DESARROLLAN UN MÉTODO MAS EFICAZ PARA EL PROCESO DE TRANSFECCIÓN EN CÉLULAS

Investigadores del Instituto Politécnico de la Universidad de Nueva York (NYU-Poly) y el Colegio de Odontología de la Universidad de Nueva York (NYUCD) han desarrollado un método que es cinco veces más eficiente en la introducción de ADN en las células que los métodos comerciales de hoy. Este nuevo complejo es un híbrido péptido-polímero, montado a partir de dos vectores separados y menos eficaces que se utilizan para introducir ADN en las células.

Los hallazgos fueron el resultado de un proyecto de investigación colaborativo realizado por el Dr. Seiichi Yamano de la NYUCD y el Dr. Jin Montclare de la NYU - Poly. El resultado del estudio podría ayudar a los investigadores a comprender mejor la función de los genes y mejorar la terapia génica en última instancia.

Los vectores son esencialmente los vehículos que llevan el material genético dentro la célula. Los vectores no virales tales como los diseñados en este estudio se utilizan para la transfección (introducción de material genético extraño en una célula). Pero la transfección no es tan fácil, las células están preparadas para mantener moléculas extrañas fuera del núcleo. Incluso si el plásmido transportado logra penetrar la membrana celular, el citoplasma dentro de la célula tiene medidas de seguridad para detener cualquier molécula que quiera entrar en el núcleo.

Tradicionalmente, los científicos han diseñado virus para llevar a cabo la transfección, pero los virus son problemáticos porque las células que los reconocen como objetos extraños y desencadenan la respuesta inmune. La transfección por virus es extremadamente costosa y presenta numerosas dificultades para el procesamiento en masa. Por otro lado, los vectores no virales no activan el sistema inmune y se fabrican y modifican fácilmente para entregas seguras y más eficaces. Su inconveniente es que generalmente son efectivos sólo por cortos períodos en la transfección, así como otras formas de expresión génica.

Para este proyecto, Yamano y Montclare emparejaron una versión modificada del CPP VIH-1 (mTat) con PEI (un vector no viral particularmente eficaz para la entrega de oligonucleótidos). Al combinar mTat y PEI, se construyó un nuevo vector no viral, más eficaz que el mTat o el PEI individualmente. Ellos probaron su vector reactivo tanto in vitro (en placa Petri), así como por aproximadamente siete meses en un organismo vivo (in vivo).

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.

MEDIANTE EL COCULTIVO DE BACTERIAS DE DOS TIPOS DISTINTOS Y COMPLEMENTARIOS, CIENTÍFICOS LOGRAN GENERAN ELECTRICIDAD

Las células bacterianas usan una impresionante gama de estrategias para crecer, desarrollarse y mantenerse. A pesar de su pequeño tamaño, estas máquinas especializadas interactúan unas con otras en formas intrincadas.

En una nueva investigación llevada a cabo en el Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona, Jonathan Badalamenti, César Torres y Rosa Krajmalnik-Brown exploran las relaciones de dos formas bacterianas importantes, lo que demuestra su capacidad para producir electricidad mediante la coordinación de sus actividades metabólicas. El grupo demuestra que la bacteria del azufre Chlorobium sensible a la luz verde puede actuar en conjunto con la Geobacter, bacteria generadora de electricidad. El resultado es una forma de generación de electricidad con respuesta a la luz.

Badalamenti , autor principal del proyecto, afirma que la Geobacter no es sensible por sí mismo a la luz, porque no es un organismo fotosintético. Por el contrario, la Chlorobium  si es fotosintética e incapaz de llevar a cabo la forma de respiración necesaria para la producción de electricidad. Pero al poner estos dos organismos juntos, se obtiene tanto una respuesta a la luz y la capacidad para generar corriente.

Los electrones que la Geobacter adquiere de su compañera fotosintética Chlorobium se pueden medir y se recogen en forma de electricidad, usando un dispositivo conocido como celda de combustible microbiana (MFC por sus siglas en ingles), una especie de batería biológica.

Las celdas de combustible microbianas pueden algún día llegar a generar electricidad limpia de diversas corrientes de residuos orgánicos, simplemente mediante la explotación de las capacidades de transferencia de electrones de diversos microorganismos.

En este estudio, los investigadores exploran la posibilidad de aumentar la producción de electricidad en MFC mediante el examen de la función de respuesta a la luz de la Chlorobium. La configuración experimental resultante, en el que las bacterias sensibles a la luz juega un papel en la generación de energía, se conoce como celda fotoelectroquímica microbiana (MPC por sus siglas en ingles).
Los resultados experimentales del estudio sugieren el siguiente escenario: las bacterias Chlorobium recogen la energía de la luz con el fin de fijar el dióxido de carbono e impulsar su metabolismo. Durante las fases oscuras; sin embargo, las bacterias se sostienen cambiando la fotosíntesis por una fermentación oscura, utilizando la energía que han almacenado. Acetato se produce como un subproducto metabólico de esta fermentación en fase oscura.
Durante los períodos de oscuridad, la bacteria Geobacter gana electrones desde el acetato producido a través del metabolismo de la Chlorobium, transfiriéndolos al ánodo del MPC, produciendo de este modo corriente eléctrica. Cuando las dos comunidades bacterianas se ven obligadas a interactuar, quedaba claro que la Chlorobium estaba ayudando a alimentar a la Geobacter, de una manera sensible a la luz.
Los autores señalan que una de las ventajas atractivas de su estudio es que en vez de tener que medir los metabolitos o crecimiento celular ya sea microscopicamente o por medio de intermediarios químicos, el construir un sistema de cocultivo en el que una de las lecturas es la electricidad permite controlar el metabolismo en el sistema en tiempo real.
Otras cuestiones se referían a si la presencia de la Chlorobium puede proporcionar beneficios para la Geobacter en cultivos que ocurren naturalmente, no confinados en un MFC. En experimentos libres de ánodos el grupo demostró que la supervivencia misma de la Geobacter a falta de otras fuentes de electrones dependía de la presencia del acetato derivado de la Chlorobium.
Además de establecer un mecanismo para la generación de energía eléctrica sensible a la luz en un MFC o MPC, las investigaciones apuntan al potencial de estudios similares para esclarecer una serie de interacciones microbianas productoras de energía.