayos X, la ultracentrifugación y la cromatografía.

En 1951 un joven biólogo estadounidense, James Watson, llega al laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, para pasar una estadía postdoctoral. Allí se une al inglés Francis Crick, y 18 meses más tarde (primavera de 1953) publican en Nature su modelo tridimensional de la doble hélice del ADN.

	El modelo explicaba simultáneamente la herencia y la expresión del material genético. Éste consiste en un lenguaje basado en cuatro "letras", las cuatro bases nitrogenadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).
	Se abría en principio una nueva manera de estudiar la base genética de los seres vivos: de dentro (genotipo) a fuera (fenotipo), al revés de lo que se venía haciendo desde Mendel (la observación de la transmisión del genotipo permitía inferencias sobre el genotipo).

A continuación se abre un decenio llamado a menudo la "Edad de Oro de la Biología Molecular", que pone las bases de la comprensión de los procesos básicos de la herencia y de la expresión genética:

	replicación del ADN: papeles de la ADN-polimerasa, los cebadores (primers), el molde.
	Transcripción: una de las cadenas de ADN es copiada por la ARN-polimerasa hasta un ARN mensajero
	El ARN mensajero es leído (traducido) por los ribosomas para dar una proteína. De este modo, el mensaje lineal del ADN se convierte en el mensaje tridimensional de la configuración de la proteína
	El "Dogma Central" de la Biología Molecular: la información fluye unidireccionalmente en sentido ADN -> ARN -> proteína.
	El desciframiento del código genético: el lenguaje del ADN consta de "palabras" de tres letras (nucleótidos), llamadas codones. Cada codón tiene un equivalente en el lenguaje de la proteína, significando uno de los 20 aminoácidos. El código genético está "degenerado", es decir, tiene cierto grado de redundancia: algunos de los aminoácidos pueden venir determinados por más de un codón. Existen 64 codones, de los cuales tres carecen de sentido: no tienen equivalente aminoácido, y en vez, sirven como señales de parada de la traducción del mensajero.
	Jacob y Monod estudian en profundidad un sistema de expresión y regulación genética en la bacteria Escherichia coli: desarrollan su concepto del operón, como unidad de expresión y regulación a nivel de transcripción.

Los genes eucarióticos son "discontinuos": están compuestos por una alternancia de segmentos que entrarán a formar parte del ARNm maduro (exones) y segmentos que se eliminan (intrones). Este proceso de maduración del ARN se denomina corte-y-empalme (splicing).

Algunos virus (retrovirus) poseen material genético de ARN, que es convertido a ADN por una enzima llamada reversotranscriptasa.

Se confirman los tempranos (y semiolvidados) estudios de Barbara McClinctock: hay segmentos del material genético capaces de moverse de un lado a otro de los genomas (elementos genéticos transponibles). El material genético es más dinámico y cambiante de lo que se había sospechado.

desde 1964 se secuencian algunos ARN transferentes, que constan de 75 a 85 bases.

Los métodos se fueron perfeccionando, de modo que en 1975 se pudo conocer la secuencia de un minúsculo genoma: el ARN del virus bacteriano Fi-X-174 (unos 4000 nucleótidos).

En 1953 se descubrió el fenómeno llamado de restricción: ciertos fagos (virus bacterianos) que parasitan a E. coli podían desarrollarse en ciertas cepas de esta bacteria, pero no podían hacerlo en otras (se dice que están "restringidos" en determinadas cepas).

A finales de los 60, Werner Arber, en Basilea, descubre las enzimas de restricción responsables de ese fenómeno: la cepa de bacteria restrictiva produce unas endonucleasas ("enzimas de restricción, o restrictasas") que escinden el ADN del fago crecido en otra cepa diferente.

Esas primeras enzimas de restricción eran inespecíficas en cuanto al sitio del ADN donde cortaban, pero en 1970 Hamilton Smith, en Baltimore, descubre un nuevo tipo de enzima de restricción totalmente específica: capaz de reconocer una determinada secuencia de ADN, de unos pocos pares de bases, y de cortar en ambas cadenas en lugares concretos.

	Algunas restrictasas reconocen como secuencia diana un trecho de 4 pares de bases (pb).
	Otras restrictasas reconocen secuencias de 6 pares de bases.
	Se han descubierto restrictasas que cortan tras reconocer secuencias más largas.
	Las dianas de la mayoría de las restrictasas de este tipo son secuencias palindrómicas, es decir, "capicúas" (nota: la ´ señala el punto de corte). Ej:

5'-G´GAACC-3'

Muchas de estas restrictasas cortan en cada cadena en lugares separados del centro geométrico de la diana (como en el ejemplo anterior), de modo que generan extremos protuberantes.

Los extremos protuberantes de distintos fragmentos de ADN generados con la misma restrictasa (incluso de fragmentos de especies distintas), tienen tendencia, al mezclarlos, a emparejarse entre sí por puentes de hidrógeno (siguiendo las reglas de emparejamiento A-T y G-C).

Si ahora añadimos la enzima ADN-ligasa a la mezcla de fragmentos de ADN de orígenes diferentes, se repararán los enlaces fosfodiésteres. Esto es lo que realizaron por primera vez Mertz y Davis en 1972, y enseguida se dan cuenta de que ello podía constituir la base para la  producción de moléculas recombinantes in vitro, con material genético de diferentes especies.

Pero este ADN recombinante, generado en el tubo de ensayo, es inerte, no es más que una macromolécula híbrida que por sí sola no hace nada.

Si queremos que el ADN recombinante haga algo, hay que introducirlo en células vivas que sean capaces de expresar su información genética.

Partimos de ADN que queremos aislar y estudiar: vamos a llamarlo ADN pasajero

Por otro lado, necesitamos un vehículo genético para transportar y replicar ese ADN: lo llamamos vector. Los vectores son igualmente moléculas de ADN con capacidad de replicarse por sí mismos o de insertarse una vez que se introducen en el organismo adecuado. He aquí una lista de lo que debe poseer idealmente un vector genético:

	capacidad de replicación autónoma (es decir, se trata de un replicón), o de integración en el genoma del hospedero.
	Marcadores seleccionables: se trata de genes que confieren algún rasgo que se puede rastrear o seleccionar fácilmente en laboratorio. Unos de los más usados son los genes que confieren resistencia a algún antibiótico.
	Dianas únicas para al menos una enzima de restricción. En los modernos vectores se ha introducido un trecho de ADN, denominado polilinker, provisto de varias dianas únicas para diferentes enzimas de restricción, de modo que en cada experimento se pueda elegir la que más convenga.

Finalmente, contamos con el organismo anfitrión o huésped. En los primeros tiempos de la I.G. se manipulaban casi exclusivamente bacterias, pero hoy es posible modificar animales y plantas.

Lo primero que se suele hacer es realizar un "mapa físico". Para ello, muestras independientes del ADN clonado son sometidas a distintas enzimas o combinaciones de enzimas de restricción, y los fragmentos resultantes se separan por tamaños usando la electroforesis en gel de agarosa con la sustancia fluorescente bromuro de etidio, revelándose en forma de bandas visibles bajo luz UV. A partir de los tamaños de las bandas generadas por las distintas enzimas y combinaciones de enzimas, es posible ensamblar el rompecabezas del fragmento, determinando un mapa donde se van colocando las localizaciones relativas de las distintas dianas de las restrictasas.

A partir de la subclonación de fragmentos del trozo original, es posible, en algunos casos, ir adjudicando funciones a cada subfragmento, lo cual va generando en paralelo un "mapa genético".

El último nivel (el más detallado) de caracterización física es la misma secuenciación del ADN.

	En los primeros tiempos se usaba sobre todo el "método químico" de Maxam y Gilbert
	Pero el más usado actualmente es el método de terminación de cadena mediante didesoxinucleótidos (método enzimático de Sanger).
	Una modificación del método de Sanger permite la secuenciación automática mediante lectura fluorimética computerizada.

El ADN de cadena doble que se quiere amplificar se calienta casi hasta ebullición, de modo que se separan las dos cadenas, las cuales van a servir de moldes más adelante.

Se añaden dos cebadores (normalmente fabricados por síntesis química; ver apartado 2.2.4.1). Cada cebador es un corto oligonucleótido, correspondiente a una de las secuencias que flanquean el trozo a amplificar. Al bajar la temperatura, cada cebador se empareja por puentes de hidrógeno con la secuencia complementaria de una de las cadenas del molde, y obligará a la ADN-polimerasa a comenzar la copia de esa cadena molde complementaria (por supuesto, en sentido 5'->3')

Al añadir la ADN-polimerasa y los 4 tipos de desoxinucleósido-trifosfato (dNTPs), se produce la síntesis de las respectivas cadenas complementarias de cada molde, a partir de los respectivos cebadores. Al final de esta fase, tenemos el doble de cadenas de ADN de doble cadena respecto a las de partida.

Luego la mezcla se vuelve a calentar hasta casi ebullición, con lo que se vuelven a separar la cadenas, que en su forma de cadenas sencillas sirven para iniciar otro ciclo idéntico al anterior, al final del cual tendremos el cuádruple de ADN.

Si repetimos el protocolo n ciclos, el resultado será 2n copias a partir de las originales.

El ADN a usar no precisa ser purificado.

La cantidad de partida puede ser minúscula (<1 microgramo de ADN genómico). De hecho se puede amplificar a partir de una sola molécula de molde.

El empleo de ADN-polimerasas termorresistentes, como la Taq (procedente de la bacteria Thermus aquaticus descubierta junto a los géiseres de Yellowstone), evita tener que añadir polimerasa nueva en cada ciclo de amplificación.

simplifica sobremanera muchos experimentos de I.G.

permite muchos estudios de expresión genética

secuenciación directa de secuencias amplificadas

detección de mutaciones

seguimiento de la efectividad de tratamiento de enfermedades

diagnósticos de enfermedades genéticas e infecciosas

en ciencia forense: identificación de restos biológicos, determinación de paternidad, pruebas periciales en criminalística

en arqueología y paleontología