En el Laboratorio de Bioingenier\u00eda de la Universidad de Colima (Ucol) crean biopl\u00e1stico para usarlo en la industria biom\u00e9dica a partir de bacterias modificadas mediante ingenier\u00eda metab\u00f3lica, que no presentan caracter\u00edsticas pat\u00f3genas.<\/p>\n
La doctora en bioqu\u00edmica, egresada de la Universidad Nacional Aut\u00f3noma de M\u00e9xico (UNAM), Sara Centeno Leija, del\u00a0Programa de C\u00e1tedras\u00a0del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda (Conacyt), se\u00f1al\u00f3 que el proyecto originalmente proven\u00eda de bacterias del g\u00e9nero\u00a0Pseudomonas, que fueron aisladas de aguas residuales. Dicho g\u00e9nero posee una ruta metab\u00f3lica muy bien definida para la s\u00edntesis de polihidroxialcanoatos, que es el nombre gen\u00e9rico de biopl\u00e1sticos bacterianos.<\/p>\n
Centeno Leija ha realizado varios trabajos relacionados con la bios\u00edntesis de biopl\u00e1sticos en colaboraci\u00f3n con el Instituto de Biotecnolog\u00eda de la UNAM. Espec\u00edficamente ha utilizado la ingenier\u00eda metab\u00f3lica para modificar la bacteria\u00a0Escherichia coli\u00a0para sobreproducir polihidroxibutirato, que es un biopl\u00e1stico biodegradable que compite con los derivados de petr\u00f3leo y que actualmente es muy utilizado a nivel industrial. Dada la experiencia, la doctora Centeno se vincul\u00f3 con este proyecto que se desarrolla en el Laboratorio de Bioingenier\u00eda de la Ucol, colaborando con la doctora en biolog\u00eda molecular Pilar Escalante Minakata.<\/p>\n
Centeno Leija indic\u00f3 que en la ruta metab\u00f3lica de las\u00a0Pseudomonaspodr\u00edan estar vinculados 15 genes y generalmente se usan \u00e1cidos grasos u otro tipo de \u00e1cidos org\u00e1nicos para generar los pl\u00e1sticos. Sin embargo, existe una ruta m\u00e1s directa proveniente del g\u00e9nero\u00a0Ralstonia\u00a0o\u00a0Azotobacter\u00a0que utiliza az\u00facares simples, en el que se involucra el metabolismo primario de la bacteria y tres genes clave para la s\u00edntesis del pol\u00edmero.<\/p>\n
Reconoci\u00f3 que debido a que la ruta metab\u00f3lica de\u00a0Pseudomonas\u00a0est\u00e1 altamente regulada, resulta dif\u00edcil emular condiciones nativas en el laboratorio que permitan maximizar la producci\u00f3n de pl\u00e1sticos, por ello al realizar la ingenier\u00eda se evitan las regulaciones metab\u00f3licas y g\u00e9nicas, as\u00ed como trabajar con un organismo pat\u00f3geno.<\/p>\n
La especialista en ingenier\u00eda metab\u00f3lica afirm\u00f3 que extrayendo la secuencia de genes clave en\u00a0Pseudomonas\u00a0se puede transmitir a una bacteria que s\u00ed pueda ser utilizada a nivel biom\u00e9dico, es decir, que no sea pat\u00f3gena.<\/p>\n
\u201cActualmente estoy trabajando en esa ingenier\u00eda. Estamos aplicando t\u00e9cnicas moleculares a una cepa que es Escherichia coli, espec\u00edficamente la MG1655, que no es pat\u00f3gena y que es ampliamente usada en bioingenier\u00eda. Dado que es de crecimiento r\u00e1pido, f\u00e1cil cultivo y es factible insertar o eliminar genes para manipular rutas metab\u00f3licas, combinaremos los genes de la ruta directa con la ruta indirecta y los produciremos en\u00a0E. coli\u201d, detall\u00f3 la experta.<\/p>\n
Mencion\u00f3 que el estudiante de ciencias qu\u00edmicas de la Ucol, Luis \u00c1ngel Castillo D\u00e1valos, en su tesis\u00a0Producci\u00f3n heter\u00f3loga de polihidroxialcanoatos mediante el aislamiento y expresi\u00f3n del gen de la polihidroxialcanoato polimerasa phaC1 de una\u00a0Pseudomonadaceaeproveniente de la planta de tratamiento de aguas residuales del estado de Colima y Villa de \u00c1lvarez, investiga para dilucidar la secuencia del gen clave para la polimerizaci\u00f3n de este producto.<\/p>\n
\u201cYa hemos logrado aislar un fragmento del gen phaC1 de las\u00a0Pseudomonas\u00a0aisladas en la planta de tratamiento, el cual secuenciaremos para compararlo con algunas bases de datos y dise\u00f1ar oligonucle\u00f3tidos que nos permitan amplificarlo completamente\u201d, se\u00f1al\u00f3.<\/p>\n
Una vez que se conozca esta secuencia, en el Laboratorio de Bioingenier\u00eda se amplificar\u00e1 e insertar\u00e1 en una ruta troncal directa para la s\u00edntesis del pol\u00edmero en\u00a0Escherichia coliMG1655. Adem\u00e1s se realizar\u00e1 la caracterizaci\u00f3n del pol\u00edmero para conocer las propiedades fisicoqu\u00edmicas como temperatura de transici\u00f3n v\u00edtrea, fusi\u00f3n, cristalinidad, resistencia y biocompatibilidad, que son las que proporcionan un pol\u00edmero \u00fatil para la industria biom\u00e9dica.<\/p>\n
Esta investigaci\u00f3n tiene varias ventajas. En primer lugar se elimina la parte pat\u00f3gena del sistema y, en segundo lugar, se puede optimizar de una forma m\u00e1s directa la s\u00edntesis del pol\u00edmero, lo que permite obtener m\u00e1s de este producto de lo que se generar\u00eda en una cepa nativa y proporciona mejores rendimientos en la purificaci\u00f3n del pl\u00e1stico, disminuyendo los pasos para el proceso de s\u00edntesis para su aplicaci\u00f3n a nivel biom\u00e9dico.<\/p>\n
Otra de las ventajas de la cepa\u00a0Escherichia coli, que don\u00f3 la UNAM, es que puede usar los sustratos de manera vers\u00e1til. Por ejemplo, puede usar monosac\u00e1ridos, que son hidrolizados de ca\u00f1a de az\u00facar, tales como glucosa y fructosa.<\/p>\n
\u201cPara poder generar el biopl\u00e1stico, se podr\u00eda mejorar la cepa para utilizar los hidrolizados lignocelul\u00f3sicos, que son b\u00e1sicamente bagazo de ca\u00f1a o desperdicios agroindustriales, lo que disminuir\u00eda los costos de producci\u00f3n\u201d, asegur\u00f3 Centeno Leija.<\/p>\n
Colima es un estado agr\u00edcola en donde existen excedentes y desechos agroindustriales que son desperdiciados, los cuales podr\u00edan usarse en estas bacterias productoras de biopl\u00e1sticos para generar un gran rendimiento.<\/p>\n
En el Laboratorio de Bioingenier\u00eda colaboran investigadores en \u00e1reas multidisciplinarias, por eso desde el punto de ciencia b\u00e1sica se investigan nuevos genes para la s\u00edntesis de biopl\u00e1sticos, que es una gran familia de polihidroxialcanoatos, siendo uno de los m\u00e1s conocidos el polihidroxibutirato.<\/p>\n
\u201cEs probable que estos genes, que provienen de cepas nativas de un nicho ecol\u00f3gico espec\u00edfico, tengan caracter\u00edsticas a nivel de sitio activo, que podr\u00edan generar cadenas de pol\u00edmeros con distintos grados de polimerizaci\u00f3n o ramificaci\u00f3n y proporcionen caracter\u00edsticas fisicoqu\u00edmicas deseables para la industria\u201d, coment\u00f3 la experta en esta materia en entrevista con la Agencia Informativa Conacyt.<\/p>\n
De esta manera se exploran alternativas para producir polihidroxialcanoatos en diferentes ramas, adem\u00e1s de que se estudian otros mecanismos para producir rutas metab\u00f3licas h\u00edbridas, es decir, la combinaci\u00f3n de una ruta metab\u00f3lica indirecta de una bacteria nativa, la de\u00a0Pseudomonas, y una ruta directa que proviene de otros microorganismos \u2014Ralstonia\u00a0oAzotobacter\u2014 para conjuntarlas y depositarlas en otra bacteria completamente diferente, como la bacteria\u00a0Escherichia coli\u00a0MG1655. Esa es la labor de la ingenier\u00eda metab\u00f3lica, apoyada por la ingenier\u00eda gen\u00e9tica.<\/p>\n
Adem\u00e1s se podr\u00eda modificar a\u00fan m\u00e1s esta bacteria y adaptarla para utilizarla en aguas residuales para generar pol\u00edmeros que no sean para uso biom\u00e9dico, pero que tengan un valor agregado y se usen en bolsas para alimentos, contenedores, botellas y embalajes, entre otros; aunque el valor agregado biom\u00e9dico tiene mayor impacto porque es un producto que podr\u00eda utilizarse para la producci\u00f3n de pr\u00f3tesis biocompatibles.<\/p>\n
La doctora en biolog\u00eda molecular egresada del Instituto Potosino de Investigaci\u00f3n Cient\u00edfica y Tecnol\u00f3gica (Ipicyt), Pilar Escalante Minakata, se\u00f1al\u00f3 que la idea de buscar microorganismos en un planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR), con aplicaci\u00f3n en el tratamiento de aguas, para obtener un producto de valor agregado, surgi\u00f3 hace tres a\u00f1os.<\/p>\n
Puntualiz\u00f3 que uno de los objetivos de la investigaci\u00f3n es limpiar las aguas residuales, que es un problema ambiental, o aprovechar los residuos agroindustriales que genera el estado de Colima para obtener un producto que se pueda destinar a la biomedicina.<\/p>\n
\u201cBuscamos vincular el conocimiento en el \u00e1rea de bioingenier\u00eda con la problem\u00e1tica medioambiental que representan las aguas residuales y, al mismo tiempo, establecer una relaci\u00f3n con el campo del conocimiento del ingeniero civil. De ah\u00ed surgi\u00f3 la idea de trabajar con bacterias que vivieran o se encontraran de forma nativa en sistemas como las plantas de tratamiento de aguas residuales\u201d, explic\u00f3 la encargada del Laboratorio de Bioingenier\u00eda.<\/p>\n
La finalidad del proyecto era encontrar un organismo nativo que pudiera ser capaz de acumular biopl\u00e1sticos bajo condiciones de desbalance de nutrientes, para posteriormente regresarlo al proceso.<\/p>\n
En una primera etapa del proyecto, se realiz\u00f3 la b\u00fasqueda e identificaci\u00f3n molecular de microorganismos nativos que tuvieran la capacidad, es decir que contaran con la informaci\u00f3n necesaria en su genoma para la s\u00edntesis y acumulaci\u00f3n de los biopl\u00e1sticos. Posteriormente, en una segunda etapa, la incorporaci\u00f3n de dicho organismo nativo al mismo sistema, que ser\u00eda la planta de tratamiento de aguas residuales.<\/p>\n
\u201cEs un proceso en el que se busca la s\u00edntesis y acumulaci\u00f3n de biopl\u00e1sticos en microorganismos nativos de la PTAR, utilizando condiciones en el laboratorio de desbalance de nutrientes. En ese sentido el proyecto fue evolucionando, este fue el primer planteamiento hacia el problema\u201d, se\u00f1al\u00f3 Escalante Minakata.<\/p>\n
En esta etapa inicial se identificaron bacterias del grupo de\u00a0Pseudomonas, que tienen la capacidad de acumular los biopl\u00e1sticos como mecanismos de reserva energ\u00e9tica.<\/p>\n
Aunque es algo que ya hab\u00eda sido explorado, la importancia radicaba en regresar al proceso estos microorganismos para disminuir los costos de la planta de tratamiento de aguas residuales, al generar un producto de valor agregado. Adem\u00e1s de aprovechar y retirar una cantidad importante de s\u00f3lidos solubles y as\u00ed mejorar el proceso para optimizar la limpieza del agua.<\/p>\n
Detall\u00f3 que toda la biomasa que se recupera de la planta de tratamiento, que se separa de los reactores de los lodos activados, es desechada, por ello se propuso extraer biopl\u00e1stico de esta biomasa para darle un uso. Con ello, se resolver\u00eda un problema ambiental que persiste en las plantas de tratamiento de aguas residuales.<\/p>\n
Posterior al tratamiento primario, las aguas residuales todav\u00eda contienen gran concentraci\u00f3n de s\u00f3lidos solubles o s\u00f3lidos disueltos que se podr\u00edan utilizar como sustrato para las\u00a0Pseudomonas, proceso que deber\u00eda llevarse a cabo en un tanque adicional, esto debido a que se requiere de la recuperaci\u00f3n de la biomasa generada, pues es ah\u00ed donde se acumular\u00eda el biopl\u00e1stico. Finalmente, el agua contin\u00faa su proceso de clarificaci\u00f3n y sanitizaci\u00f3n.<\/p>\n
Esta investigaci\u00f3n titulada\u00a0Alternative sources of microorganisms capable of producing biodegradable polymers: Polyhydroxyalcanoates\u00a0se present\u00f3 en el 5th International Congress Food Science and Food Biotechnology in Developing Countries, and Food Safety, realizado en Puerto Vallarta en octubre de 2012, en donde fue reconocido con el primer lugar del premio Bioingenio patrocinado por Bioingenio Lifetech, el Departamento de Investigaci\u00f3n en Alimentos (DIA-Uadec) y la Asociaci\u00f3n Mexicana de Ciencias de los Alimentos A.C. (Ameca).<\/p>\n
Por \u00faltimo, Escalante Minakata reconoci\u00f3 el invaluable apoyo de los investigadores que pertenecen al Programa\u00a0C\u00e1tedras Conacyt\u00a0para llevar a cabo estos proyectos en el Laboratorio de Bioingenier\u00eda.<\/p>\n
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