Productos biosintéticos

Científicos de Alemania y Estados Unidos cuya labor ha sido financiada con fondos comunitarios han obtenido información nueva sobre el metabolismo bacteriano que nos acerca a la posibilidad de aprovechar microbios para la creación de productos biosintéticos. Los científicos emplearon modelos informáticos para calcular los cambios genéticos necesarios para que la bacteria Pseudomonas putida incrementara la producción de sintéticos naturales. Posteriormente, validaron sus hallazgos mediante experimentos laboratorio. Los resultados, que tienen consecuencias para la biotecnología médica, se han publicado en la revista PLOS Computational Biology.

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Este estudio fue financiado mediante el Sexto Programa Marco de la UE como parte de los proyectos Marine Genomics y PROBACTYS.

Según se lee en el artículo publicado: «Uno de los pilares de la biotecnología es la utilización de microorganismos para la producción eficiente de sustancias químicas y la eliminación de residuos nocivos.» La P. putida posee un metabolismo flexible que le permite vivir en muy diversos hábitats. Además, genera sustancias químicas y productos farmacéuticos y descompone residuos y toxinas. Esta bacteria fue elegida para el estudio por su «versatilidad metabólica, resistencia al estrés, docilidad para realizar modificaciones genéticas y gran potencial de cara a aplicaciones industriales y medioambientales».

Las cepas de la P. putida se emplean en la producción de numerosas sustancias químicas, y también en otros procesos. No obstante, la mayoría de aplicaciones basadas en Pseudomonas se encuentran en una fase primitiva de desarrollo, porque aún no se comprenden suficientemente las relaciones entre sus genotipos (información hereditaria codificada de forma interna) y fenotipos (las manifestaciones físicas de dicha información).

«Al secuenciar el genoma de un organismo dado, con frecuencia se desconoce lo que significa cada uno de sus genes y cómo interactúan entre sí», explicó el Dr. Martins dos Santos del Centro Helmholtz de Investigación sobre Infecciones (HCIR) de Alemania.

El Sr. Jacek Puchalka, del mismo centro, y sus colaboradores desarrollaron un modelo matemático a gran escala del metabolismo de la P. putida al objeto de comprender mejor su crecimiento y metabolismo. En el modelo representaron una red de genes individuales y procesos metabólicos conocidos de estas bacterias.

«Podría compararse con un mapa en el que se muestran las ciudades y carreteras», explicó el Sr. Puchalka. «En algunas carreteras hay mucho tráfico, mientras que en otras apenas lo hay. Algunas carreteras están cortadas y hay desvíos. Las vías metabólicas de la P. putida funcionan exactamente del mismo modo.»

Seguidamente, los científicos validaron su modelo empleando datos de rastreo de carbono y otros experimentos de laboratorio, y lo ampliaron para que reconociera características fundamentales del metabolismo del microbio.

El modelo resultó ser lo suficientemente potente como para predecir el resultado de cambios introducidos en la P. putida. Dado que las bacterias son capaces de desviar sus vías metabólicas si éstas están alteradas por mutaciones, los científicos emplearon el modelo para comprobar lo que ocurría si modificaban vías metabólicas específicas de la P. putida.

El modelo sirvió para diseñar estrategias de ingeniería metabólica con las que producir polihidroxialcanoatos, una clase de compuestos útiles en la biotecnología. Concretamente, trataron de incrementar la producción de PHB (ácido poli-hidroxi-butanoico), un importante producto sintético cuya creación es extremadamente lenta y relativamente costosa en la actualidad.

Con el modelo consiguieron determinar qué vías se deben modificar en la P. putida para incrementar la producción de PHB.

El estudio concluye así: «El modelo, validado exhaustivamente, arroja información valiosa acerca de las relaciones entre genotipos y fenotipos y proporciona un marco fiable para estudiar esta versátil bacteria y sacar partido a su enorme potencial biotecnológico».

«En un futuro será posible fabricar productos biosintéticos en grandes cantidades de forma eficiente», afirmó el Sr. Puchalka. «Y si hemos logrado contribuir a tal cometido, nos sentiremos muy satisfechos.»