LOGRAN PRODUCIR TRECE NUEVOS TERPENOS EN STREPTOMYCES MEDIANTE EL ANÁLISIS DE BASES DE DATOS DE GENOMAS DE UN GRUPO DE BACTERIA

Los terpenos son compuestos aromáticos responsables de los diferentes aromas de los aceites esenciales de las plantas y de las resinas de los árboles. Desde el descubrimiento de los mismos hace más de 150 años, los científicos han aislado unos 50.000 diferentes compuestos terpénicos derivados de plantas y hongos. Las bacterias y otros microorganismos son conocidos también por hacer terpenos, pero han recibido mucho menos atención.

Una nueva investigación de la Universidad de Brown, Estados Unidos, muestra que la capacidad genética de las bacterias para hacer terpenos está muy extendida. Usando una técnica especializada para tamizar a través de las bases de datos genómicas de una variedad de bacteria, los investigadores encontraron 262 secuencias de genes que probablemente codifican para terpeno sintasas (enzimas que catalizan la producción de terpenos). Luego, los investigadores utilizaron varias de aquellas enzimas para aislar 13 terpenos de origen bacteriano no identificados previamente. Los hallazgos sugieren que las bacterias representan una fuente fértil para el descubrimiento de nuevos productos naturales.

David Cane, profesor de química en la Universidad de Brown, comenzó a trabajar hace unos 15 años para entender cómo las bacterias hacen terpenos. En ese momento, las primeras secuencias genómicas de ciertas clases de bacterias estaban empezando a salir. Cane y sus colegas tuvieron la idea de encontrar las enzimas responsables de producir terpenos mirando las secuencias de los genes que estaban siendo descubiertas.

Para ello, Cane buscó a través de los datos genómicos recopilados para un grupo de bacterias llamadas Streptomyces, en busca de secuencias similares a las conocidas que expresan la terpeno sintasas en plantas y hongos. Finalmente, se encontró que, efectivamente, los Streptomyces tienen genes que codifican terpeno sintasas y que esas enzimas podrían ser utilizadas para hacer terpenos.

Las secuencias bacterianas verificadas que encontró Cane permitieron a otros investigadores refinar las búsquedas posteriores de genes adicionales de terpeno sintasas utilizando las secuencias bacterianas como consulta de búsqueda en vez de las secuencias de plantas o secuencias de hongos, lo que debería dar un mayor grado de similitud.

El siguiente paso fue verificar que estas secuencias, efectivamente codifican para enzimas capaces de hacer terpenos. Probar todos los 262 genes no era práctico, por lo que el equipo eligió algunos que podrían darles la mejor oportunidad de encontrar compuestos terpénicos que anteriormente no habían sido identificados. Buscaron secuencias que no parecen encajar claramente en categorías previamente conocidas de terpenos.

Después de haber seleccionado unos cuantos, el equipo hizo uso de una bacteria Streptomyces genéticamente modificada como una biorefinería para generar terpenos. En dicha bacteria se eliminaron los genes que son responsables de producir la mayoría de sus productos nativos, pero dejaron detrás toda la capacidad para proporcionar los materiales de partida y manejar la acumulación de productos.

Al tomar algunas de las secuencias de genes que encontraron y empalmándolos en su organismo de ensayo, los investigadores pudieron dejar que las Streptomyces generen el producto usando las instrucciones del nuevo gen introducido. Usando este método, fueron capaces de producir 13 terpenos previamente desconocidos, cuyas estructuras se verificaron por espectrometría de masas y espectroscopia de resonancia magnética nuclear.

Cane comenta que es un gran paso hacia adelante en el área, ya que proporciona un paradigma de cómo se puede descubrir muchas sustancias nuevas; también es un buen ejemplo de cómo se puede utilizar el análisis de secuencias para identificar genes de interés y luego aplicar técnicas genéticas, moleculares y microbiológicas para producir sustancias químicas de interés. El trabajo también sugiere que puede haber muchos productos terpénicos nuevos escondidos y aún por descubrir en los genomas de bacterias.

DESCUBREN BACTERIAS CAPACES DE DEGRADAR PLÁSTICO EN UNA ÚNICA ETAPA DENTRO DE LOS INTESTINOS DE LAS LARVAS DE UNA ESPECIE DE POLILLA

Es bien conocido que el plástico suele permanecer en el medio ambiente durante muchísimos años sin descomponerse, contribuyendo de forma notable a los problemas medioambientales.
Ahora, un grupo de científicos han comprobado que ciertas bacterias del intestino de unas larvas de polilla, de la que se sabe que ingiere trozos de envases de alimentos, son capaces de degradar polietileno, el plástico más habitual. El hallazgo hecho por el equipo de Jun Yang, de la Universidad de Beihang en Pekín, China, podría llevar a nuevas formas de deshacerse de los persistentes residuos de plástico.
La industria global de los plásticos produce unos 140 millones de toneladas de polietileno cada año. Buena parte de él va a parar a bolsas, botellas y cajas que muchos de nosotros utilizamos regularmente, y que después desechamos.
Durante muchos años, la comunidad científica ha estado intentando averiguar cómo hacer que esta basura plástica desaparezca. En algunos de los estudios más recientes, se ha intentado hacer que ciertas bacterias presentes en el plástico lo degraden, pero esto requería exponerlo primero a la luz o al calor. El equipo de Yang quería encontrar bacterias que pudieran degradar el polietileno en un único paso.
Los investigadores se fijaron en una larva de polilla de la especie Plodia interpunctella, que en su fase de oruga ingiere trozos de plástico. Encontraron que al menos dos cepas de microbios intestinales de esas orugas, Enterobacter asburiae y Bacillus sp., pueden degradar el polietileno sin un paso de pretratamiento.
Los científicos descubrieron que después de un periodo de incubación de 28 días de las dos cepas en películas de polietileno se observó una disminución en la hidrofobicidad de las películas de polietileno. Se observó también un daño obvio que incluía hoyos y cavidades de 0.3 a 0.4 μm de profundidad en las superficies de las películas de polietileno usando un microscopio electrónico de barrido y un microscopio de fuerza atómica.
Los cultivos de las cepas Enterobacter asburiae y Bacillus sp. en suspensión (108 células/mL)  fueron capaces de degradar aproximadamente 6.1 ± 0.3% y 10.7 ± 0.2% de las películas de polietileno (100mg), respectivamente, en un periodo de incubación de 60 días. Los pesos moleculares de las películas residuales de polietileno fueron mas bajos, y la liberación de 12 productos residuales solubles en agua también fueron detectados. Los resultados demostraron la presencia de bacterias degradadoras de polietileno en los intestinos de las larvas y el descubrimiento abre un alentador camino hacia una forma nueva y directa de biodegradar plástico.

LOGRAN AUMENTAR LA PRODUCCIÓN DE METILCETONAS EN E.COLI UNAS CIENTO SESENTA VECES MEDIANTE INGENIERÍA METABÓLICA

Hace dos años, los investigadores del U.S. Department of Energy's Joint BioEnergy Institute (JBEI) modificaron una bacteria de Escherichia coli para convertir la glucosa en cantidades importantes de metilcetonas, una clase de compuestos químicos que se utilizan principalmente para fragancias y sabores, pero altamente prometedores como agentes de mezcla limpios, verdes y renovables para el diesel. Ahora, después de nuevas modificaciones genéticas, han logrado aumentar dramáticamente la producción de metilcetona unas 160 veces en la E. coli.

Harry Beller, microbiólogo  de la JBEI, y quien dirigió el estudio, comenta que hacer una mejora tan grande en la producción de metilcetonas con un número relativamente pequeño de modificaciones genéticas es alentador y creen que podrán mejorar aún más la producción utilizando los conocimientos adquiridos a partir de estudios in vitro de la nueva vía metabólica.

Las metilcetonas son compuestos naturales que se descubrieron hace más de un siglo en la planta de hoja perenne aromática conocida como ruda. Desde entonces han sido encontrados de forma común en los tomates y otras plantas, así como en insectos y microorganismos. Hoy en día se utilizan para proporcionar aromas en aceites esenciales y sabores en el queso y otros productos lácteos. Aunque las E. coli nativas producen cantidades prácticamente indetectables de metilcetonas, Harry Beller, Ee-Been Goh (coautor) y sus colegas han sido capaces de superar esta deficiencia utilizando las herramientas de la biología sintética.

Para la producción de metilcetonas los investigadores hicieron dos modificaciones importantes en la E. coli, primero se modificaron pasos específicos en la beta-oxidación, la vía metabólica que la E. coli utiliza para descomponer los ácidos grasos, y luego aumentaron la expresión de un enzima nativa de la E. coli llamada FadM. Estas dos modificaciones se combinaron para mejorar en gran medida la producción de las metilcetonas.

En un último esfuerzo, los investigadores hicieron otras modificaciones que incluyeron equilibrar la sobreexpresión de otras dos enzimas de la E. coli, llamadas fadR y fadD, para incrementar el flujo de ácidos grasos en la vía; consolidando dos vías plasmídicas en una; optimizando el uso de codones para los genes no nativos de la ruta de E. coli; y silenciando las rutas claves de producción de acetato. Los resultados llevaron a una produccion de 3,4 gr/litro de metilacetona después de aproximadamente 45 horas de fermentación discontinua alimentado con glucosa. Esto es cerca del 40% del rendimiento teórico máximo para metilcetonas.

Aunque la producción mejoró aún no está a un nivel comercial en el mercado de los biocombustibles, pero está cerca al nivel comercial para su uso en sabores y aromas, donde ciertas metilcetonas son mucho más valoradas de lo que serían en el mercado de los biocombustibles.

Los estudios in vitro realizados por Beller y Goh dieron ideas sobre la ruta metabólica, algunas de las cuales apuntan a ulteriores alzas de producción. Un hallazgo clave fue la confirmación de que una enzima descarboxilasa no se requiere en la ruta metabólica de las metilcetonas pues varias diferentes vías se han desarrollado en los últimos dos años para la producción de metilcetonas en E. coli, un par de los cuales usan enzimas descarboxilasa para catalizar el último paso de la vía. 

Los estudios in vitro también se encargaron de las preocupaciones acerca de la enzima FadM siendo algo "promiscua" en sus actividades hidrolizantes. Beller y Goh encontraron que FadM puede actuar sobre productos intermedios en la vía metabólica de las meticetonas y reducir efectivamente el flujo de carbono a los productos finales de metilcetona. Sin embargo, ellos dicen que con un poco de conocimientos sobre ingeniería metabólica, esto no necesita ser un problema y conocer el fenómeno podría incluso ser utilizado para mejorar la producción.

Beller concluye que con toda probabilidad hay un punto ideal en el nivel de expresión de la enzima FadM que permitirá la producción máxima de metilcetonas sin desviar los intermediarios metabólicos.

PLANTEAN LA POSIBILIDAD DE UTILIZAR UNA PROTEÍNA MODIFICADA DE LA REMOLACHA COMO SOLUCIÓN A ENFERMEDADES RELACIONADAS CON LA SANGRE Y COMO ALTERNATIVA A LA TRANSFUSIÓN SANGUÍNEA

Un nuevo estudio realizado en Suecia sugiere que una proteína que se encuentra en la remolacha de azúcar podría ser utilizado como un sustituto de la sangre para ayudar a hacer frente a la escasez de sangre sufrida en la actualidad. 
La hemoglobina es la proteína que transporta el oxígeno en la sangre, y el equipo de investigadores asegura que las versiones del ser humano y de las plantas son muy parecidas. Los investigadores están comprobando si pueden volver a empaquetar la proteína vegetal de manera que pueda ser aceptada por el tejido humano.
Las transfusiones de sangre pueden ayudar a muchas personas en situaciones de emergencia en las que han perdido una gran cantidad de sangre, y también a aquellos que necesitan tratamientos a largo plazo, como puede ser el cáncer y otras enfermedades relacionadas con la sangre. El trabajo de los científicos de la Universidad de Lund está basado en un estudio anterior que encontró que la hemoglobina tiene un papel importante en el desarrollo de las plantas.
El profesor Bulow y la profesora Nélida Leiva, de la Universidad de Lund, en Suecia, querían encontrar una solución a la escasez de sangre. En el estudio se demostró que la hemoglobina de las plantas comparten el 50-60% de similitud con el tipo que se encuentra en la sangre humana, pero es mas robusta.
Leiva, quien estaba al frente del estudio, planteaba dos grandes posibilidades. Por un lado, la adaptación de la hemoglobina de la planta para que sea viable en seres humanos; y por el otro, el uso de las plantas como herramientas para producir hemoglobina humana. La hemoglobina de la planta se comporta de manera similar a una versión que se encuentra en el cerebro humano, y además tiene una estructura similar.
El siguiente paso sería desarrollar la hemoglobina para ver si puede ser aceptada por conejillos de indias, y más tarde en tejido humano, lo que podría suceder en tres años. El Profesor Denis Murphy, jefe de la genómica y la biología computacional en la Universidad de Gales del Sur, dijo que aunque sabemos desde hace varias décadas que las plantas producen proteínas como la hemoglobina, este estudio muestra que son más comunes y están involucrados en más procesos fisiológicos de los que se pensaba antes. También dijo que la idea de usar la proteína vegetal para sustituir a la hemoglobina humana era especulativa y podría ser una perspectiva a largo plazo.

MODIFICAN GENÉTICAMENTE UNA CEPA DE LEVADURA QUE LA HACE MÁS TOLERANTE AL CALOR PARA UNA ELABORACIÓN MÁS EFICIENTE Y BARATA DE ETANOL

Con una simple mutación, la levadura usada en la producción de bioetanol para vehículos puede crecer con normalidad pese a estar expuesta a temperaturas superiores a las normales. Unos científicos de instituciones suecas y danesas lo han demostrado en una investigación reciente. Los resultados de esta podrían conducir hacia una elaboración más eficiente y barata de etanol como combustible para vehículos, así como incrementar la posibilidad de utilizar desechos vegetales como materia prima.

Con las levaduras convencionales, si la temperatura de su proceso industrial de cultivo no es reducida, las células de levadura mueren por el calor que ellas mismas producen. El cultivo de levadura actualmente se refrigera hasta una temperatura de 30 grados, la cual resulta óptima para que las células de levadura hagan su trabajo, producir etanol.
Sin embargo, la producción de bioetanol podría ser menos costosa y más eficaz si se pudiera mantener la temperatura a 40 grados. Se podría ahorrar una gran cantidad de dinero por costes de refrigeración, y se reduciría el riesgo de crecimiento bacteriano. Además, la materia prima, por ejemplo almidón, debe descomponerse en azúcares que la levadura pueda utilizar, un proceso que funciona mejor a temperaturas altas.
El equipo internacional de Jens Nielsen, profesor en la Universidad Chalmers de Tecnología en Suecia, ha resuelto ahora este asunto, identificando un modo de hacer a la levadura más resistente al calor. Para lograrlo basta con una mutación.
La levadura tiene una sustancia en su membrana celular llamada ergosterol, en lugar del colesterol que tenemos los humanos. La mutación en el gen C-5 sterol desaturasa intercambia el ergosterol por una sustancia llamada fecosterol. Esto tiene varios efectos diferentes en las células, lo cual permite que la levadura se desarrolle a 40 grados.
Una característica importante de las nuevas cepas de levadura es que son estables, o sea que trasmiten su tolerancia al calor a las generaciones posteriores.
La producción actual de bioetanol se basa bastante en la remolacha y el maíz. Este etanol, valorado en más de 100.000 millones de dólares al año, se produce en la actualidad usando levadura. Si se introdujera una mejora, incluso pequeña, en el proceso, se podrían ahorrar millones de dólares cada año.

CIENTÍFICOS ESTÁN EN BÚSQUEDA DE BACTERIAS CON ALTO POTENCIAL BIOFERTILIZANTE PARA REDUCIR EL USO DE FERTILIZANTES Y PESTICIDAS QUÍMICOS

Neiker-Tecnalia, el Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Agrícola, está trabajando para seleccionar bacterias autóctonas con potencial de biofertilizantes, debido al efecto estimulante que tienen en la asimilación de nutrientes por las plantas, la producción de fitohormonas y control de fitopatógenos. La investigación es de gran interés para los agricultores debido a que los biofertilizantes basados en bacterias constituyen una alternativa a los fertilizantes químicos convencionales que son caros y menos sostenible desde el punto de vista ambiental.

El objetivo final en la selección de bacterias autóctonas con un potencial de biofertilizantes es crear un banco de cepas bacterianas para que sean utilizadas posteriormente en formulaciones de biofertilizantes. Estas bacterias tienen la capacidad de aumentar la biodisponibilidad de los nutrientes presentes en el suelo de modo que los cultivos puedan asimilarlos; lo que es más, producen hormonas que estimulan el crecimiento de las plantas y fomentan el desarrollo de la raíz. Otra de sus ventajas es que incluso luchan contra otros microorganismos en el suelo que causan enfermedades a las plantas.

El objetivo de todo biofertilizante es complementar y, en su caso, sustituir a los fertilizantes químicos convencionales por lo que su uso se puede reducir con los beneficios económicos y ambientales resultantes. En este aspecto, las bacterias utilizadas en las formulaciones de biofertilizantes animan a las plantas a absorber una mayor cantidad de nutrientes que, incluso si están presentes de forma natural en el suelo, en ocasiones no puede ser asimilada por las plantas, porque están en una forma insoluble. Los fertilizantes químicos convencionales, sin embargo, suplementan el suelo con elementos químicos que, a pesar de que funciona como un fertilizante, pueden terminar contaminando acuíferos si no se aplican en la dosis correcta y en el momento oportuno. 

Por el contrario, las bacterias que contienen capacidades biofertilizantes compiten con otros microorganismos en el suelo y pueden obstaculizar la aparición de plagas en los cultivos, reduciendo así al mínimo el uso de pesticidas. 

Los investigadores de Neiker-Tecnalia aislaron cepas bacterianas autóctonas pertenecientes a muestras de suelo y tejido vegetal. Ellos seleccionaron  los mejores candidatos por medio de análisis in vitro y en este momento se están ejecutando las pruebas en cultivos de lechuga (elegidos por su rápido crecimiento) en cámaras especiales para el crecimiento bajo condiciones controladas. Uno de los objetivos de este experimento es poner a prueba la capacidad de las bacterias con capacidades biofertilizantes y biofertilizantes producidos de manera artesanal por los agricultores locales en comparación con biofertilizantes comerciales y fertilizantes químicos convencionales para aumentar la productividad en suelos pobres y, en concreto, para luchar contra la impacto del patógeno Sclerotinia sclerotiorum que afecta a las raíces. En el experimento también se pondrá a prueba la eficacia de otros fertilizantes orgánicos como el abono bokashi  de origen japonés. El paso final será probar la efectividad de los biofertilizantes en condiciones de campo reales. 

La investigación de Neiker-Tecnalia está abriendo un canal de gran interés para reducir el uso de fertilizantes y pesticidas sintetizados químicamente que conllevan riesgos ambientales y constituyen un coste económico importante para los agricultores.

DESCUBREN NUEVAS BACTERIAS DE ORIGEN MARINO CAPACES DE PRODUCIR COMPUESTOS FARMACOLÓGICOS IMPORTANTES

Investigadores de la Universidad de Oviedo en España han descubierto bacterias productoras de fármacos en ecosistemas de algas y corales del mar Cantábrico. El estudio se enmarca dentro de las líneas de investigación del recientemente creado Observatorio Marino de Asturias (OMA) sobre la exploración de la vida marina del Cantábrico y la explotación de sus recursos naturales.

El equipo científico está centrado en el estudio de los actinomicetos, unos microorganismos esenciales para la vida en nuestro planeta y la salud humana, ya que son los principales productores de antibióticos, antitumorales y otros fármacos que se utilizan en medicina. Aunque tradicionalmente se han considerado bacterias de suelo, en estos últimos años se ha hecho evidente su presencia en ambientes marinos y en simbiosis con otros seres vivos como animales y plantas. 

La lider del equipo, la microbióloga Gloria Blanco, comenta que los océanos son en la actualidad una fuente alternativa de aislamiento de nuevos géneros de actinomicetos, cuyo estudio se ha hecho muy atractivo debido al creciente número de nuevos y potentes compuestos de interés farmacológico que producen. Esta línea de investigación se incluye así dentro de las nuevas tendencias de la comunidad científica internacional para el descubrimiento de nuevos medicamentos.

La hipótesis de trabajo se basa en la exploración de nuevos hábitats, a fin de obtener nuevas especies o cepas que produzcan moléculas naturales con potencial farmacológico. Los trabajos previos llevados a cabo por los expertos han permitido encontrar en el Cantábrico una gran diversidad de actinomicetos productores de moléculas con actividades antibióticas y antitumorales, y que se encuentran asociados a distintos organismos en diferentes ecosistemas.

Los primeros hallazgos de actinomicetos se realizaron en algas intermareales recogidas en diferentes playas de Gijón desde 2010. En este último año también se han podido aislar poblaciones muy variadas de estas bacterias actinomicetos a partir de algas submareales recogidas en distintas estaciones del litoral asturiano, un trabajo que se realiza en colaboración con el Centro de Experimentación Pesquera del Principado de Asturias y el Departamento de Organismos y Sistemas de la Universidad.

El equipo de Gloria Blanco también ha tomado parte en una de las campañas realizadas en el Cañón de Avilés dentro del proyecto de DOSMARES, donde fueron descubiertos actinomicetos capaces de vivir en los arrecifes coralinos hasta 4.700 metros de profundidad. Las muestras recogidas a 1.500 metros de profundidad han permitido identificar una nueva especie de actinomiceto que vive asociada a corales y estrellas de mar, que ha sido denominada como Myceligenerans cantabricum y que ya ha sido depositada en las Colecciones de Cultivos Tipo española (CECT) y alemana (DSMZ).

Blanco tambien señala que dado el gran número de actinomicetos productores de compuestos bioactivos que se han aislado y, conociendo las necesidades clínicas actuales de disponer de nuevos medicamentos, se hace prioritaria la profundización en este estudio para determinar la posible novedad de los compuestos obtenidos, elucidar su estructura química y valorar su posible interés médico-farmacéutico. Un grupo de especialistas en enfermedades infecciosas del HUCA y el Hospital de Cabueñes colabora en el análisis de las actividades antibióticas de los productos naturales obtenidos en este estudio. El carácter multidisciplinar de la investigación ha implicado a biólogos, químicos, médicos y biotecnólogos.

MEDIANTE INGENIERÍA GENÉTICA EN ESPECIES DE ARBOLES LEÑOSOS SE HA AUMENTADO SU PRODUCCIÓN DE BIOMASA IMPORTANTE EN EL SECTOR DE BIOENERGÍA

Gracias a la biotecnología, los investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han aumentado la producción de especies leñosas. Este resultado es de gran interés para el mercado de la energía. 

Mediante la modificación de la expresión de los genes responsables de la creación de ramas durante el primer año de especies leñosas, los investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP UPM-INIA), de la  UPM y el Instituto Nacional para la Investigación y Experimentación Agrícola (INIA), han encontrado una manera de aumentar la producción de biomasa de una plantación forestal, sin alterar su crecimiento, ni la composición o anatomía de la madera. Estos resultados tienen un importante valor de mercado para el sector de la bioenergía, por lo que este estudio ha sido protegido por una patente. 

Las yemas laterales de la mayoría de las especies leñosas en áreas cálidas y frías no brotan en la misma temporada en la que han nacido. Estos brotes, llamados prolépticos, permanecen latentes y no crecen hasta la primavera siguiente. Sin embargo, algunos brotes laterales brotan durante la misma temporada como en los álamos yotras especies salicáceas y muchas especies tropicales. De esta manera, una ramificación siléptica puede aumentar la cantidad de ramas, el área foliar y el crecimiento de los árboles en general, sobre todo durante sus primeros años de vida. 

Sobre esa base, los investigadores de la UPM han utilizado un procedimiento biotecnológico para modificar los niveles de expresión génica del gen RAV1 que incrementa el desarrollo de ramificación siléptica de especies leñosas. De esta manera, los investigadores han encontrado una manera de aumentar la producción de biomasa de una plantación de álamo. Este proceso de modificación genética es potencialmente aplicable a cualquier especie leñosa y usa sus características de adaptación a un hábitat particular. 

El procedimiento biotecnológico utilizado por estos investigadores puede garantizar los rendimientos de producción sostenible de biomasa de especies leñosas sin afectar a la demanda de alimentos. Estos resultados pueden también mitigar los efectos del calentamiento global y mejorar la seguridad energética.

LOGRAN PRODUCIR EN BACTERIAS UN MATERIAL ADHESIVO MUY FUERTE INCLUSO BAJO EL AGUA A PARTIR DE UNA MEZCLA COMPLEJA DE PROTEÍNAS BACTERIANAS Y PROTEÍNAS DEL BISO DEL MEJILLÓN

Los mariscos tales como mejillones y percebes secretan proteínas muy pegajosas que les ayudan a adherirse a las rocas o los cascos de los barcos incluso bajo el agua. Inspirado por estos adhesivos naturales, un equipo de ingenieros del MIT ha diseñado nuevos materiales adhesivos que podrían ser usados para reparar barcos o ayudar a curar heridas e incisiones quirúrgicas. 
Para crear sus nuevos adhesivos resistentes al agua, los investigadores del MIT diseñaron bacterias que produzcan un material híbrido que incorpora las proteínas pegajosas del mejillón, así como una proteína bacteriana que se encuentra en las biopelículas (capas viscosas formadas por las bacterias que crecen en una superficie). Cuando se combinan, estas proteínas forman adhesivos incluso más fuertes bajo el agua que las secretadas por los mejillones. 
Este proyecto representa un nuevo tipo de enfoque que puede ser explotado para sintetizar materiales biológicos con múltiples componentes, utilizando bacterias como pequeñas fábricas.
El profesor asociado de ingeniería biológica, ingeniería eléctrica y ciencias de la computación,Timothy Lu, comenta que el objetivo final es elaborar una plataforma en donde se pueda empezar a construir materiales que combinen múltiples dominios funcionales y ver si mejoran el rendimiento de los materiales adhesivos.

La sustancia pegajosa que ayuda a los mejillones a que se adhieren a las superficies submarinas está hecho de varias proteínas conocidas como proteínas del biso del mejillón. Los científicos han modificado previamente la bacteria E. coli para producir proteínas individuales del biso, pero estos materiales no captan la complejidad de los adhesivos naturales. En un nuevo estudio, el equipo del MIT quería diseñar bacterias para producir dos diferentes proteínas del biso, combinadas con proteínas bacterianas llamadas fibras curli (proteínas fibrosas que pueden agruparse y ensamblarse así mismas en mallas mucho más grandes y complejas).

El equipo diseñó bacterias de modo que pudieran producir proteínas que consistieran en fibras curli unidas a la proteína 3 o a la proteína 5 del biso. Después de purificar estas proteínas de las bacterias, los investigadores las dejaron incubar y formar densas mallas fibrosas. El material resultante tiene una estructura regular y flexible que se une fuertemente a las dos superficies secas y mojadas.

Los investigadores probaron los adhesivos usando microscopía de fuerza atómica (una técnica que explora la superficie de una muestra con una pequeña punta). Ellos encontraron que los adhesivos se unían fuertemente a las puntas hechas de tres materiales diferentes: sílice, oro y poliestireno. Los adhesivos ensamblados a partir de cantidades iguales de proteína 3 y proteína 5 forman adhesivos más fuertes que las que tienen una relación diferente, o sólo una de las dos proteínas.

Los investigadores dicen que estos adhesivos también son más fuertes que los adhesivos naturales del mejillón, y son los más fuertes de inspiración biológica hasta la fecha.

Usando esta técnica, los investigadores pudieron producir sólo pequeñas cantidades de adhesivo, por lo que ahora están tratando de mejorar el proceso y generar grandes cantidades del mismo. También planean experimentar con la adición de algunas de las otras proteínas del biso del mejillón para aumentar la fuerza de adhesión aún más y mejorar la robustez del material.

Ademas, el equipo tiene planeado tratar de crear "pegamentos vivientes" que consisten en películas de bacterias que podían sentir el daño a una superficie y luego repararlo mediante la secreción de un adhesivo.

DESCUBREN BACTERAS CAPACES DE DEGRADAR COMPUESTOS PRESENTES EN DESECHOS RADIACTIVOS BAJO CONDICIONES EXTREMADAMENTE ALCALINAS

La eliminación de desechos nucleares es muy complicada, con volúmenes muy grandes destinados a ser enterrados a gran profundidad. El mayor volumen de desechos radiactivos, corresponde a los del tipo catalogado como de nivel intermedio (ILW por sus siglas en inglés), que contienen grandes cantidades de material celulósico que deben ser encerrados en sarcófagos de hormigón antes de su almacenamiento en cámaras subterráneas especiales. Sin embargo, tarde o temprano, las aguas subterráneas acaban alcanzando estos materiales de desecho dando lugar a la predominancia de condiciones alcalinas donde se lleva acabo una serie de reacciones químicas que desencadenan la descomposición de los diversos materiales celulósicos presentes en estos desechos complejos.

Uno de los productos relacionados con estas actividades, el ácido isosacarínico, causa mucha preocupación porque puede reaccionar con una amplia gama de radionucleidos, elementos tóxicos e inestables que se constituyen durante la producción de energía nuclear y que dan forma al componente radiactivo del desecho nuclear. Si el ácido isosacarínico se enlaza químicamente a los radionucleidos, como por ejemplo, el uranio, entonces se vuelven mucho más solubles y aumenta la probabilidad de que fluyan fuera de las cámaras subterráneas, alcanzando acuíferos e incluso la superficie, con el consiguiente riesgo de que contaminen el agua potable o entren en la cadena alimentaria.

Se sabe de algunos microorganismos exóticos que son capaces de sobrevivir expuestos a elevadísimas dosis de radiactividad y que además realizan una actividad biogeoquímica que podría, potencialmente, ayudar a descontaminar lugares emponzoñados con desechos radiactivos, o a evitar que los residuos contaminantes se propaguen por el entorno. El hallazgo de una nueva bacteria de este tipo proyecta un rayo de esperanza sobre algunas de las cuestiones más punzantes de la problemática de los residuos nucleares.

El equipo de Jonathan Lloyd, de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, ha descubierto bacterias extremófilas especializadas, que pueden vivir bajo las condiciones alcalinas que podemos esperar encontrar en los desechos radiactivos recubiertos con cemento. Los organismos no solo están adaptados de forma soberbia a vivir en desechos cálcicos altamente alcalinos, sino que pueden usar el ácido isosacarínico como fuente de alimento y energía bajo condiciones virtualmente idénticas a aquellas que se estima que existen dentro de los cementerios nucleares para desechos de nivel intermedio o en sus alrededores. Por ejemplo, cuando no hay oxígeno, un escenario probable en cámaras subterráneas de almacenamiento, que ayude a estas bacterias a “respirar” y descomponer el ácido isosacarínico, estos simples microorganismos unicelulares son capaces de cambiar su metabolismo para respirar usando otras sustancias en el agua, como nitrato o hierro III.

Los procesos biológicos fascinantes que utilizan para mantenerse con vida bajo condiciones tan extremas están siendo estudiados todavía por el equipo de la Universidad de Manchester, así como los efectos de estabilización de estas modestas bacterias sobre los desechos radiactivos, y todo apunta a que esta línea de investigación será muy fructífera.

CIENTÍFICOS LOGRAN PRODUCIR COMBUSTIBLE FÓSIL RENOBABLE EN BACTERIAS MEDIANTE INGENIERÍA METABÓLICA

Investigadores han logrado modificar las bacterias intestinales E. coli para generar propano renovable. El desarrollo es un paso hacia la producción comercial de una fuente de combustible que algún día podría proporcionar una alternativa a los combustibles fósiles. 

El propano es una fuente atractiva de combustible limpio ya que tiene un mercado global existente en la actualidad. Ya es producido como un subproducto durante el procesamiento del gas natural y el refinamiento del petróleo, pero ambos son recursos finitos. En su forma actual constituye la mayor parte del LPG (gas licuado de petróleo), que se utiliza en muchas aplicaciones, desde calefacción a las estufas de camping y vehículos motorizados convencionales. 

En un nuevo estudio, el equipo de científicos del Imperial College de Londres y la Universidad de Turku en Finlandia utilizó Escherichia coli para interrumpir el proceso biológico que convierte los ácidos grasos en membranas celulares. Los investigadores utilizaron enzimas para canalizar los ácidos grasos hacia una vía biológica diferente, de modo que las bacterias hacen propano renovable listo para su uso en motores en lugar de membranas celulares. 

Su objetivo final es la inserción de este sistema de ingeniería metabótica en bacterias fotosintéticas, y así algún día convertir directamente la energía solar en combustible químico.

El Dr. Patrik Jones, del Departamento de Ciencias de la Vida del Imperial College de Londres, afirma que aunque esta investigación está en una etapa muy temprana, su estudio ofrece un método para la producción renovable de un combustible que antes sólo era accesible desde las reservas fósiles. Aunque los cientificos sólo han producido pequeñas cantidades hasta ahora, el combustible que han producido está listo para ser utilizado en un motor de inmediato. Esto abre posibilidades para la futura producción sostenible de combustibles renovables que en un principio podrían complementar, y posteriormente sustituir a los combustibles fósiles como el diesel, la gasolina, el gas natural y el combustible para aviones.

Los científicos eligieron como objetivo el propano, ya que puede escapar fácilmente de la célula como un gas, sin embargo, requiere pequeñas cantidades de energía para transformarse desde su estado gaseoso natural en un líquido fácil de transportar, almacenar y utilizar. 

EL Dr. Jones añade que los combustibles fósiles son un recurso finito y como la población sigue creciendo se va a tener que encontrar nuevas formas de satisfacer las crecientes demandas de energía. Por lo tanto, es un reto importante desarrollar un proceso renovable que sea barato y económicamente sustentable.

Por el momento las algas se pueden utilizar para hacer biodiesel, pero no es comercialmente viable pues la cosecha y el procesamiento requieren una gran cantidad de energía y dinero; por el contrario, el propano puede ser separado del proceso natural con un mínimo de energía.

Usando la E. coli como organismo huésped, los científicos interrumpieron el proceso biológico que convierte los ácidos grasos en membranas celulares. Al detener este proceso en una etapa temprana ellos pudieron  remover el ácido butírico, un compuesto con olor desagradable que es un precursor esencial para la producción de propano. 

Para interrumpir el proceso, los investigadores descubrieron una nueva variante de una enzima llamada tioesterasa que actúa específicamente sobre los ácidos grasos y las libera del proceso natural. Luego utilizaron una segunda enzima bacteriana, denominada CAR, para convertir el ácido butírico en butiraldehído. Finalmente, añadieron una enzima recientemente descubierta llamada ADO, conocida por crear hidrocarburos naturalmente , con el fin de formar propano. 

Los intentos anteriores de utilizar la enzima ADO han resultado decepcionantes, ya que los científicos han sido incapaces de aprovechar el poder natural de la enzima para crear un combustible más limpio. Pero los científicos del Imperial College descubrieron que mediante la estimulación de la ADO con electrones serían capaces de mejorar sustancialmente la capacidad catalítica de la enzima, y en última instancia producir propano. 

El nivel de propano que los científicos produjeron es en la actualidad mil veces menos de lo que sería necesario para convertirlo en un producto comercial, por lo que ahora están trabajando en el perfeccionamiento de su proceso de síntesis recientemente diseñado. El Dr. Jones indica que no tienen una comprensión completa de cómo exactamente se hacen las moléculas de combustible, por lo que ahora están tratando de averiguar exactamente cómo se desarrolla este proceso. Ël espera que en los próximos 5 a 10 años sean capaces de lograr procesos comercialmente viables que alimentarán de forma sostenible nuestra demanda energética.

UN PROMETEDORA NUEVA VACUNA SE MUESTRA COMO UN POTENTE INMUNIZADOR CONTRA LA TUBERCULOSIS Y LA LEPRA

En muchas partes del mundo, la lepra y la tuberculosis viven lado a lado. A nivel mundial hay aproximadamente 233.000 casos nuevos de lepra por año, con casi la totalidad de ellos ocurriendo donde la tuberculosis es endémica.

La vacuna centenaria BCG, disponible actualmente, ofrece sólo una protección parcial tanto contra la tuberculosis como contra la lepra, así que se necesita una vacuna más potente para combatir ambas enfermedades. La investigación dirigida por la UCLA puede que haya encontrado un arma más potente contra ambas enfermedades. 

Los investigadores encontraron que rBCG30, una variante recombinante de BCG que sobreexpresa una proteína muy abundante de 30kDa de la bacteria de la tuberculosis conocida como Antígeno 85B, es superior a la BCG en la protección contra la tuberculosis en modelos animales, y también ofrece una protección cruzada contra la lepra. Además, encontraron que reforzando rBCG30 con la proteína Antígeno 85B, una proteína expresada también por el bacilo de la lepra, proporciona una protección considerablemente más fuerte contra la lepra. 

El Dr. Marcus A. Horwitz, profesor de medicina y microbiología, inmunología y genética molecular, y el autor principal del estudio comenta que este es el primer estudio que demuestra que una vacuna mejorada contra la tuberculosis también ofrece protección cruzada contra Mycobacterium leprae, el agente causante de la lepra, lo que significa que esta vacuna es prometedora para una mejor protección contra dos importantes enfermedades al mismo tiempo. Agregó además que también es el primer estudio que demuestra que reforzando una vacuna BCG recombinante mejora aún más la protección cruzada contra la lepra. 

En un primer experimento, unos ratones fueron inmunizados o con la vacuna rBCG30 o con la vacuna BCG, o por el contrario se les dio una solución de sal. Diez semanas después, los ratones fueron inyectados con bacterias vivas de la lepra en las almohadillas de las patas y siete meses después de eso, se midió el número de bacterias de la lepra en en esa parte de las patas. Los investigadores encontraron que los ratones que recibieron BCG o rBCG30 tenían mucho menos bacterias de la lepra en sus almohadillas que los ratones que recibieron la solución salina. Además, los ratones inmunizados con rBCG30 tuvieron significativamente menos bacterias de la lepra que aquellos vacunados con BCG. 

En un segundo experimento, los ratones se inmunizaron primero con BCG o rBCG30, y luego inmunizados con una vacuna de refuerzo (r30) que consiste en la proteína Antígeno 85B de 30kDa de la bacteria de la tuberculosis en adyuvante, es decir, en una formulación química que aumenta la respuesta inmune. El grupo de ratones inmunizados con rBCG30 y reforzado con R30 no tenían bacterias de la lepra detectables en sus almohadillas, en contraste con los grupos de ratones inmunizados con todas las otras vacunas probadas, incluyendo BCG y rBCG30 a solas y BCG reforzado con r30.

En otros experimentos, se midieron las respuestas inmunes de los ratones después de la vacunación. Los ratones inmunizados con rBCG30 y reforzado con r30 habían mejorado notablemente la respuesta inmune a la versión del Antígeno 85B de la bacteria de la lepra (que es muy similar a la expresada por el bacilo de la tuberculosis) en comparación con los ratones inmunizados con las otras vacunas ycon las combinaciones de las mismas.

Un ensayo en humanos en Fase 1 para rBCG30 ha demostrado que es segura y significativamente más eficaz que la BCG, y es la única vacuna de reemplazo candidata para BCG probado hasta el momento para satisfacer ambos criterios clínicos clave. Sin embargo, Horwitz señaló que este estudio más reciente, con respecto a la lepra, se llevó a cabo en un modelo animal, por lo que se necesitan más estudios para evaluar la eficacia de la vacuna rBCG30 en la protección contra la lepra en humanos. El siguiente paso en la investigación será probar la eficacia de la vacuna rBCG30 contra la tuberculosis en humanos. Si es eficaz contra la tuberculosis, entonces el siguiente paso sería probar su eficacia contra la lepra.

PLANTEAN HACER USO DE BACTERIAS INTESTINALES GENÉTICAMENTE MODIFICADAS COMO PROBIÓTICOS PARA PREVENIR Y TRATAR LA OBESIDAD Y OTROS ENFERMEDADES CRÓNICAS

Investigadores de la Universidad de Vanderbilt, Estados Unidos, han descubierto bacterias que producen un compuesto terapéutico en el intestino que inhiben el aumento de peso, la resistencia a la insulina y otros efectos adversos de una dieta alta en grasa en ratones experimentales.

El investigador principal Sean Davies, Ph.D. y profesor adjunto de Farmacología, afirma que en esencia se ha evitado la mayoría de las consecuencias negativas de la obesidad en ratones, incluso aunque ellos hayan estado comiendo una dieta alta en grasas.

Ciertos temas reglamentarios deben ser abordados antes de pasar a estudios en humanos, pero los resultados sugieren que puede ser posible manipular las bacterias residentes en el intestino para tratar la obesidad y otras enfermedades crónicas.

Davies tiene un interés de largos años en usar bacterias probióticas (bacterias amigables como las de yogurt) para suministrar fármacos al intestino de una manera sostenida, con el fin de eliminar los regímenes diarios de medicamentos asociados a las enfermedades crónicas.

Otros estudios han demostrado que la microbiota natural del intestino juega un papel importante en la obesidad, la diabetes y en las enfermedades cardiovasculares, por lo que Davies y su equipo se preguntaron si se podría manipular la microbiota intestinal de una manera que promueva la salud y no implique riesgo de contraer enfermedades crónicas.

Para empezar, el equipo necesitaba una cepa bacteriana segura que coloniza el intestino humano. Ellos seleccionaron la cepa E. coli Nissle 1917, que ha sido utilizado como tratamiento probiótico para la diarrea desde su descubrimiento hace casi 100 años.

Ellos modificaron genéticamente la cepa de E. coli para producir un compuesto lipídico llamado NAPE, que normalmente se sintetiza en el intestino delgado en respuesta a la alimentación. El NAPE se convierte rápidamente en NAE, un compuesto que reduce tanto la ingesta de alimentos como el aumento de peso. Alguna evidencia sugiere que la producción de NAPE puede ser muy reducida en los individuos que comen una dieta alta en grasas.

Los investigadores añadieron las bacterias productoras de NAPE al agua de los ratones que comieron una dieta alta en grasas durante ocho semanas. Los ratones que recibieron las bacterias modificadas tenían una dramáticamente menor ingesta de alimentos, grasa corporal, resistencia a la insulina e hígado graso en comparación con los ratones que recibieron las bacterias de control.

Ellos encontraron que estos efectos protectores persistieron durante al menos cuatro semanas después de que las bacterias productoras de NAPE fueran removidas del agua. Incluso doce semanas después de retiradas las bacterias modificadas, los ratones tratados aún tenían un peso y grasa corporal mucho más bajo en comparación con los ratones de control. Las bacterias activas ya no persistieron después de unas seis semanas.

Como comentó Sean Davies, todavía no han logrado su objetivo final, el cual sería hacer un solo tratamiento para luego no tener que administrar bacterias nuevamente. Ellos consideran que se puede obtener suficientes bacterias para que persistan en el intestino y tengan un efecto sostenido, es decir, un efecto que dure más tiempo.

Sean Davies señaló además que su equipo también observó efectos de los compuestos en el hígado, lo que sugiere que puede ser posible usar bacterias modificadas para entregar agentes terapéuticos más allá del intestino.

Actualmente, los investigadores están trabajando en estrategias para abordar los temas reglamentarios relativas a la contención de las bacterias, por ejemplo, silenciando genes requeridos por los microorganismos para vivir fuera del huésped tratado.

ESTUDIAN UNA CIANOBACTERIA MARINA PARA LA PRODUCCIÓN MÁS ECONÓMICA Y EFICIENTE DE BIOCOMBUSTIBLES

En la búsqueda de fuentes renovables de energía, los sistemas que utilizan algas parecen ser una buena opción. Las algas pueden crecer con notable rapidez y en altas concentraciones en zonas que no son aptas para la agricultura; y a medida que crecen, acumulan grandes cantidades de lípidos, que son moléculas que contienen carbono que puede ser extraído y transformado en biogasóleo (biodiésel) y otros combustibles ricos en energía. Sin embargo, tras tres décadas de trabajo, no se ha conseguido producir biocombustibles a partir de algas de forma comercialmente viable, en parte debido a que los procesos necesarios para degradar las algas y capturar los lípidos son costosos y de alto consumo energético.
Durante los últimos 25 años, Sallie Chisholm, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, ha estado estudiando a las Prochlorococcus, uno de los tipos más abundantes de las cianobacterias marinas popularmente conocidas con nombres como "algas verdiazules", y capaces de realizar la fotosíntesis. Las bacterias Prochlorococcus poseen una cualidad singular: De entre todos los organismos que realizan la fotosíntesis, esta criatura unicelular es la más abundante y la más pequeña (mide menos de 1 micrómetro de diámetro). Es responsable del 10% de toda la fotosíntesis en la Tierra, y constituye la base de la cadena alimentaria oceánica. De entre todas las células fotosintéticas conocidas, la Prochlorococcus es la que tiene el genoma más pequeño. Tres mil millones de años de evolución han eliminado todo lo superfluo en su genoma, y ahora contiene justo lo necesario para crear biomasa a partir de dióxido de carbono y energía solar.
Tiene pues sentido tomar a este organismo como referencia y estudiarlo a fondo, a fin de vislumbrar formas idóneas de producir biogasóleo por vía microbiana y a partir de luz solar como fuente energética del proceso. Sobre todo, teniendo en cuenta que, tal como el equipo de Chisholm descubrió tiempo atrás, a medida que crece esta bacteria, produce y libera de forma natural vesículas extracelulares, paquetes esféricos ricos en sustancias grasas parecidas a las que hacen tan atractivas a las algas para el sector de los biocombustibles.

Las implicaciones de todo esto para el uso industrial, incluyendo la producción de biocombustibles, son significativas. A partir de tan solo luz solar, dióxido de carbono, y agua, la Prochlorococcus liberaría continuamente vesículas ricas en lípidos, las cuales podrían ser capturadas sin perturbar a las bacterias en crecimiento. Sería un enfoque mucho más productivo que los tradicionales, en los cuales se extraen lípidos directamente de las algas, en un proceso que requiere destruir un lote de células y comenzar con uno nuevo. Con la Prochlorococcus, el proceso sería de cultivo ininterrumpido.

La línea de investigación y desarrollo en la que trabaja el equipo de Chisholm y Steven Biller no va encaminada expresamente a crear una tecnología que permita recolectar las citadas vesículas en viveros de Prochlorococcus, ya que esas vesículas no son del tipo óptimo para fabricar biocombustibles. Pero debido a la sencillez de su genoma, es un buen modelo para hurgar en él y aprender a manejar los mecanismos que regulan la formación y emisión de vesículas y determinan su contenido. Una vez que los científicos conozcan bien cómo funciona, ese mecanismo podría llegar a ser usado en organismos más robustos y de rápido crecimiento, y se podría manipular el contenido de las vesículas.

LEVADURAS COMO FUENTES NATURALES DE COLORANTES PARA LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Los peces que comúnmente se conocen por su color rosado tienen su tonalidad típica gracias a que la industria dedicada a la acuicultura produce mediante técnicas químicas un pigmento que les otorga esa coloración. Diego Libkind, investigador adjunto del CONICET en el Instituto de Investigación en Biodiversidad y Medioambiente en Argentina, estudia microorganismos que crecen en los bosques de la Patagonia que producen naturalmente este compuesto.

Como explica Libkind, la especie de levaduras Phaffia rhodozyma es un hongo único dado que produce el pigmento astaxantina antes indicado. Esta levadura se está usando para añadirla, ya sea entera o procesada, en forma complementaria al alimento de las truchas y salmones de criadero para devolverles el color rosado que el consumidor siempre espera en el plato.

Según Lucía Inés Castellanos, investigadora principal del CONICET, la levadura no solo le aporta el color que el salmón o la trucha necesitan sino que además es fuente de proteínas y aminoácidos. En Argentina se consume anualmente 2500 toneladas de alimento para salmónidos y se espera que este volumen aumente exponencialmente los próximos años, siendo el insumo más caro el que se usa para darle color a los peces.

Hasta el momento a estos peces se les agrega el pigmento en el alimento balanceado de manera sintética, siendo uno de los insumos más caros en el mundo de la acuicultura (5000 USD el kilo). Actualmente, dice Libkind, hay una tendencia a nivel global de remplazarlo por otras fuentes naturales como la que ofrece este microorganismo.

Los investigadores aseguran que una variedad de estas levaduras ya se está explotando biotecnológicamente en algunos países, por lo que su trabajo consiste en describir la distribución natural mundial, incluyendo a la Patagonia Argentina.

Libkind asegura  que siempre se pensó en una única especie capaz de producir este pigmento y ahora él y muchos de sus colegas están abriendo el juego a una mayor diversidad genética y de especies gracias a los estudios realizados en el hemisferio sur.

Según la publicación que se realizó en conjunto con investigadores portugueses en la revista Molecular Ecology, se han descubierto al menos dos especies nuevas de levaduras productoras de astaxantina provenientes de Australia y Nueva Zelanda y poblaciones exclusivas del sur de la Argentina.

Asimismo, Libkind indica que la Patagonia y Australia, poseen muchas plantas, hongos y animales emparentados entre sí, por lo que no es extraño que se encuentren también microorganismos parecidos como es el caso de estas levaduras.

Según Lucas Maglio, Director del Departamento de Explotación de Recursos Acuáticos del CRUB UNCOMA, Argentina está planteando como estrategia orientar la producción acuícola a la certificación orgánica, ya que es la única herramienta de diferenciación con respecto a la producción de otros países de Latinoamérica.

CREAN UN BIOSENSOR PARA LA OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS DE BIORREFINERÍA INVOLUCRADOS EN DIFERENTES INDUSTRIAS

Un nuevo biosensor inventado en la Universidad de Columbia Británica (UBC) podría ayudar a optimizar los procesos de biorrefinería que producen combustibles, productos químicos y otros materiales. El mismo funciona mediante la detección de redes bacterianas naturales que están conectadas genéticamente para degradar la lignina de la madera.
La lignina actualmente obstaculiza los procesos de biorrefinería industrial. El microbiólogo de la UBC, Steven Hallam comenta que la naturaleza ya ha inventado procesos microbianos para degradar la lignina y que ellos, los investigadores, solo tenían que hacer el trabajo de detectives, y desarrollar el correcto juego de herramientas para aislar estos procesos de las comunidades microbianas que están de forma natural en los yacimientos de carbón.

Desarrollado por Hallam y su equipo, el biosensor realiza un screening de ADN a partir de muestras ambientales para aislar la maquinaria genética de degradación de la lignina codificado en los microbios residentes de las muestras.

Hallam indica además que las bacterias encontradas usan circuitos genéticos adaptativos para descomponer la lignina y que estos circuitos  pueden movilizarse en la naturaleza a través de la transferencia horizontal de genes. El biosensor y el screening permiten descubrir esta red genética, y luego optimizarlo en el laboratorio.

Cameron Strachan, otro investigador de la UBC, dice que se debe permanecer sensible a la complejidad de los procesos naturales que actúan sobre la lignina, sin embargo este proyecto ha desenterrado algunos principios básicos que permitirán explotar los procesos microbianos más rápidamente para cualquier número de aplicaciones de ingeniería.
El sensor, el screening y el sistema de circuitos geneticos adaptativos descubiertos por ellos, han sido autorizados a través de la University Industry Liaison Office. Además, una empresa derivada, guiada por el programa e@UBC, está buscando la forma de aumentar la escala de producción de esta tecnología.
La mayoría de los agentes utilizados en la biorrefineria estan basados en enzimas diseñadas a partir de hongos. En este caso, los investigadores de la UBC utilizaron el innovador screening a la fuente y arrays genéticos de las bacterias que habitan en los yacimientos de carbón. El biosensor reacciona a un conjunto de pequeñas moléculas que son el residuo del proceso de degradación natural de la lignina. Los investigadores suponieron que el carbón (madera antigua y biomasa vegetal depositada antes de la evolución de las vías de degradación de la lignina por hongos) podría contener rutas metabólicas bacterianas involucradas en el proceso de transformación.

AISLAN E IDENTIFICAN BACTERIAS LIXIVIADORAS PARA OPTIMIZAR LA EXTRACCIÓN DE COBRE EN LAS MINAS

Durante la extracción de cobre en las minas es común que se genere mineral de baja ley, el cual posee un contenido muy reducido de dicho metal y uno muy elevado de azufre. Los métodos tradicionales químicos para liberarlo tienen un costo elevado y un impacto negativo en el medio ambiente; sin embargo, científicos mexicanos han identificado bacterias capaces de realizar esa labor, a las cuales se les está sometiendo a un proceso genético con el fin de optimizar sus funciones.

El equipo científico responsable de tal hallazgo es liderado por el doctor Sergio Casas Flores, adscrito a la División de Biología Molecular del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICYT), quien comenta que el proyecto inició en el año 2009.

Un par de universidades mexicanas así como la Minera Grupo México se acercaron al equipo científico para que les ayuden a resolver algunos problemas en la Mina La Caridad, ubicada en Sonora. Asimismo, querían que se identificaran las bacterias responsables de la lixiviación, es decir, de liberar al cobre del mineral de baja ley (con escaso o nulo valor comercial) para tenerlo en su forma pura.

Las bacterias que encontraron en aquel lugar son endémicas de la minera e inofensivas para el ser humano. El siguiente paso consiste en rociar los microorganismos, literalmente, sobre el mineral de baja ley para que se instalen e inicien sus actividades metabólicas, es decir, utilicen el azufre como fuente de energía para liberar el cobre. Los cientificos quieren probar distintas cantidades de bacterias en terreros pilotos para ver cuál es la más adecuada para obtener la mayor cantidad del metal e incrementar el rendimiento.

Agrega que en dicho método, las bacterias realizan un proceso de óxido-reducción, lo que significa que mediante actividades enzimáticas ayudan al cobre a separarse de los minerales de baja ley.

Para identificar a los microorganismos biolixiviantes y potenciar sus funciones se realizaron estudios moleculares de muestras de los terreros de la mina. De acuerdo con el investigador, uno de ellos fue mediante la metagenómica, que consiste en aislar el ácido desoxirribonucleico (ADN) de las bacterias para identificar si eran capaces o no de contribuir en la lixiviación.

Por otra parte, también recurrieron a la metatrascriptómica, que consiste en extraer el ácido ribonucleico (ARN) de los microorganismos con la finalidad de conocer sus actividades fisiológicas y, de esta manera, realizar modificaciones genéticas para incrementar su capacidad de liberar cobre.

De acuerdo con el doctor Casas Flores, este proyecto va a tener impactos ecológicos importantes por tratarse de un procedimiento amigable ambientalmente, así como económicos para los productores de cobre al incrementar su rendimiento y abatir los costos de producción.

CREAN UN BIOINSECTICIDA A PARTIR DE MEZCLAS DE VIRUS PARA COMBATIR PLAGAS AGRÍCOLAS

Un grupo internacional de científicos desarrolló un bioinsecticida con resultados de gran impacto que han permitido enfrentar plagas en hortalizas y otras problemáticas en diversos cultivos.

El equipo científico, integrado por franceses y españoles, brindó solución a daños por plagas en hortalizas en el sur de España y las Islas Canarias. Se trata de un modelo de creación de virus que hasta el momento no ha encontrado similitud en el mundo, pues no se trata de ingeniería genética.

Trevor Williams, uno de los científicos, explica que hace unos años una primera patente fue otorgada por el desarrollo de un insecticida biológico solicitado por un cooperativo de productores del sur de España para el control de Spodopteras exigua, un insecto que puede atacar a más de 60 especies de plantas cultivadas pertenecientes a 23 familias botánicas.

El desarrollo del bioinsecticida se llevó a cabo cuando el doctor Williams era parte de la plantilla de científicos de El Colegio de la Frontera Sur, en México, y se obtuvo la patente en el año en que se integró al Instituto de Ecología A.C.(Inecol), 2007.

Los  científicos comentan que el sistema desarrollado ha funcionado muy bien. Ellos aislaron el virus en su ambiente, después los separaron en sus componentes genotipos y encontraron que pueden existir ocho, diez o más en cada aislado de virus; luego analizaron cada genotipo por separado y encontraron diferencias importantes en su patogenicidad, en su capacidad de producir virus en un nuevo huésped, y particularmente en su tiempo para matar.

Una vez separados todos estos genotipos naturales hicieron mezclas únicas de los mismos, que no existen en la naturaleza, y a partir de ellas lograron diseñar un insecticida que tiene un tiempo efectivo para matar al insecto; su propia patogenicidad se crea en base a las necesidades que se tengan.

Posteriormente, a través del trabajo de tesis de doctorado en España, se planeó la pregunta de que pasaría si en lugar de mezclar genotipos de virus se mezclaran virus de diferentes especies de insecto plaga. En un cultivo hay presentes varias plagas de orugas que lo afectan, entonces los investigadores pretendieron producir mezclas de virus de cada plaga para crear un insecticida que pueda controlar dos o tres plagas al mismo tiempo.

Trevor Williams indica que una vez solicitada la patente se han publicado los resultados del desarrollo y se ha observado que el modelo de producir los insecticidas de esta manera es único en el mundo. El científico indica además que este trabajo no es producto de ingeniería genética porque todos los genotipos son naturales no modificados; ellos los mezclaron en proporciones no naturales con el fin de producir el mejor insecticida posible.

MEJORAN LA CALIDAD DE LA CARNE BOVINA MEDIANTE EL USO DE MARCADORES MOLECULARES

Una de las actividades económicas más importantes en México es la producción de carne y para contribuir con la industria ganadera-bovina, especialistas del Instituto Politécnico Nacional (IPN) de ese país identificaron con marcadores de ADN qué poblaciones de la raza Charolais tienen diferencias en la frecuencia de alelos, que son genes asociados a una mayor calidad de carne en cuanto a la suavidad y el marmoleo, que es la grasa intramuscular de la misma.

La investigación que se lleva a cabo en el Centro de Biotecnología Genómica (CEBIOGEN) en Tamaulipas, a cargo de la doctora Ana María Sifuentes Rincón, se ha enfocado a la caracterización genética y molecular de diferentes razas de ganado bovino.

La especialista politécnica señala que su equipo busca herramientas que permitan a los productores de la región la selección del ganado e identificar los más productivos, que tengan mayor potencial genético y calidad de carne así como los ejemplares rentables para mejorar la raza.

Los marcadores moleculares sirven para identificar unas regiones en el genoma del bovino que se asocian con características de interés del ganado, y se emplean como herramientas de diagnóstico molecular a fin de identificar genes de calidad de la carne, predisposición a enfermedades genéticas y resistencia a enfermedades.

La investigadora politécnica agrega que dicha etapa de la investigación ya fue concluida en diferentes poblaciones de ganado Charolais de registro, las cuales fueron elegidas porque, de acuerdo con la cadena productiva que prevalece en el país, el mejoramiento genético empieza en razas puras y para rasgos complejos se centra en la calidad de la carne.

La doctora detalla que en la industria pecuaria, la identificación del objetivo de crianza es fundamental para el establecimiento de las estrategias de mejoramiento genético, la ganadería de carne y la calidad es fundamental ya que de ello depende la comercialización del producto. Como la calidad de la carne incluye las características sensoriales: suavidad, jugosidad, color, valor nutricional y rasgos sanitarios, es importante la aplicación de una estrategia que abarque cada una, dado que en ocasiones implica evaluar el ejemplar hasta su sacrificio.

Ante ello, gran parte de la aplicación de los estudios genómicos en ganado de carne se ha enfocado a la búsqueda de las regiones donde se obtenga el material genético de cuya variación pueda predecirse las características antes mencionadas. Y por medio de una prueba de ADN conocer el genotipo de cada animal, determinar si es portador de variaciones favorables o no.

La especialista del CEBIOGEN menciona que en estas poblaciones de ganado, el manejo asistido por marcadores funciona para determinar el potencial genético de los animales, y todos deben ser genotipificados.

En la actualidad en México se emplea el criterio de selección basado en características del crecimiento, pero no para la calidad y producción de carne. Ya se aplica la prueba de paternidad para identificar la consanguinidad de los sementales con las crías a fin de saber cuáles son los más productivos y seleccionarlos para las siguientes generaciones.

Además se puede identificar la salud del bovino y determinar cuáles ejemplares son portadores de enfermedades genéticas. Este trabajo también identificó qué pruebas permitirán predecir y qué ejemplar tiene el potencial de ser más o menos productivo.

DISEÑAN BACTERIAS MODIFICADAS GENÉTICAMENTE PARA LA CONVERSIÓN DIRECTA DE BIOMASA A BIOCOMBUSTIBLE

La promesa de los combustibles asequibles a partir de biomasa ha sido dejado perpetuamente en suspenso por los costos del proceso de conversión. Una nueva investigación de la Universidad de Georgia (UGA) ha superado este obstáculo que permite la conversión directa del pasto varilla (hierba nativa de Norteamérica) en combustible.

El estudio documenta la transformación directa de la biomasa en biocombustible sin tratamiento previo, utilizando la bacteria Caldicellulosiruptor bescii genéticamente modificada.

El pretratamiento de la materia prima de biomasa (cultivos no alimentarios como el mijo) consiste en romper las paredes celulares de la planta antes de la fermentación en etanol. Esta etapa de pretratamiento ha sido por mucho tiempo el cuello de botella económico que dificulta la producción de combustibles a partir de materias primas de biomasa lignocelulósica.

Janet Westpheling, profesora en el departamento de genética del Colegio Franklin de Artes y Ciencias, y su equipo de investigadores, miembros del Centro de Ciencias de la BioEnergía (BESC), tuvieron éxito en la modificación genética de la bacteria C. bescii para desensamblar la biomasa vegetal sin tratamiento previo.

Westpheling pasó dos años y medio en el desarrollo de métodos genéticos para la manipulación genética de la bacteria C. bescii  y que haga posible el trabajo actual. Ella afirma que la parte mas dificil de enseñar al microorganismo fue la de cómo desensamblar la biomasa.

El grupo de investigación de la UGA diseñó una ruta sintética en la bacteria, introduciendo genes de otra bacteria anaerobia que producen etanol, y construyeron una ruta en el microbio para producir etanol directamente.

Westpheling comenta que ahora, sin ningún tratamiento previo, se puede simplemente tomar el pasto varilla, molerlo, añadir un medio mínimo de sales de bajo costo, y obtener etanol. Este es el primer paso hacia un proceso industrial económicamente factible.

La recalcitrancia de la biomasa vegetal para la producción de combustibles evolucionó en las plantas durante millones de años, y es resultado de sus paredes celulares rígidas que han sido la clave de su supervivencia y el principal obstáculo para la producción de biocombustibles. El entender la base científica y en última instancia eliminar la recalcitrancia ha sido la misión central de los investigadores.

Paul Gilna, director del Centro de Ciencias de la BioEnergía (BESC), cometa que tomar un organismo prácticamente desconocido y sin caracterizar y utilizar técnicas de ingeniería para producir un biocombustible de elección en el plazo de unos pocos años es un logro científico imponente para el grupo de la Dr. Westpheling y para BESC.

Las bacterias Caldicellulosiruptor se han aislado alrededor del mundo, desde un manantial caliente en Rusia al Parque Nacional de Yellowstone en Estados Unidos. Westpheling explicó que muchos microbios en la naturaleza demuestran capacidades preciadas en la química y la biología, pero que desarrollar los sistemas genéticos para usarlos es el reto más importante. La biología de sistemas permite el diseño de rutas artificiales dentro de organismos que les permiten hacer cosas que ellos no pueden hacer de otra manera.

El etanol no es más que uno de los productos que se le puede enseñar a la bacteria a producir. Otros productos incluyen butanol e isobutanol, así como otros combustibles y productos químicos que utilizan la biomasa como una alternativa al petróleo.

AVANCES EN EL DESARROLLO DE UNA VACUNA CONTRA LA MALARIA MEDIANTE EL USO DE PARÁSITOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS

Investigadores de Seattle BioMed anunciaron que han desarrollado una nueva generación de parásitos genéticamente atenuados (GAP) que podrían constituir el camino hacia una vacuna altamente protectora contra la malaria.

La malaria es causada por parásitos Plasmodium que se transmiten a los humanos por la picadura de mosquitos. Aunque las medidas de control, tales como mosquiteros, se implementan cada vez más, no existe ninguna vacuna eficaz capaz de erradicar la enfermedad.

El trabajo de los investigadores describe el desarrollo de parásitos de la malaria genéticamente modificados que son debilitados por la remoción precisa de genes y diseñados para prevenir eficazmente que el parásito induzca una infección en los seres humanos. Estos parásitos atenuados genéticamente son incapaces de multiplicarse, pero están vivos y capaz de estimular eficazmente el sistema inmune para construir defensas que prevengan la infección patógena. Si bien las vacunas ha demostrado ser muy eficaz en la protección contra los virus y bacterias, estas siguen siendo un enfoque nuevo en la lucha contra los parásitos.

Stefan Kappe, Ph.D., autor y profesor correspondiente de Seattle BioMed afirma que si bien la vacunación con parásitos vivos atenuados es capaz de proporcionar una protección completa contra la infección de la malaria, es imperativo que se pueda inutilizar permanentemente el complejo parásito de la malaria de modo que no pueda causar la enfermedad, y en su lugar, preparar eficazmente el sistema inmunológico.

La cepa GAP de primera generación (Ver aqui) tenía dos genes extraídos del parásito, pero esta nueva técnica, desarrollada en colaboración con científicos del Instituto Walter y Eliza Hall, en Australia, elimina tres genes independientes asociados con la patogenicidad del parásito, derogando de manera efectiva su capacidad de establecer una infección en los seres humanos.

El siguiente paso es probar la seguridad y eficacia de este parásito atenuado en los ensayos clínicos de una manera muy eficiente. El Centro de Ensayos Clínicos de Seattle BioMed es uno de los cuatro centros en el mundo aprobado para probar con seguridad y eficacia nuevos tratamientos contra la malaria y vacunas en seres humanos mediante el modelo de exposición humana a la malaria.

UTILIZAN MICROALGAS DE AGUA DULCE PARA LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL DE FORMA MÁS EFICIENTE Y ECONÓMICA

La empresa biotecnológica Bioamin, en México, trabaja un proyecto para la obtención de biodiesel a partir de microalgas de agua dulce, que a diferencia de otras materias primas reduce costos de producción, es más eficiente energéticamente y genera menos efectos nocivos para el medio ambiente.

La gerente de investigación de Bioamin y especialista en química Yolanda Sánchez Salazar, explicó que para extraer el biodiesel, primero se someten las microalgas a un método de ultrasonido para provocar una reacción que rompa sus capas celulares y se libere el aceite que contiene ácidos grasos.

Una vez obtenido el aceite con los ácidos grasos se procede al método de transesterificación, que consiste en calentar el aceite hasta llegar a una temperatura de 70 grados centígrados, en ese momento se debe agregar una cantidad determinada de metanol o etanol, para obtener el biodiesel y la glicerina. Posteriormente, se realiza una decantación para separar estas dos sustancias, la glicerina obtenida puede tener un uso comercial que reditúe ganancias al proceso.

Con esta técnica se han logrado extraer dos litros de biodiesel por cada 15 kilogramos del cultivo de microalgas. Para comprobar la eficacia del combustible se utilizó en un vehículo y el resultado fue favorable ya que la emisión de contaminantes fue menor, y los emitidos se degradarán en tres meses.

La especialista en procesos químicos de Bioamin, explicó que producir este combustible con microalgas de agua dulce resulta más barato que hacerlo con sus símiles marinas, porque existe un gran volumen y pueden ser extraídas de lagos o ríos con mayor facilidad. De igual modo, dijo, que al no obtener el biodiesel de un cultivo agrícola, (como ocurre con la planta jatrofa), por ejemplo no se genera contaminación con solventes al realizar el proceso de extracción del aceite, y a la vez se reducen los costos.

Las microalgas dulces pertenecen al grupo de microorganismos fotosintéticos simples, condición que permite el rápido crecimiento celular, razón por la cual es más accesible obtener una mayor cantidad.

Debido a que las microalgas sólo requieren de la luz solar para sobrevivir, los químicos idearon adaptar en el laboratorio una especie de invernadero que permitiera almacenar y realizar los medios de cultivo de las microalgas, con el propósito de tener su propia reserva.

La empresa agrícola Bioamin, localizada en Coahuila, ha desarrollado hasta el momento el experimento a nivel laboratorio, y utilizó un fotobiorreactor, donde se depositan 15 kilogramos de medio de cultivo para obtener microalgas o biomasa que generan dos litros de biodiesel.

La gerente de Bioamin comentó que el proyecto es apoyado por el Fondo Mixto del Conacyt- Gobierno de Coahuila, y aún se sigue investigando para poder elevar la escala de producción y en futuro lograr comercializarla. La investigación fue apoyada la Universidad Autónoma de Coahuila con la participación de estudiantes de prácticas tutelares que fueron dirigidos por el químico Juan Genaro Osuna Alarcón.