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.

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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.

DESARROLLAN PAPATAS MODIFICADAS GENÉTICAMENTE RESISTENTES AL HONGO PHYTOPHTHORA INFESTANS

Científicos británicos han desarrollado unas patatas modificadas genéticamente que son resistentes a la plaga del hongo Phytophthora infestans, que se considera la mayor amenaza para el tubérculo. Este logro, que ha requerido tres años de estudio, necesita ahora la aprobación de la UE para que se pueda comercializar.

La Phytophthora infestans ha afectado a los agricultores a lo largo de generaciones y fue la responsable de la hambruna irlandesa de la década de 1840. Según explican los expertos, las patatas son especialmente vulnerables a este hongo, que aparece en zonas de gran humedad. La velocidad con la que esta infección se afianza y el impacto que causa son devastadores y pueden llegar a afectar a seis millones de toneladas de las patatas producidas en Reino Unido en un año.

Ante estas cifras, los investigadores del Centro John Innes y el Laboratorio Sainsbury comenzaron a buscar una solución agregando un gen a las patatas, de un pariente silvestre de América del Sur. A su juicio, el uso de técnicas para agregar genes extra fue crucial en el desarrollo de una planta resistente a la plaga.

Jonathan Jones, autor principal del estudio, señala que la cría de parientes silvestres es laboriosa y lenta, y para cuando un gen se introdujo con éxito en una variedad cultivada ya puede haber desarrollado la capacidad para superar la plaga.

En 2012, el tercer año de la prueba, todas las patatas no modificadas genéticamente se infectaron con el tizón tardío de agosto, mientras que los vegetales modificados permanecieron totalmente resistentes al final del experimento. Hubo también una diferencia en el rendimiento, con la nueva variedad se produjo el doble de cantidad de tubérculos.

Lo que los autores del trabajo no pueden comentar es el sabor de estas patatas, ya que se les prohibió comer la variedad transgénica. Sin embargo, aseguran que los nuevos genes no tienen por qué afectar al sabor.

Jones concluye que el balance será a favor de los agricultores. Puede que tengan que pagar más por la semilla, pero van a ahorrar en fungicida.

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 .

GENETISTAS CONSIGUEN AVANCES SIGNIFICATIVOS EN ÁLAMOS MODIFICADOS GENÉTICAMENTE

Genetistas forestales en la Universidad Estatal de Oregón (OSU) han creado álamos genéticamente modificados que crecen más rápido, tienen resistencia a las plagas de insectos y son capaces de mantener la expresión de los genes insertados durante al menos 14 años.

El avance podría ser especialmente útil en las industrias del papel y la pulpa, y en la industria emergente de los biocombustibles que podría basarse en las plantaciones de álamos híbridos.

Los investigadores afirman que el uso comercial de dichos árboles podría hacerse con álamos que también han sido modificados genéticamente para ser estériles por lo que sería improbable que sus características se propaguen a otros árboles.

El desarrollo de árboles masculinos estériles se ha demostrado en el campo. La esterilidad femenina aún no se ha realizado pero debería ser factible, dijeron. Sin embargo, no está claro si los organismos reguladores podrían permitir el uso de estos árboles, con la esterilidad como un factor clave para su mitigación.

Steven Strauss, un distinguido profesor de la biotecnología forestal en la OSU afirma que en términos del rendimiento de madera, salud y productividad de las plantaciones, estos árboles transgénicos podrían ser muy importantes, pues los experimentos de campo y la continua investigación mostraron resultados que superaron las expectativas.

Un estudio a gran escala con 402 árboles de nueve eventos de inserción rastreó el resultado de colocar el gen Cry3Aa en álamos híbridos. La primera fase se llevó a cabo en pruebas de campo entre 1998 y 2001, y en 14 años desde entonces, el estudio continuó en un "banco de clones" en la OSU para asegurar que las características valoradas fueran retenidas con la edad.

Todos los árboles fueron retirados o cortados a la edad de dos años antes de tener la edad suficiente para florecer y reproducirse, con el fin de evitar cualquier flujo de genes en poblaciones de árboles silvestres.

Con esta modificación genética, los árboles fueron capaces de producir una proteína insecticida que ayudó a protegerlos contra el ataque de insectos, pues estos pueden hacer que los árboles sean más vulnerables a otros problemas de salud. Este método ha demostrado ser eficaz como medida de control de plagas en otras especies de cultivos como el maíz y la soja, lo que resulta en una reducción sustancial en el uso de plaguicidas y una disminución de las pérdidas de cultivos.

Los álamos híbridos, que por lo general se cultivan en densas hileras en terreno llano, son especialmente vulnerables a las epidemias de insectos. La aplicación manual de plaguicidas es cara y son dirigidos a una amplia gama de insectos, en lugar de sólo a los insectos que atacan a los árboles.

Varios de los árboles transgénicos en este estudio también habían mejorado significativamente sus características de crecimiento. En comparación con los controles, los árboles transgénicos crecieron en promedio un 13% más después de dos temporadas de cultivo, y en el mejor de los casos, un 23%.

Algunos de los trabajos también usaron un clon de álamo tolerante a la sequía, otra ventaja en lo que puede ser un futuro clima más cálido y seco.

Los cultivos anuales como el algodón y el maíz ya se cultivan habitualmente como productos trangénicos con genes de resistencia a insectos. Los árboles, sin embargo, tienen que crecer y vivir por años antes de la cosecha y están sometidos a múltiples generaciones de ataques de plagas de insectos. Es por eso que la protección manipulada contra insectos puede ofrecer un mayor valor comercial, y, por lo tanto, las pruebas extendidas eran necesarias para demostrar que los genes de resistencia todavía se expresarían más de una década después de la siembra .

Según Strauss, algunos álamos híbridos genéticamente modificados ya se utilizan comercialmente en China, pero ninguno en los Estados Unidos. El uso de árboles transgénicos en los EE.UU. todavía se enfrenta a obstáculos regulatorios. Los organismos reguladores son propensos a requerir extensos estudios sobre el flujo de genes y sus efectos sobre los ecosistemas forestales, los cuales son difíciles de llevar a cabo.

Strauss aboga por la modificación de los genes de esterilidad entre los árboles como un mecanismo para controlar el flujo de genes, lo que unido a una mayor investigación ecológica podría ofrecer un camino socialmente aceptable para su despliegue comercial .

CIENTÍFICOS LOGRAN UN GRAN AVANCE PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE DIMINUTAS ALGAS MARINAS MEDIANTE SU MANIPULACIÓN GENÉTICA

Los investigadores de la Institución Scripps de Oceanografía en la Universidad de California en San Diego han desarrollado un método para mejorar en gran medida la producción de biocombustibles en pequeñas algas marinas.

En la búsqueda por disminuir la dependencia humana sobre el consumo tradicional de combustibles fósiles, y con ello el aumento de las concentraciones de dióxido de carbono y sus efectos perjudiciales sobre el medio ambiente, encontrar combustibles económicamente viables de fuentes biológicas ha sido difícil de alcanzar.

Un obstáculo importante en la investigación de biocombustibles de algas circunda la producción de aceites lipídicos, las moléculas de grasa que almacenan energía que puede ser producida para biocombustible. Una paradoja ha obstaculizado la producción de biocombustibles económicamente eficiente porque las algas producen los aceites deseados principalmente cuando se mueren de hambre. Sin embargo, si se limitan los nutrientes, no crecen bien. Con una dieta robusta las algas crecen bien, pero producen carbohidratos en lugar de los lípidos deseados para biocombustible.

En un avance significativo que elimina el obstáculo, Emily Trentacoste y sus colegas utilizaron una serie de datos de expresión genética (transcriptómica) para enfocarse a una enzima específica dentro de un grupo de algas microscópicas conocidas como diatomeas (Thalassiosira pseudonana). Mediante un "knock-down" por ingeniería metabólica de las enzimas reductoras de grasa, llamadas lipasas, los investigadores fueron capaces de aumentar los lípidos sin comprometer el crecimiento. Las cepas genéticamente alteradas que desarrollaron, dicen los investigadores, podrían ser producidas ampliamente en otras especies.
Emily Trentacoste afirma que estos resultados demuestran que las manipulaciones metabólicas específicas pueden utilizarse para aumentar la acumulación de moléculas relevantes para combustible sin efectos negativos sobre el crecimiento, demostrándose que la ingeniería en esta vía es un enfoque único y práctico para aumentar los rendimientos de lípidos.
Además de reducir el costo de la producción de biocombustibles por el aumento del contenido lipídico, el nuevo método ha llevado a avances en la velocidad de producción de biocombustible a partir de algas debido al proceso de selección eficaz utilizado en el nuevo estudio.
El mantenimiento de altas tasas de crecimiento y la acumulación de alta biomasa es imprescindible para la producción de biocombustibles de algas a grandes escalas económicas, señalan los autores.

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.

DISEÑAN LEVADURA CON UN AUMENTO EN SU PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE MEDIANTE LA INSERCIÓN DE UN CONJUNTO DE GENES BACTERIANOS

Científicos informaron que han diseñado levaduras para consumir ácido acético, un subproducto no deseado del proceso de conversión de hojas, tallos y otros tejidos de las plantas, en biocombustibles. La innovación aumenta el rendimiento de etanol a partir de fuentes lignocelulósicas en aproximadamente un 10 por ciento.

La lignocelulosa es el material fibroso que compone los tejidos estructurales de las plantas. Es una de las más abundantes materias primas en el planeta y, ya que es rico en carbono es una fuente atractiva de biomasa renovable para la producción de biocombustibles.

La levadura Saccharomyces cerevisiae es buena en la fermentación de azúcares simples (tales como aquellas encontradas en los granos de maíz y caña de azúcar) para producir etanol. Pero persuadir a la levadura para que se den un festín de tallos y hojas de las plantas no es tan fácil. Hacerlo a escala industrial requiere una serie de medidas costosas, uno de los cuales consiste en separar la hemicelulosa, un componente clave de la lignocelulosa.

El profesor Yong-Su Jin de la Universidad de Illinois, quien dirigió la investigación, junto con Jamie Cate de la Universitdad de California en Berkeley, afirman que si se descompone la hemicelulosa, se obtiene xilosa y ácido acético. Entonces es posible diseñar levaduras para fermentar la xilosa. Sin embargo , el ácido acético es un compuesto tóxico que mata a la levadura. Esto es uno de los mayores problemas en la producción de etanol celulósico.

En un estudio anterior, se diseñó una S. cerevisiae para consumir de manera más eficiente la xilosa. Esto mejoró la producción de etanol, pero el proceso generó un exceso de NADH, una molécula de transferencia de electrones que es parte de la circulación energética de todas las células. La acumulación de ácido acético también mató a gran parte de la levadura.

Después de discutir el problema con Jin, Cate tuvo una idea, tal vez el equipo podría inducir a la levadura a consumir el ácido acético. Ese proceso también podría utilizar el excedente de NADH a partir del metabolismo de la xilosa.

Mediante la revisión de estudios anteriores, la investigadora postdoctoral Na Wei descubrió que otro organismo, una bacteria, podría consumir ácido acético. Ella identificó las enzimas que catalizaban este proceso y vio que uno de ellos no sólo convierte el ácido acético en etanol, sino también utilizaría el excedente de NADH a partir del metabolismo de la xilosa.

Sin embargo, el equipo no estaba preparado para empezar a poner los genes en la levadura. Primero tuvieron que determinar si sus esfuerzos eran propensos a tener éxito. Uno de los problemas que identifica Cate con la levadura, es que ha evolucionado para hacer una cosa muy bien y cuando se inicia la adición de estos nuevos genes en lo que ya está establecido, no es obvio que va a trabajar en adelante.

Para tener una mejor idea de la viabilidad de la idea, el estudiante graduado Josh Quaterman utilizó simulaciones por ordenador para ver cómo la adición de los nuevos genes al repertorio metabólico de la levadura afectaría la producción de etanol. Sus cálculos indican que la vía que Wei había identificado impulsaría la producción de etanol.

A continuación, Wei hizo el laborioso trabajo de la inserción de los genes deseables en la levadura, un proceso que tomó varios meses. Cuando se probó la levadura, vio que produce un 10% más etanol que antes, de acuerdo con cálculos de Quaterman. En otros experimentos , ella demostró que la nueva levadura estaba, de hecho, haciendo algo del etanol a partir del acetato.

El profesor Jin considera que el avance ayudará a aquellos quienes se centran en otras etapas del proceso de producción de biocombustibles. Además, los genetistas y los que participan en el pretratamiento puede dejar de preocuparse por encontrar formas de eliminar el ácido acético a partir de lignocelulosa.

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.