Biología sintética y la bacteria E. coli como una fábrica viva para la producción de biocombustibles

Por Francisco R. Villatoro, el 20 enero, 2012. Categoría(s): Biología • Bioquímica • Ciencia • Noticias • Science ✎ 9

Se ha publicado en Science un artículo que resuelve uno de los grandes problemas de la producción de etanol utilizando bacterias de fácil cultivo como Escherichia coli, la producción de alginato (un glúcido o hidrato de carbono) que no es digerido de forma natural por estas bacterias. Aprovechando que hay bacterias que sí son capaces de digerirlo, como las del género Vibrio, se ha incorporado un trozo (36 kilobases) del genoma de la bacteria V. splendidus en el genoma de la bacteria E. coli; esta labor de ingeniería genética ha introducido la ruta metabólica para digerir el alginato en E. coli, permitiendo su uso industrial en la producción de etanol a partir de algas marinas. El trabajo es muy prometedor y muchos medios se han hecho eco del mismo. Ya habrás leído la noticia: «bacterias transgénicas para producir biocombustible de las algas marinas» (Alicia Rivera, El País); o también «científicos del Bio Architecture Lab (EE.UU.) han modificado genéticamente la bacteria E. coli para que digiera los azúcares de las algas marrones y las convierta en etanol; así, las algas podrían ser una fuente rentable de energía» (Agencia SINC). El artículo técnico es Adam J. Wargacki et al., «An Engineered Microbial Platform for Direct Biofuel Production from Brown Macroalgae,» Science 335: 308-313, 20 January 2012.

Hay algo que se suele contar en estas noticias y que me gustaría destacar. Cuando en biología sintética se altera el genoma de una bacteria para que realice ciertas funciones (o implemente cierta ruta metabólica) con un objetivo industrial (o biomédico), normalmente, se utilizan bacterias muy primitivas porque en el metabolismo de células procariotas (como E. coli) o eucariotas (como las de levaduras) hay muchos efectos laterales y la introducción de una ruta metabólica nueva afecta a otras rutas existentes (muchas veces de maneras que los científicos no son capaces de predecir a priori). Estos efectos colaterales se tratan de eliminar, pero a veces los menos obvios son muy difíciles de descubrir y surgen cuando menos se lo espera uno. En el caso de este estudio, los investigadores no reportan ningún efecto lateral, lo que me hace sospechar, soy mal pensado por naturaleza, que o los han omitido con la intención de «no avisar a los revisores» de sus puntos flacos, o los desconocen porque no han realizado estudios específicos en suficiente profundidad. Por ello, por muy prometedor que pueda parece este avance, a mí me genera serias dudas. Espero equivocarme y que mis dudas estén infundadas, pero no le auguro un futuro muy prometedor a este interesante descubrimiento.



9 Comentarios

  1. No entiendo tus dudas Francis. La insulina se viene produciendo mediante biotecnología con E. coli desde los años 70 del siglo XX. También se producen por biotecnología la hormona del crecimiento humana, antibióticos etc.
    http://en.wikipedia.org/wiki/Insulin#Synthesis_2
    http://en.wikipedia.org/wiki/Growth_hormone_treatment#Recombinant_human_growth_hormone_.28rHGH.29
    http://en.wikipedia.org/wiki/Biotechnology#Pharmaceutical_products
    A mí me preocupa que esquilmen los mares para conseguir algas suficientes para alimentar a las bacterias, para producir etanol a escala industrial.

  2. Mas que los efectos secundarios lo que me preocupa es: ¿qué pasa si algunas de estas bacterias llegasen al mar? acaso ¿no comenzarian a comer algas y a contaminar con etanol el oceáno?
    (x_x)
    mientras mas sencillo sea la modificación genética historias tan fantásticas como Resident Evil (u otras apocalípticas) podrían ser muy probables…

  3. Hola Francis, tienes razón con tu comentario final. Los organismos vivos, aunque sean tan simples como una bacteria, tienen rutas metabólicas integradas: el producto de una reacción sirve como sustrato de otra. Pero creo que al transformar la bacteria con enzimas secretables, la mayor parte del proceso se lleva a cabo fuera del citoplasma, prácticamente lo que entra son pequeñas cadenas de azúcares que con ayuda de dos enzimas más entran a una ruta metabólica típica de la bacteria (la de Entner-Doudoroff).

    Creo que el efecto lateral sobre el fitness del organismo no es tan trágico. La inserción de genes y la expresión de enzimas ajenas no es malo para una bacteria, es más, lo hacen todo el tiempo naturalmente, por ejemplo: en nuestros intestinos, que es como un mercado negro de enzimas, donde las bacterias intercambian genes por doquier.

    El problema podría estar si estas pequeñas cadenas de alginato que entran al citoplasma interfieren con alguna otra ruta metabólica, compiten con otros sustratos o inhiben alguna enzima esencial. La vía ED es otra forma de fermentar azúcares atípicos o poco comunes, la diferencia puede ser que no es tan eficiente como la EMP (la glucólisis «común») porque produce un ATP en vez de dos. Esa energía de menos sí podría afectar a la bacteria transformada, pero como lo importante del trabajo no es el bienestar bacteria sino su rendimiento: cuando etanol nos produce por gramo de alga, y según lo que leí en el artículo es cerca del 80% del teórico, lo cual es muy bueno.

    Saludos,

  4. En la figura se ve que el plásmido pALG3 tiene las enzimas para la degradación secuencial de los alginatos (cuadro de la derecha) hasta monómeros de KDG (2-keto-3-deoxy-d-gluconic acid). El KDG entra en la ruta ED y rinde gliceraldehído-3-fosfato (que llega hasta piruvato por glucolisis), o directamente piruvato. El piruvato se fermenta a alcohol (puntito azul oscuro) pasando primero por acetaldehído (puntito azul claro).
    Básicamente lo que han hecho es conseguir convertir el polímero de alginato en KDG. Eso no lo hace Escherichia coli por sí misma, por lo cual han usado los genes de otra bacteria llamada Vibrio splendidus, que sí puede hacerlo. Una vez obtenido el KDG, éste es usado de forma normal por E. coli rindiendo etanol.

      1. Así es, esta bacteria desarrollada por ingeniería genética tiene esa ventaja. Resulta que otras bacterias diseñadas para fermentar el manitol (un azúcar importante presente también en algas), generaban muchos agentes reductores y se requería de un ambiente microaeróbico para neutralizarlos. Sin embargo, el oxígeno reduce el rendimiento de la fermentación, porque parte del sustrato entra a TCA, tal como mencionas. Esta bacteria requiere más agentes reductores para fermentar el alginato, y precisamente lo consigue de la fermentación del manitol. De esta manera se prescinde del ambiente microaeróbico y la bacteria mantiene un buen rendimiento de producción de etanol.

        Saludos.

  5. ¡Muchísimas gracias! Es un articulo demasiado interesante y me ha servido de base para un seminario que tengo en mi universidad, a demás de sus comentarios que me aclararon unas dudas acerca del metabolismo y cómo se ve afectado con su alteración.

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