MICROORGANISMOS QUE PUEDEN DEGRADAR PLÁSTICOS DE POLIURETANO

Hace cinco años, los productos plásticos de poliuretano comprendían cerca de 3,5 millones de toneladas de todos los plásticos producidos en Europa. En la actualidad, este tipo de plástico sigue siendo usado en la fabricación de diversos productos que aprovechan su ligereza y sus propiedades aislantes y flexibles, desde refrigeradores y edificios hasta zapatos y muebles.  

Desafortunadamente, el poliuretano es difícil de reciclar o destruir dado que la mayoría de estos tipos de plásticos son polímeros termoendurecibles; es decir, no se derriten cuando se calientan. La mayoría de sus residuos terminan en vertederos  donde liberan químicos tóxicos al ambiente, algunos de los cuales son carcinogénicos.

El uso de microorganismos para degradar plásticos en un área de investigación en curso; sin embargo, pocos estudios se han focalizado en la biodegradación de poliuretanos. Ahora, un grupo de investigadores alemanes han identificado y caracterizado a una cepa bacteriana capaz de degradar algunos de los bloques químicos del poliuretano. Las bacterias pueden usar estos compuestos como la única fuente de carbono, nitrógeno y energía. Para los investigadores, esto descubrimiento representa un paso importante para la reutilización de productos a base de poliuretano.
La investigación es parte del programa científico P4SB ( Plastic waste to Plastic value using Pseudomonas putida Synthetic Biology), el cual esta intentando encontrar microorganismos útiles que puedan bioconvertir plásticos derivados del petróleo en plásticos totalmente biodegradables, y como su nombre lo indica, se ha enfocado principalmente en la Pseudomonas putida; por otro lado, aparte del poliuretano, el programa también esta probando la eficacia de los microorganismos para degradar plástico hecho de tereftalato de polietileno (PET), el cual es ampliamente usado en botellas plásticas.

Primero que todo, el equipo alemán se las ingenió para aislar una bacteria, la Pseudomonas sp. TDA1, de un sitio rico en residuos plásticos que muestra ser prometedora en atacar algunos de los enlaces químicos que conforman los plásticos de poliuretano.
Luego los investigadores realizaron un análisis genómico de la bacteria para identificar rutas bioquímicas de degradación. Ellos hicieron descubrimientos preliminares acerca de los factores que ayudan al microorganismo a metabolizar ciertos compuestos químicos en el plástico para la obtención de energía ademas de otros análisis y experimentos para entender las capacidades de la bacteria.
Esta cepa en particular es parte de un grupo de bacterias que se destacan por su tolerancia a compuestos orgánicos tóxicos y otras formas de estrés, muy característico de los microorganismos extremófilos al cual no pertenece.
El Dr. Hermann J. Heipieper, parte del equipo, indica que el primer paso de cualquier futura investigación en Pseudomonas sp. TDA1 será identificar los genes que codifican enzimas extracelulares capaces de degradar ciertos compuestos químicos en los poliuretanos basados en poliesteres. Las enzimas extracelulares, también llamadas exoenzimas, son proteínas secretadas al exterior de la célula y que causan la reacción bioquímica. 
Sin embargo, no hay un plan inmediato para emplear estas u otras enzimas en técnicas de biología sintética para la producción de bioplásticos, lo cual podria involucrar, por ejemplo, convertir genéticamente la bacteria en minifábricas capaces de transformar compuestos químicos derivados del petroleo en compuestos biodegradables amigables con el medio ambiente, desde aquí esperamos que esta idea sea abordada a la brevedad para combatir los problemas ambientales que nos aquejan en la actualidad.

MEDIANTE EL USO DE UN NUEVO CÓDIGO GENÉTICO RELACIONADO A AMINOÁCIDOS SINTÉTICOS, CIENTÍFICOS BUSCAN GENERALIZAR EL USO DE OGMs DE MANERA MAS SEGURA EN EL MEDIO AMBIENTE.

Científicos de la Universidad de Yale han ideado una manera de asegurarse de que los organismos modificados genéticamente (OGMs) puedan ser confinados de una manera segura en el medio ambiente, superando el principal obstáculo para el uso generalizado de los OMGs en la agricultura, la producción de energía, la gestión de residuos, y la medicina.

Los investigadores de la Universidad de Yale reescribieron el ADN de una cepa bacteriana de modo que requiera la presencia de un aminoácido sintético especial que no existe en la naturaleza para activar los genes esenciales para el crecimiento. 

Farren Isaacs, profesor asistente en el Departamento de Biología Molecular, Celular y  del Desarrollo y en el Instituto de Biología de Sistemas en West Campus, y autor principal del artículo indica que esta es una mejora significativa de los alcances existentes en la biocontención de los OGMs y establece importantes salvaguardias para estos organismos en ambientes agrícolas, y más ampliamente, para su uso en la biorremediación ambiental e incluso en terapias médicas.

Isaacs, Jesse Rinehart, Alexis Rovner y demás colegas de Yale llaman a estas nuevas bacterias organismos genómicamente recodificados (OGRs) porque tienen un nuevo código genético ideado por el equipo de investigadores. El nuevo código permitió al equipo vincular el crecimiento de las bacterias a los aminoácidos sintéticos que no se encuentran en la naturaleza, estableciendo una salvaguardia importante que limita la propagación y la supervivencia de estos organismos en ambientes naturales.

En un segundo estudio, Isaacs, Ryan Gallagher, y Jaymin Patel diseñaron una estrategia de salvaguardias de múltiples capas que también limitan el crecimiento de los OGMs a ambientes que contienen un conjunto diferente de moléculas sintéticas. Este estudio describe un conjunto complementario de salvaguardias diferentes y portátiles capaces de asegurar una amplia gama de organismos.

Estos OGMs seguros mejorarán la eficiencia de este tipo de organismos manipulados, que ahora solo están siendo utilizados en sistemas cerrados, tales como la producción de productos farmacéuticos, combustibles y productos químicos nuevos. Las preocupaciones sobre el uso de OGMs en entornos abiertos, sin embargo, ha limitado su adopción en otras áreas.

Los autores también dicen que el nuevo código emparejado con aminoácidos artificiales permitirá a los científicos crear OGMs más seguros para su uso en sistemas abiertos, que incluyen la mejora de la producción de alimentos, probióticos diseñados para combatir una serie de enfermedades y microorganismos especializados que limpien los derrames de petróleo y vertederos.

Finalmente, el Sr. Isaacs comenta que a medida que la biología sintética conduce a la aparición de OGMs más sofisticados para hacer frente a los grandes desafíos mencionados, los científicos deben asumir un papel proactivo en el establecimiento de soluciones seguras y eficaces para la biotecnología, similares a aquellos quienes han trabajado para asegurar la Internet en la década de 1990.

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.

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.

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.

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.

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.

OBTIENEN BIOCOMBUSTIBLE PARA COHETES MEDIANTE LA MODIFICACIÓN GENÉTICA DE BACTERIAS E. COLI

Gracias a bacterias manipuladas genéticamente, se ha conseguido producir un biocombustible alternativo y lo bastante energético como para impulsar a un motor cohete.

La síntesis bacteriana de pineno abre nuevas y fascinantes perspectivas en el sector de los biocombustibles. El pineno es un hidrocarburo proveniente de los árboles que podría llevar a sustituir por alternativas sostenibles a combustibles de origen fósil y alta energía como el JP-10, un combustible usado en vehículos aeroespaciales, incluyendo misiles. Con las mejoras adecuadas en la eficiencia de su proceso de elaboración, el biocombustible podría facilitar incluso el desarrollo de una nueva generación de motores más potentes.

Al conseguir dotar de enzimas de árboles a las bacterias, el equipo de Stephen Sarria y Pamela Peralta-Yahya, del Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech), ubicado en la ciudad estadounidense de Atlanta, ha logrado multiplicar por seis la producción de pineno, en comparación con el nivel de producción alcanzado en investigaciones anteriores de bioingeniería.

Aunque será necesaria una mejora más drástica antes de que los dímeros de pineno puedan competir con el JP-10 elaborado a partir de petróleo, el equipo de Sarria y Peralta-Yahya cree que ha identificado los principales obstáculos a superar para alcanzar ese objetivo.

Mediante la estrategia de tomar colonias de bacterias E. coli modificadas genéticamente para producir pineno y colocarlas dentro de tubos de ensayo conteniendo glucosa, los investigadores han conseguido determinar qué combinaciones de enzimas producen con mayor eficiencia el hidrocarburo.Ellos obtuvieron 28mg/l mediante la mejor combinacion de la expresion  de tres enzimas pineno sintasas y tres enzimas geranil difosfato sintetasas.

Los combustibles con alta densidad de energía son importantes en aplicaciones en las que la reducción del peso del combustible es fundamental. La gasolina utilizada para los automóviles y el gasóleo utilizado principalmente en camiones contienen menos energía por litro que el JP-10.

EMPLEAN BACTERIAS MODIFICADAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ÉSTERES DE IMPORTANCIA INDUSTRIAL A PARTIR DE BIOMASA RENOVABLE

Desde una fragancia de flores que parece traída por la brisa matinal, hasta el aroma de arándanos a punto de ser comidos, los perfumes que se perciben en el laboratorio de Shota Atsumi del Departamento de Química en la Universidad de California en la ciudad estadounidense de Davis, parecen fáciles de identificar, pero su origen no es el que podríamos suponer. Ni flores, ni bayas, ni otras de las fuentes tradicionales de esas fragancias son el origen de los aromas elaborados en el laboratorio. Los artífices de los olores son nada más ni nada menos que bacterias, modificadas para que realicen trabajos químicos de perfumería.

Concretamente, estas bacterias producen ésteres, que son sustancias ampliamente usadas para colonias y aromatizantes, así como también en procesos químicos para elaborar pinturas, combustibles y otros productos.

Infinidad de sustancias químicas industriales derivan de combustibles fósiles. El equipo de Atsumi aspira a cambiar esta situación, desarrollando una vía, industrialmente útil, para elaborar productos equivalentes pero hechos a partir de recursos renovables.

Los ésteres son moléculas en las que dos cadenas de átomos de carbono están enlazados a través de un átomo de oxígeno. Están hechos químicamente por la reacción de un alcohol con un ácido orgánico. Pero la termodinámica de esta reacción significa que tiende a funcionar en sentido contrario; es más fácil descomponer un éster que formarlo.

Las células vivas pueden también fabricar ésteres. Por ejemplo, las levaduras producen pequeñas cantidades de ésteres que les dan sabores al vino y la cerveza, sin requerir altas temperaturas o condiciones muy especiales. En pocas palabras, la reacción es químicamente difícil pero biológicamente fácil.

La naturaleza utiliza una clase de enzimas llamadas alcohol acetiltransferasas para hacer ésteres a partir de moléculas de acil-coenzima A (acil-CoA). Cambiando la parte acil- de la acil-CoA que entra en la reacción, se cambia el tipo de éster que se produce.

Atsumi, el estudiante graduado Gabriel Rodríguez y el investigador postdoctoral Yohei Tashiro tomaron genes de las vías bioquímicas de las levaduras y los introdujeron en bacterias E. coli, un sistema de prueba fiable para la ingeniería genética. Mediante la modificación de la vía de acil-CoA, ellos pudieron manipular una mitad del éster a producir: mediante el ajuste de la vía que produce alcoholes en la célula; y por el cierre de otras potenciales vías, ellos pudieron ajustar la otra mitad. Por lo tanto, ellos fueron capaces de recoger un éster final producido por las bacterias.

La técnica, que ha sido patentada, abre posibilidades para la producción de muchos ésteres diferentes en sistemas biológicos.  El material de partida para las bacterias está basada en azúcares, que pueden proceder de la biomasa renovable. En última instancia, Atsumi espera diseñar estas vías químicas en las cianobacterias, organismos unicelulares que pueden atraer la energía directamente de la luz solar y el carbono de la atmósfera.

CIENTÍFICOS LATINOS PROPONEN DESCONTAMINAR SUELOS CON BACTERIAS FERMENTADORAS DE LECHE

Científicos de la Universidad Autónoma de Zacatecas en México (UAZ), en colaboración con expertos del Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos, en Argentina, buscan hacer uso de colonias de bacterias conocidas como Lactobacillus bulgaricus para recuperar suelos contaminados por agentes tóxicos, como metales pesados.

El doctor Cuauhtémoc Araujo Andrade, investigador de la Unidad Académica de Física de la UAZ, manifestó que la investigación busca aprovechar las propiedades que permiten que las Lactobacillus bulgaricus capturen a otras bacterias dañinas para impedir su actividad patógena en el organismo humano. Pero ahora se busca que esa cualidad sea aprovechada para que tales microorganismos capturen iones de metales pesados que contaminan suelos y aguas.

Araujo Andrade manifestó que la aportación de la UAZ consistió en emplear un novedoso método fotónico (basado en el uso de luz infrarroja) para obtener información acerca de cómo es que esas bacterias interaccionan con distintos tipos de iones metálicos, y así optimizar la biorremediación de los suelos. De esa forma, se determinó la eficacia de las Lactobacillus bulgaricus a fin de atrapar a los metales pesados y descontaminar diversos ecosistemas de manera biológica.

El investigador de la casa de estudios zacatecana manifestó que el empleo de Lactobacillus bulgaricus para la descontaminación de suelos representa una alternativa inocua, económica y natural, capaz de lograr la descontaminación de suelos en zonas mineras del país, o de aguas contaminadas cuya polución se origine por los desechos industriales.

Araujo Andrade agregó que gracias a la sinergia de la institución argentina y la UAZ, se ha documentado que uno de los factores más relevantes que permiten una óptima descontaminación del suelo se refiere al tamaño del radio de los iones contaminantes, ya que cuanto mayor sea éste en los metales hay más eficiencia en el secuestro iónico por parte de las bacterias.

Otro de los avances que permitirán emplear las Lactobacillus bulgaricus de manera más eficaz, reside en la observación de que algunas colonias de bacterias son más efectivas que otras para secuestrar metales, por ello, tales resultados podrían fungir como base en el objetivo de criar colonias específicas de esas bacterias en el objetivo de lograr la biorremediación.

AVANCES IMPORTANTES EN EL ENTENDIMIENTO DE LA SIMBIOSIS RHIZOBIUM-LEGUMINOSAS PARA SU FUTURA APLICACIÓN BIOTECNOLÓGICA

Es bien sabido que en los nódulos de las raíces de las leguminosas se encuentran bacterias, por lo general los miembros del género Rhizobium, que rompen el fuerte enlace triple entre las moléculas de nitrógeno en el aire y  vuelven a empaquetar los átomos de nitrógeno en compuestos químicos que la planta puede utilizar. A cambio, la planta suministra a las bacterias con la energía necesaria en forma de azúcar para dividir las moléculas de nitrógeno.

Las asociaciones leguminosas-rhizobium generan más nitrógeno para las plantas que todos los fertilizantes industriales utilizados en la actualidad, y proporcionan la cantidad adecuada de nitrógeno en el momento adecuado.

Por el contrario, la mayor parte del fertilizante sintético aplicado a los campos agrícolas se desperdicia, mojando el suelo y yendo hacia los cursos de agua o evaporándose a la atmósfera en forma de óxido nitroso, convirtiéndose en un riesgo ambiental y un riesgo para la salud.

Los agricultores ya pueden comprar biofertilizantes ricos en rhizobium para aumentar la formación de nódulos y mejorar la calidad del suelo sin fertilizantes sintéticos. Pero los científicos están comenzando a hablar de cultivar plantas de reingeniería para que, como las leguminosas, tengan los sistemas de fijación de nitrógeno, ya sea como nódulos en las raíces o en las propias células de la planta.

Para ello, los científicos necesitan entender los mecanismos biológicos de fijación de nitrógeno tan a fondo como un mecánico entiende las válvulas y pistones del motor de un coche. La diferencia es que la maquinaria biológica es demasiado pequeña para ser visible a simple vista.

La ciencia dio un paso más cerca a este objetivo hace poco, cuando un equipo de la Universidad de Washington en St. Louis elaboró ​​la estructura de una proteína llamada NolR que actúa como un interruptor maestro de apagado para el proceso de nodulación. Mediante la construcción de un modelo atómico exacto de la proteína, ellos fueron capaces de ver exactamente cómo reconoce y encaja éste en los genes para evitar que las bacterias se embarquen en una vida como simbionte.

El proceso de nodulación es muy raro. En primer lugar, las plantas y las bacterias  del suelo se involucran en un diálogo molecular para asegurarse de que son socios compatibles. La planta huésped libera un cóctel de sustancias químicas llamadas flavonoides que son percibidos por una proteína bacteriana llamada NodD, el cual activa los genes nod (de nodulación). Juntos, los genes nod expresan una molécula grande y compleja llamada factor nod.

El factor nod desencadena en la planta la facultad para que esta cree un circuito de infección, o un tubo a través del cual las bacterias se desplazan profundamente en la raíz , en donde están envueltos en una membrana que la planta ha sintetizado y secuestrado en vesículas dentro de las células de la corteza de la raíz de un nódulo. El metabolismo de estas bacterias e incluso su capacidad de reproducción están tan alterados que son como diferentes organismos, por ello son llamados bacteroides en lugar de bacterias.

Los científicos que trabajaron en la genética de la formación de nódulos en la década de los 80s y principios de los 90s, identificaron a NodD, un interruptor maestro de encendido para los genes nod, y a NolR, un interruptor maestro de apagado que actúa incluso en términos más generales, apagando los genes nod , NodD, y otros genes necesarios para la vida como un simbionte.
Segun Joseph Jez, PhD y profesor asociado de biología en Artes y Ciencias de la Universidad de Washington, las bacterias tienen la capacidad de activar un montón de genes para la nodulación y la simbiosis, pero es necesario mantenerlos apagados el tiempo en que son de vida libre y ese es el papel que cumple la proteína NolR.
El trabajo que llevan a cabo estos cientificos consiste en averiguar cómo se pliega la larga y filiforme molécula de proteína en sí misma para formar una maraña de hélices y cintas, y luego cómo la molécula plegada cabe en el ADN y se une con él.
Desafortunadamente, el plegamiento de las proteínas es un problema notoriamente difícil, uno aún más allá del alcance de los cálculos por ordenador. Así que la mayoría de las estructuras proteicas están siendo resueltas por cristalización de la proteína y luego irradiación del cristal con rayos X para localizar los átomos dentro de él.
Jez y luego Lee tomaron el reto de cristalizar la proteina NolR. Lee decidió empezar por el principio eligiendo una secuencia de ADN unida a NolR, ordenando ese corte de ADN, y luego tratando de cristalizar la mezcla de la proteína y el ADN juntos.
Esto debería haber sido más difícil que la cristalización de la proteína sola , pero, para su sorpresa, resultó ser más fácil. Los datos de baja resolución que Lee obtuvo del complejo proteína-ADN hizo más fácil para los científicos interpretar los datos de alta resolución de la proteína sola.
La proteína resultó tener lo que se llama un motivo hélice-giro-hélice que se encuentra comúnmente en las proteínas que se unen al ADN. La doble hélice de ADN tiene un surco mayor y surco menor que corren por la doble hélice como las roscas de un tornillo. Muchas proteínas que se unen al ADN  lo hacen a través del surco mayor más amplio.
El surco mayor es el que está abierto, y se puede ajustar una hélice de proteínas en ese surco. La naturaleza utiliza este dominio hélice-giro-hélice como una forma de posicionar las hélices en los surcos mayores. La proteína es un dímero, por lo que tiene dos hélices que están separadas perfectamente para ponerse una en cada uno de los dos surcos mayores consecutivos.
Para actuar como un interruptor maestro, la NolR tiene que ser capaz de reconocer y unirse a muchos genes diferentes. Es capaz de hacer eso porque cada uno de los genes lleva la misma secuencia de nucleótidos, llamada una secuencia de consenso, en algún lugar a lo largo de su longitud. En este caso, hay dos de tales secuencias en los surcos mayores consecutivos en todos los genes a los que NolR se une.
Los científicos están satisfechos con su progreso , pero sólo les ha hecho tener más ganas de cristalizar la otra proteína : el interruptor maestro de encendido, NodD.

DESCUBREN EN LA ANTÁRTIDA UNA BACTERIA CAPAZ DE INHIBIR LA TOXICIDAD DE UN METAL CONTAMINANTE

Bacterias aisladas en suelos de la Antártida son capaces de reducir casi en un 100% la presencia de la forma química de un tipo de metal que afecta algunos ecosistemas. El hallazgo, realizado por investigadores de Argentina y de Malasia, sienta las bases para el desarrollo de procesos de saneamiento de ambientes afectados por la actividad humana.

Los científicos hallaron que bacterias de la cepa Pseudomonas DRY1 inhibieron en un 95% el efecto contaminante del molibdato, un metal proveniente de la industria siderúrgica y asociado a otras actividades humanas como la minería, diversos procesos de catálisis industriales y a la inhibición de los procesos de corrosión, indicó el doctor Walter Mac Cormack, director del Departamento de Microbiología Ambiental y Ecofisiología del Instituto Antártico Argentino (IAA) y uno de los autores principales del estudio.

Las bacterias DRY1 fueron aisladas de suelo en el área de la base científica Carlini, en la Isla 25 de Mayo del archipiélago antártico de las Shetlands del Sur. Por eso, pueden crecer y actuar en condiciones extremas, como mínimas invernales de 22ºC bajo cero y máximas estivales que excepcionalmente alcanzan los 10ºC.

Mac Cormack explicó que además de la temperatura, estos suelos son extremos porque poseen muy bajos niveles de nutrientes, son muy secos y están altamente irradiados por rayos ultravioletas.La bacteria estudiada incorpora el molibdato y modifica su estado con una serie de enzimas reductasas.

Mac Cormack señaló que si se debe trabajar sobre aguas contaminadas, se pueden construir reactores con esa cepa bacteriana inmovilizada de modo que el agua fluya a través de esa matriz como una red. En el caso de la limpieza de suelos, existen otras alternativas que varían de acuerdo al tipo de contaminante, el mecanismo de acción de los microorganismos y las condiciones ambientales requeridas.