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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

INVESTIGADORES MODIFICAN GENÉTICAMENTE ÁRBOLES PARA HACER MAS FÁCIL LA PRODUCCIÓN DE PAPEL ENTRE OTROS BENEFICIOS

Investigadores han manipulado genéticamente árboles que serán más fáciles de descomponer para producir papel y biocombustible, un avance que supondrá el uso de menos productos químicos, menos energía y creación de menos contaminantes ambientales.

Uno de los mayores impedimentos para la industria de la  pulpa y el papel, así como la industria emergente de los biocombustibles es un polímero que se encuentra en la madera conocida como la lignina. La lignina constituye una parte sustancial de la pared celular de la mayoría de las plantas y es un impedimento para el procesamiento de la pulpa, del papel y de biocombustibles. Actualmente la lignina debe ser removida, un proceso que requiere significativamente de productos químicos y de energía, además de producir residuos indeseables.

Los investigadores utilizaron la ingeniería genética para modificar la lignina y hacerla más fácil de romper sin afectar negativamente a la fuerza del árbol. Shawn Mansfield, profesor de Ciencias de la Madera de la Universidad de Columbia Británica indica que están modificando los árboles para que sean procesados ​​con menor energía y menos productos químicos , y en última instancia recuperar más carbohidratos de la madera que en la actualidad.

Los investigadores habían intentado previamente hacer frente a este problema mediante la reducción de la cantidad de lignina en los árboles por supresión de genes, que a menudo resultó en árboles con retraso en el crecimiento o eran susceptibles al viento, la nieve, a las plagas y patógenos.

La estructura de la lignina naturalmente contiene enlaces éter que son difíciles de degradar. Los científicos utilizaron la ingeniería genética para introducir enlaces éster en la cadena principal de la lignina los cuales son más fáciles de descomponer químicamente.

La nueva técnica permite que la lignina pueda ser recuperada más eficazmente y usada en otras aplicaciones, tales como adhesivos, fibras de carbono y aditivos para pinturas.

La estrategia de modificación genética empleada en este estudio también podría utilizarse en otras plantas como los pastos los cuales podrían ser utilizados como un nuevo tipo de combustible que reemplace al petróleo.

La modificación genética de este tipo es un tema polémico, pero hay maneras de asegurar que los genes en cuestión no se diseminen al bosque. Estas técnicas incluyen cultivos bajo control lejos de bosques nativos, así la polinización cruzada no sea posible; introducción de genes para hacer solo árboles masculinos o femeninos o en su defecto, plantas estériles; y talar los árboles antes de que alcancen la madurez reproductiva.

En el futuro, los árboles modificados genéticamente podrían ser plantados como un cultivo agrícola, y no en los bosques nativos. El álamo es un cultivo con potencial energético para la industria de los biocombustibles debido a que el árbol crece rápidamente y en tierras agrícolas marginales. 

Por ultimo, Mansfield opina que nuestra sociedad es dependiente del petróleo  pues confiamos en el mismo recurso para todo, desde teléfonos inteligentes a la gasolina. Se tiene que diversificar y aliviar la presión de los combustibles fósiles. Árboles y plantas tienen un enorme potencial para contribuir carbono a nuestra sociedad.

DESCUBREN UNA BACTERIA QUE RESPIRA TOXINAS CON POTENCIAL APLICABILIDAD EN LA INDUSTRIA Y EN EL CUIDADO DEL MEDIO AMBIENTE

Enterradas profundamente en el lodo a lo largo de las orillas de un lago de agua salada cerca del Parque Nacional de Yosemite se encuentran colonias de bacterias con una propiedad inusual: respiran un metal tóxico para sobrevivir. Investigadores de la Universidad de Georgia descubrieron la bacteria en una reciente expedición al Lago Mono, en California, y sus experimentos con este organismo inusual demuestran que un día pueda convertirse en una herramienta útil para la industria y la protección del medio ambiente.

Las bacterias utilizan elementos que son notoriamente tóxicos para los humanos, tales como el antimonio y el arsénico, en lugar de oxígeno, una habilidad que les permite sobrevivir enterrados en el lodo de aguas termales en esta única cuenca salina.

Chris Abin, autor de un artículo que describe la investigación afirma que esta bacteria está particularmente encariñada con el arsénico, pero también utiliza otros elementos relacionados, ademá puede ser posible aprovechar estas habilidades naturales para hacer productos útiles a partir de diferentes elementos.

El antimonio es un metal ampliamente utilizado por numerosas industrias para fabricar plásticos, caucho vulcanizado, retardantes de llama y una serie de componentes electrónicos, incluyendo las celdas solares y LEDs. Para hacer estos productos, el antimonio debe ser convertido en trióxido de antimonio, y esta bacteria es capaz de producir dos tipos muy puros de  trióxido de antimonio cristalino perfectamente adecuado para la industria.

Los métodos químicos tradicionales utilizados para convertir mineral de antimonio en trióxido de antimonio pueden ser costosos, consume mucho tiempo y a menudo crean subproductos nocivos. Pero las bacterias descubiertas por los investigadores de UGA hacen trióxido de antimonio naturalmente como consecuencia de la respiración, creando un producto industrial útil sin crear subproductos nocivos o que requieren legiones de equipos especializados.

James Hollibaugh, principal investigador del proyecto indica que los cristales de trióxido de antimonio producidos por esta bacteria son muy superiores a aquellos actualmente producidos usando métodos químicos, pues ellos probaron sus cristales junto a los productos disponibles en el mercado, y los suyos son de calidad idéntica o superior.

Los investigadores creen que las industrias podrían mantener grandes cultivos de sus bacterias en simples tanques de almacenamiento, alimentarlo con antimonio oxidado y recoger los cristales de trióxido de antimonio. Después de recoger los cristales, los fabricantes sólo necesitarían alimentar más antimonio oxidado en los tanques para mantener el proceso predominantemente autosustentable en marcha.
Pero la utilidad de las bacterias no se limita a la refinación de antimonio. Posee un número de diferentes enzimas que les permiten utilizar otros elementos peligrosos que se acumulan en las aguas residuales cerca de minas o refinerías y constituyen una seria amenaza para los seres humanos y los animales. Por ejemplo, las bacterias son capaces de reducir otros contaminantes, incluyendo el selenio y el telurio. Las pruebas preliminares sugieren que las bacterias podrían utilizarse para eliminar estos contaminantes de las aguas residuales y proteger los ecosistemas circundantes. 
Según Hollibaugh, estas bacterias pueden ser utilizadas en una de dos maneras. Las bacterias podrían utilizarse simplemente para limpiar el agua, pero también podrían ayudar a los seres humanos a recuperar y reciclar los elementos valiosos del agua.De esta manera, el agua se mantiene limpia y la industria no pierde un recurso valioso.
Tanto Abin como Hollibaugh advierten que más investigación debe hacerse antes de que cualquiera de estas aplicaciones estén listas para implementarse. La UGA ha solicitado patentes para proteger estos procesos únicos, así como para la propia bacteria, y actualmente están probando la eficacia de las bacterias en diferentes ambientes y condiciones para descubrir cómo las bacterias reaccionan cuando son expuestos a una variedad de metales en forma simultánea. 
Gennaro Gama, gerente senior de licencias de tecnología en la UGA cree que esta tecnología representa una solución viable para muchos tipos de contaminación ambiental, pero también es útil para la producción de materias primas importantes, como el trióxido de antimonio, selenio y teluro elemental.

CONVIERTEN LEVADURAS EN PEQUEÑAS GRANDES FUENTES DE LÍPIDOS PARA BIOCOMBUSTIBLES MEDIANTE INGENIERÍA METABÓLICA

Investigadores de la Universidad de Texas han desarrollado una nueva fuente de energía renovable, un biocombustible, a partir de células de levaduras manipuladas genéticamente y de azúcar común de mesa. Esta levadura produce aceites y grasas, conocidas como lípidos, que se pueden utilizar en lugar de los productos derivados del petróleo.

El profesor adjunto Hal Alper, en el departamento McKetta de Ingeniería Química de la Escuela Cockrell, junto con su equipo de estudiantes, creó esta nueva plataforma basada en células. Dado que las células de levadura crecen en azúcares, Alper llama al biocombustible producido por este proceso " una versión renovable de crudo dulce".

La plataforma produce la mayor concentración de aceites y grasas reportados a través de la fermentación, el proceso de cultivo de células para convertir el azúcar en productos como el alcohol, gases o ácidos.

El equipo de investigación fue capaz de rehacer células de levadura para permitir que hasta el 90% de la masa celular se convierta en lípidos, que luego se pueden utilizar para la producción de biodiesel. El investigador afirma que este valor se está acercando a la concentración observada en muchos procesos bioquímicos industriales.

Dado que los materiales grasos son bloques de construcción para muchos productos de uso doméstico, este proceso podría ser utilizado para producir una variedad de productos hechos con petróleo o aceites. Los biocombustibles y productos químicos producidos a partir de organismos vivos representan una parte prometedora del mercado de la energía renovable. En general, se espera que el mercado mundial de biocombustibles se duplique durante los próximos años, al pasar de $ 82.7 mil millones en 2011 a $ 185.3 mil millones en 2021.

El biocombustible que los investigadores formularon es similar en composición al biodiesel de aceite de soja. Las ventajas del uso de las células de levadura para producir biodiesel de calidad comercial son que las células de levadura se pueden cultivar en cualquier parte, no compiten con los recursos de la tierra y son más fáciles de alterar genéticamente que otras fuentes de biocombustibles.

El equipo de investigadores tomó como inicio una cepa de la levadura Yarrowia lipolytica, y fueron capaces de convertirla en una fábrica de aceite a partir de azúcar. Al rehacer genéticamente la Yarrowia lipolytica, el Dr. Alper y su grupo de investigación han creado un biocatalizador casi comercial que produce altos niveles de aceites biológicos durante la fermentación de hidratos de carbono.

Hasta ahora, la producción de biocombustibles de alto nivel y aceites renovables ha sido una meta difícil de alcanzar, pero los investigadores creen que la producción de la industria a gran escala es posible con esta plataforma.

En un esfuerzo de ingeniería que abarca más de cuatro años, los investigadores modificaron genéticamente Yarrowia lipolytica mediante la eliminación y la sobreexpresión de los genes específicos que influyen en la producción de lípidos. Además , el equipo identificó condiciones de cultivo óptimas que difieren de las condiciones estándar. Los métodos tradicionales se basan en la ausencia de fuente nitrógeno para engañar a las células de levadura en el almacenamiento de grasa y materiales. La investigación de Alper proporciona un mecanismo para el crecimiento del contenido de lípidos sin falta de fuente de nitrógeno. 

La plataforma produce los más altos niveles de contenido lipídico creados hasta ahora usando una célula de levadura genéticamente modificada. Para comparar, otras plataformas basadas en levaduras producen un contenido lipídico que va del 50% al 80%. Sin embargo, estas plataformas alternativas no siempre producen los lípidos directamente del azúcar como esta tecnología lo hace.

Alper y su equipo continúan buscando formas de mejorar aún más los niveles de producción de lípidos y el desarrollo de nuevos productos que utilicen esta levadura modificada .

AUMENTAN LA PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS VALIOSOS EN CIANOBACTERIAS MEDIANTE LA MANIPULACIÓN GENÉTICA DE SU RELOJ BIOLÓGICO

Engañar el reloj biológico de las algas a permanecer en su franja temporal diurna puede aumentar dramáticamente la cantidad de compuestos valiosos que estas plantas marinas pueden producir cuando se cultivan bajo luz constante.

Esa es la conclusión de un experimento que encontró que cuando se detenían los relojes biológicos de las cianobacterias en su franja temporal diurna, la cantidad producida de varias biomoléculas aumentó hasta en un 700 por ciento en cultivo bajo luz constante.

Carl Johnson, profesor de Ciencias Biológicas en la Universidad de Vanderbilt ,afirma que mediante la manipulación de los genes del reloj biológico de cianobacterias se puede aumentar la producción de biomoléculas de gran valor comercial. En los últimos 10 años, él y sus colaboradores han descubierto la manera de detener los relojes circadianos en la mayoría de las especies de algas y en muchas plantas superiores, por lo que la técnica debe ser de aplicación general.

Parar el reloj biológico podría tener importantes beneficios económicos: Las microalgas se utilizan para una amplia variedad de aplicaciones comerciales que van desde medicamentos contra el cáncer a los cosméticos, bioplásticos, biocombustibles y nutracéuticos. Además, las empresas de biotecnología están actualmente irrumpiendo en establecer biofábricas que utilizan microorganismos para crear una amplia variedad de sustancias que son demasiado difíciles o costosas de sintetizar utilizando métodos químicos convencionales. Muchos de ellos se basan en los microorganismos con relojes biológicos.

En 2004, Johnson fue miembro del equipo que determinó la estructura molecular de una proteína del reloj circadiano por primera vez. El trabajo subsecuente determinó el mecanismo entero del reloj biológico en las cianobacterias, el más simple en la naturaleza. Los investigadores descubrieron que el reloj se componía de tres proteínas: KaiA, KaiB y KaiC. El conocimiento detallado de la estructura del reloj biológico les permitió determinar cómo encender y apagar el reloj. 

En este ultimo estudio, los investigadores descubrieron que dos componentes del reloj, KaiA y KaiC, actúan como interruptores que encienden y apagan los genes diurnos y nocturnos de la célula. Han llamado a esta regulación como "yin-yang ". Cuando KaiA se produce en grandes cantidades y KaiC en cantidades más pequeñas, el 95% de los genes de la célula que son activos durante el día están encendidos , y el 5% de los genes de la célula que funcionan durante la noche están desactivados. Sin embargo, cuando KaiC es aumentada y KaiA disminuida, entonces los genes diurnos se apagan y los genes nocturnos se encienden.

Como resultado de ello, el profesor Johnson piensa que todo lo que se tiene que hacer para bloquear el reloj biológico en su franja temporal diurna es regular genéticamente la expresión del gen KaiA, que es una simple manipulación genética en las cianobacterias.

Para ver qué efectos tiene esta capacidad en la habilidad de las bacterias para producir compuestos comercialmente importantes, los investigadores insertaron un gen de la insulina humana en algunas de las células de cianobacterias, un gen para una proteína fluorescente (luciferasa) en otras células y un gen para la hidrogenasa, una enzima que produce gas de hidrógeno, en otras. Ellos encontraron que las células con los relojes bloqueados producian 200% más de hidrogenasa, 500% más insulina y 700% más de luciferasa cuando se las cultivó bajo luz constante que cuando los genes se insertaron en las células con los relojes biologicos que funcionaban normalmente.

OBTIENEN NUEVOS METABOLITOS CON POSIBLES PROPIEDADES ANTIBIÓTICAS MEDIANTE LA MANIPULACIÓN GENÉTICA DE UN HONGO

Investigadores de la Universidad Estatal de Oregón (OSU) han descubierto que un gen en un hongo común actúa como un regulador maestro y eliminándolo se ha abierto el acceso a una gran cantidad de nuevos compuestos que nunca antes habían sido estudiados con el potencial para identificar nuevos antibióticos.

Los científicos lograron encender un interruptor genético que habría silenciado a más de 2.000 genes de este hongo, el patógeno de cereales Fusarium graminearum. Hasta ahora, esto ha evitado la producción de nuevos compuestos que pueden tener propiedades útiles sobre todo para el uso en la medicina y quizás también en la agricultura, la industria o en la producción de biocombustibles.

Michael Freitag , profesor asociado de bioquímica y biofísica en la Facultad de Ciencias de la OSU afirma que alrededor de un tercio del genoma de muchos hongos siempre ha estado silenciado en el laboratorio. Además, muchos hongos tienen propiedades antibacterianas y no fue casualidad que la penicilina fuera descubierta de un hongo, y que los genes de estos compuestos están por lo general en las zonas silenciosas de los genomas. El hallazgo debe abrir la puerta al estudio de docenas de nuevos compuestos, y probablemente se verá bioquímica que nunca se ha visto antes.

En el pasado, la búsqueda de nuevos antibióticos por lo general se realizaba cambiando el entorno en el que un hongo u otra forma de vida crecían, y ver si esos cambios generaban la formación de un compuesto con propiedades antibióticas.

El problema es que con los enfoques del pasado ya se ha encontrado la mayoría de los compuestos con propiedades antibióticas, y es por eso que se ha tenido que buscar en otros lugares como los respiraderos de aguas profundas o corales para encontrar algo nuevo. Ahora se puede realizar cambios en la expresión de todo el genoma de los hongos, y asi poder ver toda una nueva gama de compuestos que ni siquiera se sabía que existían.

El gen que se ha eliminado en este caso regula la metilación de las histonas, las proteínas alrededor de las cuales se enrolla el ADN. La creación de un mutante sin este gen por parte de los investigadores permitió la nueva expresión o sobreexpresión de alrededor del 25 por ciento del genoma de este hongo, y la formación de muchos metabolitos secundarios.

El gen que se ha eliminado, llamado kmt6, codifica un regulador principal que afecta a la expresión de cientos de vías genéticas. Se ha conservado a través de millones de años, en formas de vida tan diversas como plantas, hongos, moscas de la fruta y seres humanos.

El descubrimiento de nuevos antibióticos es cada vez más importante, dicen los investigadores, debido a que las bacterias, parásitos y hongos son cada vez más resistentes a los medicamentos más antiguos.

Este estudio abrirá la puerta a la futura ingeniería epigenética de grupos de genes que generan compuestos bioactivos, por ejemplo, micotoxinas putativas, antibióticos y materias primas industriales.

BACTERIAS GENÉTICAMENTE MODIFICADAS, POTENCIALES HERRAMIENTAS PARA LA PRODUCCIÓN DE AZÚCARES RAROS

La producción de azúcares raros ha sido muy costosa hasta ahora. Un estudio reciente de doctorado indica que su producción puede hacerse significativamente más eficiente con la ayuda de bacterias modificadas genéticamente. Esto reduce los precios y permite su uso más versátil en la medicina, por ejemplo.

La industria ya está haciendo uso de azúcares raros como edulcorantes bajos en calorías y como precursores de medicamentos anticancerígenos y antivirales. Sin embargo, su elevado coste ha impedido su investigación y  su uso: no es posible aislar cantidades significativas de azúcares raros directamente de la naturaleza, y por lo tanto su producción ha sido cara.

La eficiencia de la producción de azúcar se puede aumentar a través de la ingeniería genética. En su reciente tesis doctoral, Anne Usvalampi, estudió la producción microbiana de  tres azúcares raros: xilitol , L-xilulosa y L-xilosa con la ayuda de bacterias modificadas genéticamente.

Usvalampi afirma que han añadido algunos genes a las bacterias, por lo que producen las enzimas requeridas, y con su ayuda, los azúcares raros deseados. Los resultados fueron prometedores. La producción de xilitol fue considerablemente más eficiente que lo que previamente se ha logrado mediante el uso de bacterias, y la L-xilosa se ​​fabricó por primera vez sin grandes cantidades de subproductos. En comparación con la síntesis química, las bacterias demostraron ser significativamente mejores en la producción de L-xilulosa y L-xilosa.

Usvalampi y su grupo usaron como precursor la D-xilosa, que es una parte de la hemicelulosa que se puede extraer a partir de maderas duras. Este azúcar fue utilizado para la fabricación de xilitol con la ayuda de Lactococcus lactis, a la que el gen de la xilosa reductasa de la Pichia stipitis se le fue empalmado. A continuación, el xilitol se utiliza para producir L-xilulosa con Escherichia coli, a la que se le añadió el xilitol-4-deshidrogenasa de Pantoea ananatis. Por último, se utilizó L-xilulosa para producir L-xilosa con la ayuda de E. coli, en la que el gen L-fucosa isomerasa de la bacteria había sido sobreexpresado​​.

El xilitol es conocido por su efecto preventivo contra la caries, pero nuevos estudios indican que también es útil en la prevención de infecciones del oído en los niños. Anne Usvalampi cree que muchos nuevos usos se pueden encontrar para los azúcares raros, especialmente en la industria farmacéutica , una vez que sus precios puedan reducirse gracias a nuevos y más eficientes métodos de producción. Ya en la actualidad existe evidencia de que el azúcar rara manosa puede ser utilizado en el tratamiento de diversas infecciones y heridas.

DISEÑAN NUEVA VÍA METABÓLICA PARA CONVERTIR MAS EFICIENTEMENTE LOS AZÚCARES EN BIOCOMBUSTIBLES

Investigadores de la UCLA, en Estados Unidos, han creado una nueva vía metabólica sintética para descomponer la glucosa que podría conducir a un aumento del 50% en la producción de biocombustibles.

La nueva vía está destinada a sustituir la vía metabólica natural conocida como glucólisis, una serie de reacciones químicas que casi todos los organismos utilizan para convertir los azúcares en los precursores moleculares que las células necesitan. La glucólisis convierte cuatro de los seis átomos de carbono que se encuentran en la glucosa en moléculas de dos átomos de carbono conocidas como acetil-CoA, un precursor para los biocombustibles como el etanol y butanol, así como de los ácidos grasos, aminoácidos y productos farmacéuticos. Sin embargo, los dos carbonos de glucosa restantes se pierden como dióxido de carbono.

La glucólisis se utiliza actualmente en biorefinerias para convertir los azúcares derivados de la biomasa vegetal en biocombustibles, pero la pérdida de dos átomos de carbono por cada seis se considera como una obstáculo importante en la eficiencia del proceso. La vía glucolítica sintética del equipo de investigación de la UCLA convierte los seis átomos de carbono de la glucosa en tres moléculas de acetil-CoA sin que se pierdan en dióxido de carbono.

El investigador principal es James Liao, quien afirma que esta vía sintética resolvió una de las limitaciones más importantes en la producción de biocombustibles y biorrefinería: la pérdida de un tercio del carbono.

Esta ruta sintética utiliza enzimas que se encuentran en varias vías distintas en la naturaleza.

El equipo la probó por primera vez y confirmó que la nueva vía trabajaba in vitro. Luego, manipularon genéticamente a bacterias E.coli para utilizar la nueva vía metabólica y demostraron la conservación completa de los carbonos. Las moléculas de acetil-CoA resultantes se pueden utilizar para producir un compuesto químico deseado con una mayor eficiencia de carbono. Los investigadores llamaron a su nueva vía híbrida como "glucólisis no oxidativa" o NOG .

Los investigadores también observaron que esta nueva vía de síntesis podría ser utilizada con muchos otros tipos de azúcares, que en cada caso tienen diferentes números de átomos de carbono por molécula, y ningún carbono se desperdiciaría.

Igor Bogorad, uno estudiante graduado del laboratorio de Liao, afirma que para biorefinación, una mejora del 50% en el rendimiento sería un enorme aumento y el NOG puede ser una buena plataforma con diferentes azúcares para una conversión del 100% a acetil-CoA. Además prevee que NOG tendrá aplicaciones de amplio alcance y abrirá nuevas posibilidades debido a la manera en que podemos conservar el carbono.

Los investigadores también sugieren que esta nueva vía podría ser utilizada en la producción de biocombustibles utilizando microorganismos fotosintéticos.

CREAN BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DEL CO2 DEL AIRE USANDO MICROORGANISMOS MODIFICADOS GENÉTICAMENTE

El exceso de dióxido de carbono en nuestra atmósfera, creado por la quema indiscriminada de combustibles fósiles, es la mayor fuerza motriz del cambio climático global, e investigadores de todas partes del mundo están buscando afanosamente nuevas maneras de generar electricidad que liberen menos carbono al entorno.

Ahora, un grupo integrado por algunos de estos investigadores ha encontrado una forma de procesar el mismísimo dióxido de carbono atrapado en la atmósfera para transformarlo en productos industriales útiles, ayudando con esto a paliar la presencia excesiva de CO2 en la atmósfera. Su descubrimiento podría conducir en un futuro no muy lejano a la creación de biocombustibles mediante su elaboración directamente a partir del propio dióxido de carbono que está en el aire, y que es uno de los principales responsables de retener en la atmósfera la energía de los rayos del Sol, elevando de este modo las temperaturas globales en el fenómeno que se conoce como efecto invernadero.

Básicamente, lo que ha hecho el equipo de Michael Adams, del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular en la Universidad de Georgia, Athens, Estados Unidos, es obtener por manipulación genética un microorganismo que hace con el dióxido de carbono exactamente lo mismo que hacen las plantas: lo absorbe y genera productos útiles.

Durante el proceso de fotosíntesis, los vegetales usan la luz solar para procesar agua y dióxido de carbono con la finalidad de elaborar azúcares que las plantas usan luego para obtener energía utilizable por ellas. El ciclo cubre así necesidades parecidas a las que cubre el metabolismo de animales como el Ser Humano, quemando las calorías de la comida para obtener energía utilizable. Los vegetales también liberan dióxido de carbono, solo que en menor medida que el absorbido por la fotosíntesis, con un balance positivo para el medio ambiente, siempre que las temperaturas estén en un nivel aceptable para las plantas.

Con estos azúcares es factible elaborar biocombustible, fermentándolos para hacer etanol, pero ha resultado muy difícil extraerlos con la eficacia necesaria, pues se encuentran atrapados dentro de las complejas paredes de las células.

Este nuevo descubrimiento significa que es factible prescindir de las plantas como paso intermedio en ese largo ciclo de producción. Ahora es viable tomar el dióxido de carbono directamente de la atmósfera, a través de microorganismos que se pueden manejar mejor que los vegetales, y convertirlo en productos útiles como por ejemplo biocombustibles y otras sustancias químicas de interés industrial, sin tener que pasar por el ineficaz proceso de cultivar las plantas y extraer luego los azúcares de su biomasa.

El nuevo proceso es posible gracias a un microorganismo único llamado Pyrococcus furiosus, que se nutre de carbohidratos en las aguas muy calientes cercanas a las fumarolas hidrotermales del fondo del mar. Estas fumarolas expelen agua marina calentada volcánicamente desde el subsuelo.

Modificando el material genético de este organismo, Adams y sus colegas crearon un nuevo tipo de P. furiosus capaz de alimentarse a temperaturas mucho más bajas a partir del dióxido de carbono.

El equipo de investigación usó hidrógeno para crear en el microorganismo una reacción química que incorpora el dióxido de carbono al ácido 3-hidroxipropiónico, una sustancia química de interés industrial, comúnmente utilizada para fabricar acrílicos y muchos otros materiales y productos.

Con otras manipulaciones genéticas de esta nueva cepa de P. furiosus, Adams y sus colaboradores lograron crear una variante que genera otros productos de utilidad industrial, incluyendo biocombustibles, a partir del dióxido de carbono.

Cuando el biocombustible creado gracias al P. furiosus es quemado, se libera a la atmósfera la misma cantidad de dióxido de carbono que se extrajo de ella en el ciclo de elaboración, por lo que el balance neto de carbono es cero, convirtiéndolo en una alternativa renovable y sostenible, mucho más limpia que la gasolina, el carbón y otros combustibles ampliamente utilizados en nuestros días.

El equipo de Adams trabajará ahora en refinar el proceso, con miras a probarlo a mayor escala.