Entrevistador: Chávez Cruz, Idelso Jamin
Para entender las ventajas, retos y riesgos de utilizar microrganismos como factorías celulares para la producción de moléculas de interés, invitamos el día de hoy al Magister en biología, Benites Pariente Jhonathan Stivins, de la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo, con Maestría en Bioquímica y Biología Molecular en la Universidad de Sao Paulo-Brasil.
Mag. Benites Pariente Jhonathan Stivins
1. Para tener un panorama certero del tema, háblenos de un poco sobre las factorías celulares
Las factorías celulares implican poner a trabajar a células procariotas o eucariotas para la producción ordenada y controlada a escala industrial de moléculas de interés, que las células pueden producir de manera silvestre o se les ha inducido esta capacidad con ingeniería genética. A la larga esta técnica apunta a la riqueza económica.
Imagen 01: Biorreactores y Manejo de la producción industrial de etanol
(Fuente: 123RF, 2016)
2. Cuéntenos acerca de la trayectoria o investigaciones recientes que tiene en este campo
Actualmente estamos realizando un trabajo en factorías celulares sobre la levadura Saccharomyces cerevisiae, en el laboratorio de Micología y Virología de la “Universidad Nacional Agraria La Molina”, estamos trabajando con hongos y el interés prioritario es trabajar con enzimas celulasas, se pretende producir etanol con dichas levaduras, para ello introdujimos la ruta metabólica de degradación de celulosa y hemicelulosa procedente de hongos filamentosos (los cuales no producen etanol, pero si producen las enzimas necesarias para degradar material lignocelulósico). En esta investigación tomamos los genes de las enzimas beta-glucosidasas, endoglucanasas y celobiohidrolasas de hongos filamentos, para introducirlos en una levadura, en este sentido se logra desarrollar la ruta metabólica de estas enzimas en la levadura, así es como S. cerevisiae adquiere la capacidad para degradar material lignocelulósico y utilizarlo como sustrato de fermentación para producir bioetanol.
Imagen 02: S. cerevisiae, fermentador, ruta metabólica del etanol, molécula de etanol y su importancia.
(Fuente: composición propia)
3. ¿Cuáles son los mayores retos a superar en este campo de la biotecnología?
Aunque muchos investigadores pueden decir que incursionar en este campo es relativamente sencillo, en la marcha se presentan diversas complicaciones.
Encontrar y aislar los genes de enzimas celulasas de hongos filamentosos no es lo complicado, el reto surge cuando debemos insertar estos genes en las levaduras, las secuencias promotor y terminador de hongos filamentosos no son compatibles con el de las levaduras, entonces se deben diseñar estas secuencias con bioinformática, este problema se puede complicar si la levadura de interés no ha sido descrita de manera detallada a nivel genómico.
Insertar genes en hongos filamentos no es tan sencillo como en levaduras que poseen una alta tasa de recombinación y basta con técnicas como la “PCR de fusión”, Los hongos filamentosos no tienen esta capacidad, frente a ello se emplean estrategias como la tecnología de edición genética CRISPR-Cas.
Imagen 03: CRISPR-Cas9 (Fuente: BBC News, 2018)
Utilizar microbios procariotas ofrece una alta eficiencia en cuanto a resultados, sin embargo en la producción de proteínas heterólogas eucariotas, estos microbios no son capaces de hacer modificaciones postraduccionales que hacen funcional a una proteína eucariota, frente a ello se puede modificar genéticamente bacterias para que hagan esta función.
No conocer las rutas metabólicas implicaría atrofiar el microbio, pues producir una molécula no requiere siempre de la introducción de una nueva ruta metabólica, podría ser permitido por el bloqueo de otra ruta o el silenciamiento de un gen, una herramienta para estudiar rutas metabólicas es Metasyc,
A escala industrial, el desafío es el escalamiento de la producción, en otras palabras producir en grandes cantidades, a escala de laboratorio usualmente funciona, pero a escala industrial los microrganismos pierden eficiencia productiva, para resolverlo se debe buscar otros microrganismos de alta eficiencia, a través de técnicas como BIOPROSPECCIÓN.
4. ¿Qué ventajas diferenciales encuentra entre la aplicación de eucariotas y procariotas en este campo de la biotecnología?
Los procariotas son fáciles de manejar y manipular, además brindan resultados rápidos esto nos permite resolver errores en corto tiempo, hablamos de horas o días. Por otro lado, los eucariotas como las levaduras también bridan resultados rápidos, y realizan modificaciones postraduccionales que hacen funcional a una proteína de interés.
5. ¿Dentro de factorías celulares cuales son los mayores riesgos a los cuales nos podríamos enfrentar?
El mayor riesgo es crear organismos peligrosos y permitir que estos escapen al ambiente, como sabemos introducir genes de interés va de la mano de la inserción de genes reporteros en un mismo vector (estos nos confirman la inserción del vector), en su mayoría son genes de resistencia a antibióticos, de tal modo indirectamente podemos crear bacterias capaces de diseminar resistencia a antibióticos y agravar el problema mundial con superbacterias resistentes a antibióticos.
Imagen 04: Plásmido PetDuet con gen de resistencia a la ampicilina, Fármacos y Resistencia, Antibiograma y Bacterias resistentes a antibióticos.
(Fuente: Elaboración propia)
"Es menester fomentar la investigación básica en nuestras universidades para poder llevar nuestro propio conocimiento al campo de la investigación aplicada"
Benites Pariente Jhonathan Stivins
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