DESCIFRAN NUEVO GENOMA DE BACTERIAS QUE APROVECHAN EL NITRÓGENO ATMOSFÉRICO PARA LA AGRICULTURA

Investigadores de la Estación Experimental del Zaidín (EEZ), en Granada, España, descifraron el genoma completo de una nueva estirpe de la bacteria Sinorhizobium meliloti, que interviene en la fijación del nitrógeno atmosférico para los cultivos leguminosos. 

En la información se destacó que conseguir la secuencia del genoma necesitó sólo de la intervención de cinco investigadores de la EEZ a diferencia de lo que sucedía hace algunos años, cuando eran necesarios grandes consorcios de investigación internacionales para llevar a cabo proyectos de esta envergadura.

Esta bacteria, perteneciente al género Sinorhizobium, es capaz de fijar el nitrógeno atmosférico posibilitando así la asimilación de éste por las plantas leguminosas con las que establece asociaciones simbióticas en la naturaleza, integra, entonces, un grupo más amplio de microorganismos fijadores de nitrógeno a los que se conoce colectivamente como rizobios y que están asociados a plantas leguminosas forrajeras de gran importancia agronómica.

De esta asociación mutualista, la leguminosa consigue un aporte de nitrógeno que favorece su desarrollo, obteniéndose una mayor producción en los cultivos. Además, un valor añadido de estas simbiosis es que evita la necesidad de utilizar abonos nitrogenados, ya que la bacteria se encarga de que la planta tenga el correcto aporte de nitrógeno, lo que supone un gran ahorro económico en la agricultura y se evita el deterioro ambiental que causa el uso de fertilizantes químicos.

El especialista Francisco Martínez-Abarca explicó que el estudio funcional de este genoma permitirá profundizar en las bases genéticomoleculares que rigen el establecimiento de las simbiosis mutualistas entre los rizobios y las leguminosas así como la optimización de la explotación biotecnológica de estas interacciones de tanta importancia para la sostenibilidad del planeta.

CREAN BIORREACTOR PARA CREAR MEMBRANAS ARTIFICIALES QUE SUSTITUYEN LA PIEL

Luego de varios años, los integrantes del Grupo de Trabajo en Ingeniería de Tejidos (GIT)  de la Universidad Nacional de Colombia, lograron fabricar una versión local de un biorreactor spinner que recrea las condiciones óptimas para el cultivo a gran escala de membranas artificiales.

Este es un equipo que ofrece unas condiciones ambientales de aislamiento que permiten cultivar fibroblastos, las células propias de tejidos conectivos del cuerpo (epidermis, dermis y cartílagos, etc.). El aparato puede funcionar sin utilizar una incubadora, como tradicionalmente sucede.

Los investigadores cultivan células y soportes de colágeno (superficie donde crecen los fibroblastos) para crear sustitutos que restauren las funciones que hayan perdido seres humanos o animales. Estos resultan de gran utilidad para reemplazar tejidos dañados cuya cicatrización natural es difícil. 

El reto es obtener productos sanos, sin daños en el patrón cromosómico. Para eso, se debe propiciar una eficaz división celular (mitosis) en el laboratorio, tal como sucede en un ser vivo. Este es un punto crucial, pues una inadecuada manipulación del material puede originar fallas que lo inhabilitarían para ser usado en humanos. 

“Tratamos de hacer por fuera lo que la naturaleza ha hecho tan bien. Trabajamos con mucosa oral y úlceras, pero siempre habíamos estado limitados por los equipos. Ahora, con los nuevos desarrollos del laboratorio, modificamos las condiciones y podemos producir tejido a gran escala”, asegura Martha Fontanilla, doctora en Ciencias Biomédicas y líder del GIT. Y es que, en la actualidad, uno de los desafíos más urgentes de la Ingeniería de Tejidos es cultivarlos en grandes volúmenes, para beneficiar a una mayor cantidad de personas.

Los procesos bioquímicos y biológicos que se desencadenan gracias a la acción del biorreactor se encuentran controlados y permiten elaborar tejidos artificiales con características superiores a las de los cultivos estáticos (por ejemplo, una incubadora celular). Así, se desarrollan soportes grandes, un ambiente mejor controlado y una mayor área de cultivo.

Asimismo, el equipo permite el crecimiento de células de fibroblastos en mallas de colágeno. Y, a través de agitación continua, efectúa una distribución más adecuada de las sustancias utilizadas y una proliferación celular en condiciones óptimas de esterilidad.

El cultivo de tejido conectivo artificial se hace mediante un sistema de dispersión de gas que facilita la transferencia de CO2 y O2 en el material en crecimiento, al tiempo que optimiza la aireación superficial. 

La profesora Fontanilla asegura que los biorreactores normales tienen una capacidad de cincuenta mililitros, pero resalta que en el laboratorio de la UN lograron desarrollarlo de tal manera que su capacidad es de dos litros y funciona fuera de la incubadora de CO2. 
La importancia de este desarrollo se evidencia en casos como el de los diabéticos, cuyas heridas no cicatrizan fácilmente porque no tienen suficiente oxígeno y cuyas condiciones pueden ser simuladas en el biorreactor. 

Además, el biorreactor determina los soportes y las células propicias para cada caso; como las que están involucradas en la señalización celular y en el cierre de heridas, que son las encargadas de dar las órdenes a otras células para que comiencen el proceso de cicatrización o de regeneración. 

Cada uno de los integrantes del GIT ha contribuido a perfeccionar el biorreactor. Gracias a su entrega, los resultados del grupo serán la base de partida para crear una empresa que está próxima a ponerse en marcha con el apoyo de Colciencias. De esta manera, se aprovechará la capacidad instalada del laboratorio, lo que hará más rentable el procedimiento, al producir una mayor cantidad de tejido para beneficiar a más personas. 

DESCUBREN UNA HABILIDAD OCULTA DE LAS BACTERIAS QUE PUEDE FACILITAR LAS TERAPIAS CON CÉLULAS MADRE

Investigadores de la Universidad de Edimburgo (Reino Unido) han descubierto que las bacterias son capaces de cambiar la composición de las células nerviosas de forma que toman las propiedades de las células madre. Dado que las células madre pueden desarrollarse en cualquiera de los diferentes tipos de células que hay en el cuerpo, incluyendo el hígado y las células del cerebro, imitar este proceso podría ayudar a la investigación en una amplia gama de condiciones degenerativas.

Los científicos hicieron el descubrimiento estudiando las bacterias que causan la lepra, una enfermedad neurodegenerativa infecciosa. El estudio, llevado a cabo en ratones y publicado en 'Cell', encontró que en las etapas tempranas de la infección, las bacterias fueron capaces de protegerse del sistema inmunológico del cuerpo escondiéndose en las células nerviosas, conocidas como células de Schwann o células gliales, y cuando la infección se estableció completamente, las bacterias fueron capaces de convertir las células nerviosas en células madre.

Al igual que las células madre normales, estas células eran pluripotentes, lo que significa que podrían convertirse en otros tipos de células, por ejemplo células musculares, lo que permitió a las bacterias propagarse por los tejidos del cuerpo, explican los investigadores. Además, las células madre generadas por bacterias también pueden secretar proteínas especializadas, llamadas quimiocinas, que atraen a las células inmunes, que a su vez recogen las bacterias y la propagación de la infección.

Los científicos creen que estos mecanismos, utilizados por las bacterias de la lepra, podría existir en otras enfermedades infecciosas. El conocimiento de esta táctica recientemente descubierta que utilizan las bacterias para propagar la infección podría ayudar a la investigación para mejorar los tratamientos y el diagnóstico precoz de las enfermedades infecciosas.

"Hemos encontrado una nueva arma en el arsenal de una bacteria que le permite difundirse de manera efectiva en el cuerpo mediante la conversión de las células infectadas a las células madre. Una mayor comprensión de cómo ocurre esto podría ayudar a la investigación para el diagnóstico más temprano de enfermedades infecciosas bacterianas, como la lepra", explica el director de la investigación, Anura Rambukkana, del Centro de Medicina Regenerativa de la Universidad de Edimburgo.

En la investigación se demostró que cuando una persona infectada de células de Schwann se reprograma para convertirlas como células madre, pierde la función de las células de Schwann para proteger las células nerviosas, que transmiten señales al cerebro, lo que lleva a dañar los nervios.

Según Rambukkana esto es muy interesante, ya que es la primera vez que se ve que las células del tejido funcional adultas pueden ser reprogramadas en células madre por una infección bacteriana natural, que además no conlleva el riesgo de crear células tumorales. Entonces potencialmente se podrían utilizar las bacterias para modificar la flexibilidad de las células, convirtiéndolas en células madre y luego utilizar los antibióticos estándar para matar las bacterias completamente de modo que las células puedan ser trasplantadas de forma segura al tejido que ha sido dañado por una enfermedad degenerativa.

MICROALGAS COMO FUENTE DE ENERGÍA PARA EDIFICIOS FUTURISTAS

Ingenieros franceses que trabajan en Nanterre tienen en mente utilizar microalgas para proveer energía a edificios futuristas. Para ello han empleado primero las aguas residuales domésticas en un proceso simple:

Estas aguas residuales son diluidas con el fin de que una serie de microorganismos (microalgas) puedan asimilar la contaminación, es decir, metabolizar los compuestos contaminantes, y así permitir su reproducción. Acto seguido se separan las microalgas, del producto metabólico (aceite). El aceite puede transformarse en carburante para que su energía pueda transformarse en calor o en electricidad, por ejemplo fuente de energía para una lámpara.

Para materializar esa idea, han instalado sobre el tejado de un edificio fotobioreactores fabricados con unos tubos transparentes por los que circula el carburante y que permiten a las microalgas reproducirse a una velocidad excepcional.

El proceso de separación se realiza mediante el empleo de un novedoso sistema electromagnético que permite separar el agua de las algas reemplazando el proceso de centrifugado tradicional que requería una gran cantidad de energía.

El carburante recuperado tiene el mismo valor energético que el carbón. Y el agua reciclada, la misma calidad que el agua de lluvia.

Este sistema de tratamiento de aguas residuales puede producir hasta el 80% de la energía que necesita un edificio, y la mejor noticia es que no contamina, ya que no produce ni un gramo de dióxido de carbono.

INGENIERÍA DE COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS CON CIANOBACTERIAS

Anne Ruffing científica estadounidense y colaboradores han diseñado dos cepas de cianobacterias para producir ácidos grasos libres, un precursor de los combustibles líquidos, pero también se ha encontrado que el proceso reduce el potencial de producción de las microalgas.

El combustible de microalgas podría ser una forma de reducir la dependencia de Estados Unidos respecto de la energía extranjera. Tales combustibles serían renovables, ya que son alimentados por la luz solar, podrían reducir las emisiones de dióxido de carbono ya que utilizan la fotosíntesis, y también podrían crear puestos de trabajo en una nueva industria.

Ella ha estado estudiando la conversión directa de dióxido de carbono en biocombustibles por parte de organismos fotosintéticos (Synechococcus elongatus PCC 7942). Ruffing considera a sus estudios como la prueba que demuestra que la producción y excreción de ácidos grasos libres (FFA) es posible mediante la modificación de cianobacterias . Ella quiere identificar los mejores hidrocarburos necesarios para la producción de combustible, la cepa que funcione como mejor modelo para la ingeniería genética, así como los genes necesarios para mejorar la producción de FFA.
Se está usando cianobacterias porque son más fáciles de manipular genéticamente que las algas eucariotas y porque las cianobacterias pueden ser modificadas para crear una variedad de combustibles objetivo. Cianobacterias modificadas genéticamente excretan los FFA y permiten que el combustible sea recolectado sin cosechar las microalgas, en contraste con las algas eucarióticas, en el que la producción de combustible se produce dentro de la célula y por ende se requiere de una cosecha.

En general, así es como funciona el proceso de producción de biocombustible: las algas eucariotas crecen en un estanque a la densidad necesaria, entonces los productores deben deshacerse del agua, recoger las células y romper abrirlos para obtener el precursor dentro de combustible. Este precursor se aísla y purifica y a continuación se convierte químicamente en biodiesel. Las cianobacterias excretan el precursor de combustible fuera de la célula, por lo que en un proceso de separación se puede eliminar el producto sin matar las células. Entonces se elimina la necesidad de hacer crecer un nuevo lote de algas cada vez, se reduce el requerimiento de nitrógeno y fosfato y  además los costos. Sin embargo, los rendimientos actuales de las cepas modificadas son demasiado bajos para la producción a gran escala.

Mientras que otros esfuerzos de investigación se han centrado en las estrategias de ingeniería metabólica para aumentar la producción, Ruffing quiere identificar qué efectos fisiológicos limitan el crecimiento celular y la síntesis de ácidos grasos libres.

Las cepas que se diseñaron para la producción de ácidos grasos libres muestran una reducción en los rendimientos fotosintéticos, degradación de la clorofila a y cambios en los pigmentos captadores de luz. Se observó también muerte celular y menores tasas de crecimiento en general, y se sospecha que la toxicidad de los ácidos grasos libres insaturados y los cambios en la composición de la membrana son responsables.

Ahora se está observando qué genes están cambiando cuando las cianobacterias producen ácidos grasos. Ruffing está creando mutantes silenciando ciertos genes o introduciendo o sobreexpresando genes para ver cómo afectan estos a la célula y a la producción de ácidos grasos.

Los científicos están produciendo FFA de Synechococcus elongatus PCC 7942 y Synechococcus sp. PCC 7002, elegidos como organismos modelo que han sido estudiados durante varias décadas y para las que existen herramientas para manipular sus genes. Sin embargo, creen que es posible que haya una cepa natural por ahí que pueda ser una mejor opción para la producción de biocombustible, por lo que habrá una gran cantidad de exploración que hacer.