CREAN BIORREACTOR PARA CREAR MEMBRANAS ARTIFICIALES QUE SUSTITUYEN LA PIEL

Luego de varios años, los integrantes del Grupo de Trabajo en Ingeniería de Tejidos (GIT)  de la Universidad Nacional de Colombia, lograron fabricar una versión local de un biorreactor spinner que recrea las condiciones óptimas para el cultivo a gran escala de membranas artificiales.

Este es un equipo que ofrece unas condiciones ambientales de aislamiento que permiten cultivar fibroblastos, las células propias de tejidos conectivos del cuerpo (epidermis, dermis y cartílagos, etc.). El aparato puede funcionar sin utilizar una incubadora, como tradicionalmente sucede.

Los investigadores cultivan células y soportes de colágeno (superficie donde crecen los fibroblastos) para crear sustitutos que restauren las funciones que hayan perdido seres humanos o animales. Estos resultan de gran utilidad para reemplazar tejidos dañados cuya cicatrización natural es difícil. 

El reto es obtener productos sanos, sin daños en el patrón cromosómico. Para eso, se debe propiciar una eficaz división celular (mitosis) en el laboratorio, tal como sucede en un ser vivo. Este es un punto crucial, pues una inadecuada manipulación del material puede originar fallas que lo inhabilitarían para ser usado en humanos. 

“Tratamos de hacer por fuera lo que la naturaleza ha hecho tan bien. Trabajamos con mucosa oral y úlceras, pero siempre habíamos estado limitados por los equipos. Ahora, con los nuevos desarrollos del laboratorio, modificamos las condiciones y podemos producir tejido a gran escala”, asegura Martha Fontanilla, doctora en Ciencias Biomédicas y líder del GIT. Y es que, en la actualidad, uno de los desafíos más urgentes de la Ingeniería de Tejidos es cultivarlos en grandes volúmenes, para beneficiar a una mayor cantidad de personas.

Los procesos bioquímicos y biológicos que se desencadenan gracias a la acción del biorreactor se encuentran controlados y permiten elaborar tejidos artificiales con características superiores a las de los cultivos estáticos (por ejemplo, una incubadora celular). Así, se desarrollan soportes grandes, un ambiente mejor controlado y una mayor área de cultivo.

Asimismo, el equipo permite el crecimiento de células de fibroblastos en mallas de colágeno. Y, a través de agitación continua, efectúa una distribución más adecuada de las sustancias utilizadas y una proliferación celular en condiciones óptimas de esterilidad.

El cultivo de tejido conectivo artificial se hace mediante un sistema de dispersión de gas que facilita la transferencia de CO2 y O2 en el material en crecimiento, al tiempo que optimiza la aireación superficial. 

La profesora Fontanilla asegura que los biorreactores normales tienen una capacidad de cincuenta mililitros, pero resalta que en el laboratorio de la UN lograron desarrollarlo de tal manera que su capacidad es de dos litros y funciona fuera de la incubadora de CO2. 
La importancia de este desarrollo se evidencia en casos como el de los diabéticos, cuyas heridas no cicatrizan fácilmente porque no tienen suficiente oxígeno y cuyas condiciones pueden ser simuladas en el biorreactor. 

Además, el biorreactor determina los soportes y las células propicias para cada caso; como las que están involucradas en la señalización celular y en el cierre de heridas, que son las encargadas de dar las órdenes a otras células para que comiencen el proceso de cicatrización o de regeneración. 

Cada uno de los integrantes del GIT ha contribuido a perfeccionar el biorreactor. Gracias a su entrega, los resultados del grupo serán la base de partida para crear una empresa que está próxima a ponerse en marcha con el apoyo de Colciencias. De esta manera, se aprovechará la capacidad instalada del laboratorio, lo que hará más rentable el procedimiento, al producir una mayor cantidad de tejido para beneficiar a más personas. 

DESCUBREN UNA HABILIDAD OCULTA DE LAS BACTERIAS QUE PUEDE FACILITAR LAS TERAPIAS CON CÉLULAS MADRE

Investigadores de la Universidad de Edimburgo (Reino Unido) han descubierto que las bacterias son capaces de cambiar la composición de las células nerviosas de forma que toman las propiedades de las células madre. Dado que las células madre pueden desarrollarse en cualquiera de los diferentes tipos de células que hay en el cuerpo, incluyendo el hígado y las células del cerebro, imitar este proceso podría ayudar a la investigación en una amplia gama de condiciones degenerativas.

Los científicos hicieron el descubrimiento estudiando las bacterias que causan la lepra, una enfermedad neurodegenerativa infecciosa. El estudio, llevado a cabo en ratones y publicado en 'Cell', encontró que en las etapas tempranas de la infección, las bacterias fueron capaces de protegerse del sistema inmunológico del cuerpo escondiéndose en las células nerviosas, conocidas como células de Schwann o células gliales, y cuando la infección se estableció completamente, las bacterias fueron capaces de convertir las células nerviosas en células madre.

Al igual que las células madre normales, estas células eran pluripotentes, lo que significa que podrían convertirse en otros tipos de células, por ejemplo células musculares, lo que permitió a las bacterias propagarse por los tejidos del cuerpo, explican los investigadores. Además, las células madre generadas por bacterias también pueden secretar proteínas especializadas, llamadas quimiocinas, que atraen a las células inmunes, que a su vez recogen las bacterias y la propagación de la infección.

Los científicos creen que estos mecanismos, utilizados por las bacterias de la lepra, podría existir en otras enfermedades infecciosas. El conocimiento de esta táctica recientemente descubierta que utilizan las bacterias para propagar la infección podría ayudar a la investigación para mejorar los tratamientos y el diagnóstico precoz de las enfermedades infecciosas.

"Hemos encontrado una nueva arma en el arsenal de una bacteria que le permite difundirse de manera efectiva en el cuerpo mediante la conversión de las células infectadas a las células madre. Una mayor comprensión de cómo ocurre esto podría ayudar a la investigación para el diagnóstico más temprano de enfermedades infecciosas bacterianas, como la lepra", explica el director de la investigación, Anura Rambukkana, del Centro de Medicina Regenerativa de la Universidad de Edimburgo.

En la investigación se demostró que cuando una persona infectada de células de Schwann se reprograma para convertirlas como células madre, pierde la función de las células de Schwann para proteger las células nerviosas, que transmiten señales al cerebro, lo que lleva a dañar los nervios.

Según Rambukkana esto es muy interesante, ya que es la primera vez que se ve que las células del tejido funcional adultas pueden ser reprogramadas en células madre por una infección bacteriana natural, que además no conlleva el riesgo de crear células tumorales. Entonces potencialmente se podrían utilizar las bacterias para modificar la flexibilidad de las células, convirtiéndolas en células madre y luego utilizar los antibióticos estándar para matar las bacterias completamente de modo que las células puedan ser trasplantadas de forma segura al tejido que ha sido dañado por una enfermedad degenerativa.

MICROALGAS COMO FUENTE DE ENERGÍA PARA EDIFICIOS FUTURISTAS

Ingenieros franceses que trabajan en Nanterre tienen en mente utilizar microalgas para proveer energía a edificios futuristas. Para ello han empleado primero las aguas residuales domésticas en un proceso simple:

Estas aguas residuales son diluidas con el fin de que una serie de microorganismos (microalgas) puedan asimilar la contaminación, es decir, metabolizar los compuestos contaminantes, y así permitir su reproducción. Acto seguido se separan las microalgas, del producto metabólico (aceite). El aceite puede transformarse en carburante para que su energía pueda transformarse en calor o en electricidad, por ejemplo fuente de energía para una lámpara.

Para materializar esa idea, han instalado sobre el tejado de un edificio fotobioreactores fabricados con unos tubos transparentes por los que circula el carburante y que permiten a las microalgas reproducirse a una velocidad excepcional.

El proceso de separación se realiza mediante el empleo de un novedoso sistema electromagnético que permite separar el agua de las algas reemplazando el proceso de centrifugado tradicional que requería una gran cantidad de energía.

El carburante recuperado tiene el mismo valor energético que el carbón. Y el agua reciclada, la misma calidad que el agua de lluvia.

Este sistema de tratamiento de aguas residuales puede producir hasta el 80% de la energía que necesita un edificio, y la mejor noticia es que no contamina, ya que no produce ni un gramo de dióxido de carbono.

INGENIERÍA DE COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS CON CIANOBACTERIAS

Anne Ruffing científica estadounidense y colaboradores han diseñado dos cepas de cianobacterias para producir ácidos grasos libres, un precursor de los combustibles líquidos, pero también se ha encontrado que el proceso reduce el potencial de producción de las microalgas.

El combustible de microalgas podría ser una forma de reducir la dependencia de Estados Unidos respecto de la energía extranjera. Tales combustibles serían renovables, ya que son alimentados por la luz solar, podrían reducir las emisiones de dióxido de carbono ya que utilizan la fotosíntesis, y también podrían crear puestos de trabajo en una nueva industria.

Ella ha estado estudiando la conversión directa de dióxido de carbono en biocombustibles por parte de organismos fotosintéticos (Synechococcus elongatus PCC 7942). Ruffing considera a sus estudios como la prueba que demuestra que la producción y excreción de ácidos grasos libres (FFA) es posible mediante la modificación de cianobacterias . Ella quiere identificar los mejores hidrocarburos necesarios para la producción de combustible, la cepa que funcione como mejor modelo para la ingeniería genética, así como los genes necesarios para mejorar la producción de FFA.
Se está usando cianobacterias porque son más fáciles de manipular genéticamente que las algas eucariotas y porque las cianobacterias pueden ser modificadas para crear una variedad de combustibles objetivo. Cianobacterias modificadas genéticamente excretan los FFA y permiten que el combustible sea recolectado sin cosechar las microalgas, en contraste con las algas eucarióticas, en el que la producción de combustible se produce dentro de la célula y por ende se requiere de una cosecha.

En general, así es como funciona el proceso de producción de biocombustible: las algas eucariotas crecen en un estanque a la densidad necesaria, entonces los productores deben deshacerse del agua, recoger las células y romper abrirlos para obtener el precursor dentro de combustible. Este precursor se aísla y purifica y a continuación se convierte químicamente en biodiesel. Las cianobacterias excretan el precursor de combustible fuera de la célula, por lo que en un proceso de separación se puede eliminar el producto sin matar las células. Entonces se elimina la necesidad de hacer crecer un nuevo lote de algas cada vez, se reduce el requerimiento de nitrógeno y fosfato y  además los costos. Sin embargo, los rendimientos actuales de las cepas modificadas son demasiado bajos para la producción a gran escala.

Mientras que otros esfuerzos de investigación se han centrado en las estrategias de ingeniería metabólica para aumentar la producción, Ruffing quiere identificar qué efectos fisiológicos limitan el crecimiento celular y la síntesis de ácidos grasos libres.

Las cepas que se diseñaron para la producción de ácidos grasos libres muestran una reducción en los rendimientos fotosintéticos, degradación de la clorofila a y cambios en los pigmentos captadores de luz. Se observó también muerte celular y menores tasas de crecimiento en general, y se sospecha que la toxicidad de los ácidos grasos libres insaturados y los cambios en la composición de la membrana son responsables.

Ahora se está observando qué genes están cambiando cuando las cianobacterias producen ácidos grasos. Ruffing está creando mutantes silenciando ciertos genes o introduciendo o sobreexpresando genes para ver cómo afectan estos a la célula y a la producción de ácidos grasos.

Los científicos están produciendo FFA de Synechococcus elongatus PCC 7942 y Synechococcus sp. PCC 7002, elegidos como organismos modelo que han sido estudiados durante varias décadas y para las que existen herramientas para manipular sus genes. Sin embargo, creen que es posible que haya una cepa natural por ahí que pueda ser una mejor opción para la producción de biocombustible, por lo que habrá una gran cantidad de exploración que hacer.

MONTAN FÁBRICA DE CLONES PARA PRODUCIR PLANTAS AMAZÓNICAS

La Empresa Brasileña de Pesquisa Agropecuaria (Embrapa) montó una fábrica de clones de vegetales para poder producir a larga escala plantas amazónicas en laboratorio, libres de enfermedades y de plagas, y de alta calidad genética.

La llamada Biofábrica de Clones de la Amazonía fue inaugurada esta semana en el estado amazónico de Acre inicialmente para reproducir retoños de bananera y de piña demandados por los agricultores, informó hoy la Embrapa.

El proyecto, sin embargo, también será utilizado para la multiplicación de plantas amazónicas amenazadas.

La fábrica fue montada por el gobierno regional de Acre para atender la demanda de agricultores que producen frutas en la Amazonía y cuenta con el apoyo técnico de la Embrapa, el considerado mayor centro mundial de estudios en agricultura tropical.

"Es una tecnología de punta que estamos introduciendo en la Amazonía para atender la meta de aumentar las áreas plantadas con frutas", según el secretario de Desarrollo Forestal de Acre, Edevaldo Magalhaes.

El proyecto fue financiado con un crédito de 1,25 millones de dólares por el Fondo Amazonía, un fondo internacional para promover proyectos de desarrollo sustentable en la mayor selva tropical del mundo que es administrado por el banco de fomento del gobierno brasileño y alimentado con donaciones de países europeos.

La fábrica cuenta con equipos de punta como un Biorreactor de Inmersión Temporal, un aparato automatizado que utiliza medios de cultura líquida y permite mayor control y precisión en las condiciones de cultivo in vitro.

"En la Amazonía no existe una biofábrica con capacidad para producir un millón de retoños al año", asegura Andrea Raposo, investigadora de la Embrapa y una de las responsables por el proyecto.

"Las plantas son producidas por un sistema de clonación y mediante el uso de técnicas especializadas que permiten la producción de miles de copias a partir de un fragmento de una planta matriz", agregó la investigadora.

El método facilita la producción de un número de retoños imposible con otras técnicas.

Las plantas pueden ser producidas mediante la propagación de semillas, mediante la propagación vegetativa convencional y mediante la propagación vegetativa en laboratorio.

El método convencional, por ejemplo, permite producir doce retoños de bananera al año a partir de una matriz mientras que el método en laboratorio permite producir 300 copias al año a partir de un fragmento de la matriz.

Otra ventaja es que la clonación en laboratorio habilita la reproducción de plantas de alta calidad genética y en ambientes libres de enfermedades y plagas.

INSECTICIDA Y OTROS USOS BASADO EN EL VENENO DE UNA ANÉMONA DE MAR

Como los insectos evolucionan para volverse resistentes a los insecticidas, la necesidad de desarrollar nuevas formas de controlar las plagas crece. Un equipo de científicos de Lovaina, Bélgica, han descubierto que el veneno de la anémona de mar alberga varias toxinas que prometen convertirse en una nueva generación de insecticidas que respeten el medio ambiente y evitar la resistencia a los insectos. Puesto que estas toxinas desactivan los canales iónicos que median el dolor y la inflamación, también podrían estimular el desarrollo de fármacos dirigida al dolor, trastornos cardíacos, epilepsia y trastornos convulsivos, y enfermedades inmunológicas tales como la esclerosis múltiple.
Jan Tytgat, Ph.D. del Laboratorio de Toxicología de la Universidad de Lovaina y sus colegas extrajeron veneno de la anémona de mar, Anthopleura elegantissima, y se purificaron tres toxinas principales presentes en el veneno. Las toxinas fueron caracterizadas en profundidad, utilizando técnicas bioquímicas y electrofisiológicas. Esto proporcionó profundizar en su estructura, rol funcional y mecanismos de acción. El descubrimiento de estas toxinas puede ser considerado similar al descubrimiento de un nuevo fármaco, ya que son compuestos que podrían conducir a nuevos insecticidas y posiblemente nuevos tratamientos para las enfermedades humanas.

Debido a que estas toxinas están dirigidas a los canales de iones importantes presentes no sólo en células de insecto, constituyen la vanguardia de la nueva biotecnología que Jan Tytgat y su equipo quieren desarrollar.

OBTIENEN COMPUESTO ANTICANCEROSO A PARTIR DE ALGAS

Biólogos de la Universidad de California (UC San Diego) han logrado obtener un potente compuesto anticanceroso a partir de un alga denominada Chlamydomonas reinhardtii. Los científicos señalan que este complejo es el mismo que utiliza un medicamento muy caro que se comercializa en la actualidad en tratamientos contra el cáncer. 
El hallazgo abre la puerta para producir proteínas de diseño en grandes cantidades a partir de algas de forma mucho más barata que las obtenidas de células de mamífero, por lo tanto el precio del fármaco fabricado se reduciría de manera drástica.

Según uno de los biólogos, Stephen Mayfield, su método puede ser usado para producir sofisticados fármacos para tratar cáncer y otras enfermedades de manera totalmente novedosa, ya que este tipo de fármacos no se pueden producir mediante bacterias porque son incapaces de plegar las proteínas en formas tridimensionales y tampoco se pueden obtener de células de mamíferos porque las toxinas las matarían.

El desarrollo ha utilizado un alga modificada genéticamente para producir una proteína tridimensional con dos dominios, uno de ellos contiene un anticuerpo que se asocia a una célula cancerosa y otro que tiene una toxina que mata a esa célula, usando un procedimiento mucho más simplificado que el que efectúan las compañías farmacéuticas en la actualidad. 

El avance es la culminación de siete años de trabajo en laboratorio para demostrar que la Chlamydomonas reinhardtii, un alga verde usada ampliamente en biología como modelo genético, puede producir un amplio rango de proteínas terapéuticas en mayor cantidad y de forma más económica que usando bacterias o células de mamífero. 

Mayfield y sus colegas lograron su primer éxito hace cinco años cuando demostraron que podían producir una proteína de suero amiloide de mamífero a partir de algas. Al año siguiente lograron obtener una proteína de anticuerpo humano y en 2010 demostraron que proteínas terapéuticas más complejas como los fármacos de factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), utilizadas para tratar pacientes que sufren enfisema pulmonar, pueden ser producidos también a base de algas. 

En mayo de este año el grupo de Mayfield, en colaboración con un equipo liderado por Joseph Vinetz de la UC San Diego's School of Medicine, obtuvo una proteína con potencial de ser usada como vacuna contra la malaria en el futuro a partir de algas.

DOS CEPAS DE BACTERIAS AUMENTAN LA PRODUCCIÓN Y CALIDAD DE TOMATES Y PIMIENTOS

Durante años el equipo de investigación (GIR) 'Interacciones Microorganismo Planta' se ha dedicado a estudiar la simbiosis entre los microorganismos del género Rhizobium y las plantas leguminosas, que se establece por la formación de nódulos en las raíces de estos vegetales y que tiene beneficios mutuos para plantas y bacterias.

Una de sus investigaciones ha demostrado que dos cepas de Rhizobium que se aislaron de dos leguminosas, el trébol y la alubia, presentan una buena actividad como promotores del crecimiento vegetal in vitro y que dan buenos resultados en la producción no sólo de las plantas hospedadoras, sino también en tomates y pimientos.

El resultado es que la inoculación de estas cepas consigue un incremento en el desarrollo y en la producción de las dos plantas. En el caso del pimiento se trata de un aumento muy significativo en cantidad, mientras que en el caso del tomate se incrementa sobre todo la calidad.
Esta calidad se establece a través de catas y, de una forma más objetiva, a través de la medición de componentes como el potasio, el fósforo, el nitrógeno o la presencia de componentes fenólicos, sustancias que se asocian con una mayor protección frente a patologías cardiacas.
Los científicos conocen los mecanismos que provocan estos efectos positivos para la planta. Por ejemplo, estas dos cepas producen fitohormonas y además, incrementan en la planta los niveles de nitrógeno y fósforo, éste último un nutriente  muy importante responsable de cualidades organolépticas como el sabor o el colo. Además, una de ellas también produce compuestos sideróforos, que captan hierro y dificultan el crecimiento de hongos y otros microorganismos patógenos para la planta.
Lo más importante de esta línea de investigación es que abre una alternativa para practicar una agricultura ecológica segura, pues a los cultivos ecológicos no se les añaden fertilizantes nitrogenados, pero sí estiércol como abono y esto podría ocasionar problemas sanitarios como la presencia de cepas patógenas de Escherichia coli.
El equipo intenta sustituir el empleo masivo de abonos químicos por microorganismos beneficiosos que le suministren a la planta los nutrientes que necesita. Estas cepas se encuentran en la naturaleza, pero hay que seleccionarlas y estudiar sus efectos con el objetivo de conseguir inoculantes seguros que se puedan aplicar en todo tipo de cultivos. En este caso, se ha investigado en plantas no leguminosas, pero el género Rhizobium es bien conocido sobre todo por sus interacciones con las leguminosas.
Además, se trata de microorganismos ampliamente estudiados por este y otros grupos de investigación del mundo en las últimas décadas, de manera que está comprobada su seguridad pues se hablando de interacciones beneficiosas entre plantas y microorganismos que aportan a las plantas sustancias que les permiten crecer, nutrirse y defenderse mejor de patógenos.
Según los científicos, la agricultura del futuro exige eliminar gradualmente el uso de fertilizantes químicos por la contaminación ambiental que ocasionan y porque consumen muchos recursos para su fabricación. De hecho, la normativa europea apuesta por una agricultura sostenible que sólo puede desarrollarse a través de la biotecnología.

POSIBLE USO PARA LA OBTENCIÓN DE BIOCONBUSTIBLES DE ALGAS CAPACES DE EXTRAER ENERGÍA DE OTRAS PLANTAS

Se ha descubierto que el alga verde Chlamydomonas reinhardtii, no sólo es capaz de nutrirse a partir de la fotosíntesis, sino que también obtiene energía de una fuente alternativa: otras plantas. Este hallazgo podría también tener un gran impacto sobre el futuro de la bioenergía.

Hasta ahora, se creía que sólo gusanos, bacterias y hongos eran capaces de digerir la celulosa vegetal y utilizarla como fuente de carbono para su crecimiento y supervivencia. Las plantas, por su parte, se valen de la fotosíntesis, por lo que requieren luz, así como dióxido de carbono y agua.

En una serie de experimentos, el equipo de Olaf Kruse, de la Universidad de Bielefeld, en Alemania, cultivó la especie microscópica de alga verde Chlamydomonas reinhardtii en un ambiente con dióxido de carbono limitado y observó que ante tal escasez, esta alga unicelular puede obtener energía a partir de la celulosa vegetal vecina. El alga secreta enzimas que "digieren" la celulosa, descomponiéndola en azúcares simples que pueden ser transportados al interior de las células y transformados en una fuente de energía. Como resultado final, el alga puede seguir creciendo.

Ésta es la primera vez que tal conducta es confirmada en un organismo vegetal, pues digerir de ese modo la celulosa contradice lo asumido durante mucho tiempo por la comunidad científica.

Actualmente, los científicos estudian si este mecanismo se encuentra en otros tipos de algas. Los resultados preliminares indican que sí.

En el futuro, esta propiedad hasta ahora desconocida de las algas también podría ser de interés para la producción de bioenergía. Degradar biológicamente la celulosa vegetal es uno de los pasos más importantes en los métodos de elaboración de biocombustibles bajo desarrollo o perfeccionamiento en este campo. Aunque a raíz de actividades como la agrícola hay disponibles grandes cantidades de residuos que contienen celulosa, las vías de transformación distan aún mucho de ser las óptimas.

En la actualidad, las enzimas necesarias para descomponer y procesar la celulosa (a las que se denomina celulasas) se extraen de hongos que, a su vez, requieren materia orgánica para crecer. Si en el futuro se puede obtener de algas las celulasas necesarias para una elaboración óptima de biocombustibles, no sería necesaria la materia orgánica destinada a nutrir a los hongos.