NUEVA TÉCNICA PARA LA PRODUCCIÓN DE GASOLINA MICROBIANA MEDIANTE INGENIERÍA METABÓLICA

Durante muchas décadas, los seres humanos han confiado en los recursos fósiles para producir combustibles líquidos como la gasolina, diesel, y muchos productos químicos industriales y de consumo para el uso diario. Sin embargo, el aumento de las tensiones en los recursos naturales, así también los problemas ambientales como el calentamiento global han provocado un gran interés en el desarrollo de formas sostenibles de obtener combustibles y productos químicos.

En anteriores trabajos de investigación,  a través de ingeniería metabólica (rama de la ingeniería genética) de Escherichia coli, se han producido algunos resultados en la producción de alcanos de cadena larga, que constan de 13 a 17 átomos de carbono, adecuados para reemplazar el diesel. Sin embargo , no ha habido ningún informe sobre la producción microbiana de alcanos de cadena corta, un posible sustituto de la gasolina.

Ahora, un equipo de investigación dirigido por el profesor coreano Sang Yup Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular en el Instituto Superior Coreano de Ciencia y Tecnología ( KAIST ) informó, por primera vez, el desarrollo de una nueva estrategia para la producción de gasolina microbiana a través de ingeniería metabólica sobre cepas de E. coli.

El equipo de investigación modificó el metabolismo de ácidos grasos para proporcionar los derivados de ácidos grasos que son más cortos que los metabolitos de ácidos grasos intracelulares normales, y se introdujo una nueva ruta sintética para la biosíntesis de alcanos de cadena corta. Esto permitió el desarrollo de una cepa de E. coli capaz de producir gasolina por primera vez.

En el trabajo publicado en Nature, los investigadores coreanos describen estrategias detalladas para la detección de las enzimas asociadas con la producción de ácidos grasos, el diseño de enzimas y rutas biosintéticas de ácidos grasos para concentrar el flujo de carbono hacia la producción de ácidos grasos de cadena corta, y la conversión de los ácidos grasos de cadena corta a sus correspondientes alcanos (gasolina) mediante la introducción de una nueva vía sintética y la optimización de las condiciones de cultivo. Por otra parte , el equipo de investigación mostró la posibilidad de producir ésteres grasos y alcoholes mediante la introducción de las enzimas responsables en la misma cepa.

El profesor Sang Yup Lee afirmó ademas que es sólo el comienzo de los trabajos para la producción sostenible de la gasolina. El título es bastante bajo debido al bajo flujo metabólico hacia la formación de ácidos grasos de cadena corta y sus derivados. Actualmente están trabajando en aumentar el título, el rendimiento y la productividad de biogasolina. 

LOGRAN GENERAR ELECTRICIDAD CON MICROORGANISMOS PRESENTES EN AGUAS RESIDUALES

Ingenieros de la Universidad de Stanford han desarrollado una nueva forma de generar electricidad a partir de aguas residuales utilizando microbios cableados que actúan como minicentrales naturales mientras digieren los desechos animales y vegetales.

En un artículo publicado en «Proceedings of the National Academy of Sciences», sus autores, Yi Cui, investigador de materiales, Criddle Craig, ingeniero ambiental, y Xing Xie, científico interdisciplinario, explican la invención de esta batería microbiana.

Su objetivo es que el invento pueda ser aplicado en lugares como plantas de tratamiento de aguas residuales, o donde se descomponen los contaminantes orgánicos, en zonas muertas de lagos y costas, donde la escorrentía de fertilizantes y otros residuos puede reducir los niveles de oxígeno y afectar a la vida marina.

Por el momento, el prototipo diseñado no supera el tamaño de una pila y presenta dos electrodos, uno positivo y otro negativo, además de una botella con agua residual. Con ese caldo, unidas al electrodo negativo, un tipo inusual de bacterias forman un festín con los desechos orgánicos y producen una electricidad que es captada con el electrodo positivo de la batería. «Lo llamamos la pesca de electrones», explicó Craig.

Durante años, los científicos han sabido de la existencia de los denominados microbios exoelectrogénicos: organismos que han evolucionado en ambientes sin ventilación y desarrollado la capacidad de reaccionar con los minerales de óxido en lugar de respirar oxígeno. Así, durante los últimos doce años, diversos grupos de investigación han intentado utilizar estos microbios como biogeneradores que crearan energía de forma eficiente.

En el electrodo negativo, las colonias de microbios se aferran a los filamentos de carbono, que sirven como conductores eléctricos. Craig aclaró que han podido observar que estos microorganismos hacen nanocables para librarse del exceso de electrones. Esos electrones fluyen hacia el electrodo positivo, fabricado con óxido de plata, que los atrae.

Los investigadores estiman que la batería microbiana puede llegar a extraer el 30 por ciento de la energía encerrada en las aguas residuales, lo que sería parecido a la eficacia de las mejores células para convertir la energía solar en electricidad.

De cara al futuro, uno de los retos, según los investigadores, será encontrar un material barato pero eficaz para el nodo positivo. El uso del óxido de plata es demasiado caro para su uso a gran escala, ahora estan buscando un material más práctico, aunque les llevará algo de tiempo.

POSIBLE VACUNA CONTRA LA MALARIA ELABORADA A PARTIR DE PARÁSITOS ATENUADOS MEDIANTE INGENIERÍA GENÉTICA

Un estudio podría ofrecer esperanza de una nueva vacuna de patógenos vivos-atenuados contra la malaria. Este estudio sugiere que los parásitos de la malaria modificados genéticamente (GAP) que son atenuados a través de precisas supresiones de genes podrían ser utilizados como una vacuna que protege contra la infección de la malaria. Esto significa que la versión inofensiva (atenuada) del parásito podría interactuar con el cuerpo de la misma manera como la versión infecciosa , pero sin posibilidad de causar enfermedad. La vacunación con GAPs  podría inducir respuestas inmunitarias robustas que protegen contra una futura infección con malaria.

Según la Organización Mundial de la Salud , hubo 219 millones de casos documentados de la malaria en el 2010, causando la muerte de hasta 1,2 millones de personas en todo el mundo. Tratamientos antipalúdicos están disponibles para reducir el riesgo de infección, pero hasta el momento no existe una vacuna eficaz contra la enfermedad.

El mes pasado, un equipo de científicos anunció los resultados de un ensayo con un nuevo tipo de vacuna contra la malaria, una preparación de parásitos debilitado por radiación. El ensayo mostró resultados prometedores , pero el método de la vacunación no era óptimo, requiriendo administración intravenosa y múltiples dosis altas. Este nuevo estudio describe un método de atenuación a través de la ingeniería genética en lugar de la radiación, que ofrece esperanza para una vacuna más consistente que da una mejor protección.
Stefan Kappe, Ph.D., autor principal del artículo y profesor de Seattle BioMed afirma que la malaria es una de las principales causas de muerte en el mundo, y pone en peligro el 40 por ciento de la población mundial, pero aún no existe una vacuna efectiva. En este trabajo se muestra que los parásitos genéticamente modificados son una opción viable y prometedora para el desarrollo de una vacuna contra la malaria, y actualmente están diseñando la próxima generación de cepas atenuadas del parásito con el objetivo de entrar en los estudios clínicos en breve.
Por primera vez, los investigadores crearon una versión debilitada del parásito de la malaria humana mediante la alteración de su ADN. Ellos probaron la seguridad del nuevo parásito modificado mediante inyección de seis voluntarios humanos a través de picaduras de mosquitos. Cinco de los seis voluntarios no mostraron infección con el parásito, sugiriendo que la nueva técnica genética tiene potencial como la base para una vacuna contra la malaria.
Stefan Kappe tambien cree que este enfoque ofrece un nuevo camino para hacer una vacuna de protección contra la malaria que puede que supere las limitaciones de los intentos de desarrollo previos. Los parásitos genéticamente modificados potencialmente proporcionan un acercamiento potente y escalable a la vacunación contra la malaria.

PRODUCEN POR PRIMERA VEZ CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS EN RATONES VIVOS ADULTOS

Por primera vez, un equipo científico ha conseguido que células adultas de un organismo vivo retrocedan en su desarrollo evolutivo hasta recuperar características propias de células madre embrionarias. 

Liderado por Manuel Serrano, director del programa de Oncología Molecular del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), los resultados revelan además que estas células madre embrionarias obtenidas directamente en el interior del organismo tienen una capacidad de diferenciación más amplia que las conseguidas mediante cultivo in vitro.

Las células madre embrionarias son la principal apuesta para la futura medicina regenerativa. Son las únicas capaces de generar cualquier tipo celular de los cientos que conforman un organismo adulto, por lo que constituyen el primer paso para la curación de enfermedades como alzhéimer, párkinson o diabetes. No obstante, este tipo de células tiene una brevísima existencia, limitada a los primeros días del desarrollo embrionario, y no existen en ninguna parte del organismo adulto.

Uno de los mayores hitos en la reciente investigación biomédica fue el protagonizado por Shinya Yamanaka, quien al conseguir crear en el laboratorio células madre embrionarias abrió un nuevo horizonte en la medicina regenerativa. Sin embargo, el nuevo trabajo ha dado un paso más al conseguir lo mismo que el científico japonés, pero esta vez dentro del propio organismo, en ratones, sin necesidad de pasar por placas de cultivo in vitro.

El primer desafío de los investigadores del CNIO fue reproducir el experimento en un ser vivo. Usando técnicas de manipulación genética, crearon ratones en los que se puede activar a voluntad los cuatro genes de Yamanaka. Estos factores se expresan de forma inducible por doxiciclina (un antibiótico), de forma que se pueden controlar cuándo van a expresarse simplemente añadiendo doxiciclina al agua de bebida de los ratones.Así, cuando activaron estos genes, observaron que las células adultas fueron capaces de retroceder en su desarrollo evolutivo hasta células madre embrionarias en múltiples tejidos y órganos.

En comparación con las células obtenidas con la técnica desarrollada por Yamanaka, la células madre obtenidas ahora representan un estadio embrionario aún más temprano, con mayores capacidades de diferenciación. De hecho, los autores fueron incluso capaces de inducir la formación de estructuras pseudoembrionarias en las cavidades torácica y abdominal de los ratones.

Estos pseudoembriones presentaban las tres capas propias de los embriones, estructuras extraembionarias como el saco vitelino e incluso signos de formación de células sanguíneas. Estas células madre son mucho más versátiles que las células de Yamamaka, cuya potencialidad genera las distintas capas del embrión, pero nunca tejidos que sustentan el desarrollo de un nuevo embrión, como la placenta.

Los autores subrayan que las posibles aplicaciones terapéuticas del trabajo aún están lejos, pero sugieren que pueden significar un cambio en el rumbo de las investigaciones con células madre en la medicina regenerativa o en la ingeniería tisular. Por el momento, los científicos no han conseguido injertar con éxito células diferenciadas provenientes de células madre generadas in vitro.

María Abad, miembro del equipo, opina que, a partir de ahora, lo ideal sería inducir la reprogramación in vivo dentro de tejidos dañados y que sea allí donde esas células se diferencien. Con esto se evitaría la extracción de células, la reprogramación y diferenciación al tipo celular deseado in vitro, y el transplante.

La científica además sostiene que estas células madre sobreviven también fuera de los ratones, en cultivo, por lo que podrían, además, manipularlas en el laboratorio. Finalmente, el siguiente paso es estudiar si estas nuevas células madre son capaces de generar de una forma más eficiente distintos tejidos, como páncreas, hígado o riñón.

DESCUBREN LEVADURAS EN LA PATAGONIA CAPACES DE ACUMULAR METALES CONTAMINANTES

El equipo dirigido por Maria Rosa Giraudo de van Broock, investigadora principal del CONICET en el Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente de Argentina, encontró nuevas especies de levaduras autóctonas de la Patagonia capaces de acumular metales en entornos altamente acidificados.

A partir del año 2004 el grupo de Giraudo comenzó a analizar la biodiversidad presente en el Río Agrio y el Lago Caviahue. El río, que nace en el Volcán Copahue y al llegar a la meseta forma el Lago Caviahue, tiene un gradiente de pH único: en la naciente los valores oscilan entre 0,5 y 1 y a lo largo de su curso el pH aumenta gradualmente hasta neutralizarse.

Los ambientes acuáticos ácidos como este poseen metales disueltos en concentraciones elevadas que resultan tóxicos para plantas y animales. Algunos microorganismos están adaptados a este entorno gracias a sus características metabólicas y presentan una elevada tolerancia a distintos metales, por lo que serían buenos candidatos para utilizar en procesos de remediación de suelos ácidos contaminados con estas sustancias.

Ademas, los métodos químicos tradicionales son sólo efectivos para altas concentraciones de metales, pero no a bajas, por lo que el uso de estas levaduras podría ser un complemento que mejore el tratamiento disponible.

En total se aislaron 32 especies, agrupadas en nueve géneros que fueron ordenados según su grado de adaptación y tolerancia a seis metales –cadmio, cobalto, cobre, litio, níquel y zinc– y se midió su capacidad para acumularlos.

Los resultados obtenidos muestran una clara disminución en la concentración de metal en varios casos, hecho que resulta alentador ya que hasta el momento los medios acidificados no eran recomendados para procesos de biorremediación.

Una cepa de la especie nueva Cryptococcus agrionensis fue capaz de captar 15,8 mg de cobre por gramo de levadura. Cryptococcus sp. 2 retuvo 36,25 mg de níquel y 62,28 mg de zinc por gramo, mientras que Lecythophora sp. fue capaz de remover 67,11 mg de zinc por gramo de levadura.

La remediación se basa en el uso de procesos de degradación químicos o biológicos para eliminar sustancias contaminantes que puedan comprometer seriamente el uso de recursos como el agua para consumo humano. El estudio en profundidad de las interacciones entre microorganismos y metales es fundamental para desarrollar métodos de remoción, recuperación o detoxificación de metales pesados y radionucleidos, es decir, elementos químicos con configuración inestable que al desintegrarse emiten radiación.

Edgardo Donati, investigador del CONICET experto en biorremediación comenta que los proyectos de biorremediación de bajo costo, alta eficiencia y diseñados para el tratamiento de problemas específicos son importantes para la sociedad ya que aportarían soluciones concretas y alcanzables en términos locales para la remediación de aquellas contaminaciones que inevitablemente provocan un serio impacto ambiental, con consecuencias no sólo para el ecosistema, sino además para la sociedad en su conjunto. Por ultimo, ésta línea de investigación puede tener otras aplicaciones como el uso de levaduras en procesos de biolixiviación, donde se usan estos microorganismos para recuperar metales como oro y cobre.

DESARROLLAN ARROZ TRANSGÉNICO EFICAZ CONTRA EL ROTAVIRUS

Un equipo de investigadores liderado por Yoshikazy Yuki, de la Universidad de Tokio, ha desarrollado una forma de arroz transgénico que contiene un anticuerpo contra el rotavirus, un patógeno que, según la Organización Mundial de la Salud (OMS) causa más de 500.000 muertes de niños al año por la diarrea que inducen.

El trabajo ha consistido en incorporar al arroz, mediante la bacteria Agrobacterium tumefaciens, un gen que expresa el dominio variable de un anticuerpo específico contra rotavirus que se encuentra en las llamas; además de la tecnología del RNAi para suprimir la producción de las principales proteínas de almacenamiento endógenos de arroz. 

En los experimentos, los ratones que comieron del arroz, tanto los normales como los que tenían un sistema inmunitario deficiente, quedaron protegidos contra los rotavirus o en todo caso, se vio disminuida la carga viral.

Se ha visto que las semillas de arroz así conseguidas mantienen esta propiedad durante un año después de ser almacenado y que aguantan una cocción de media hora a 94°C. 

El objetivo del trabajo es claro: ayudar a prevenir y tratar la enfermedad, complementándose con las vacunas que, recientemente, se han desarrollado contra el rotavirus, y que la OMS aconseja que se incorporen a la cartera sanitaria básica de los países afectados.

Si estas vacunas funcionaran al 100% el nuevo arroz no haría falta, pero por razones que aún no están claras –aunque se apunta a una debilidad del sistema inmune debido a la desnutrición- los preparados funcionan peor en países pobres que en los ricos, con tasas de protección que caen hasta el 50%.

Yuki advierte que el producto aún no ha sido ensayado en humanos, lo que implica que la posibilidad de que llegue su uso está a una década vista.