Los microorganismos representan al grupo más diverso y abundante del planeta tierra, gracias a sus diferentes actividades metabólicas, podemos utilizarlos como biofábricas para obtener diversos metabolitos y otros productos microbianos de gran utilidad. Sin embargo, se desconoce aproximadamente a un 99% de los mismos, esto principalmente porque no se pueden cultivar en las condiciones actuales de laboratorio, lo que nos limita explotar su potencial biotecnológico.
“La detección de nuevos géneros bacterianos aún sin clasificar, nos proporcionan alternativas para la búsqueda de nuevos genes, metabolitos y rutas metabólicas” Raiyani &Singh, 2020
La Metagenómica
En los últimos años, la metagenómica se ha convertido en una herramienta fundamental para la identificación taxonómica de microorganismos y la identificación de nuevos productos bacterianos a partir de cualquier muestra ambiental sin la necesidad de que estos sean cultivables en el laboratorio, esto se logra mediante la amplificación y secuenciación de su material genético (ADN). Su aplicación y sus resultados, a mi parecer, nos brindan un abanico de posibilidades que hace algunos años eran imposibles de obtener.
La metagenómica nos permite estudiar a los microorganismos desde dos perspectivas. Por un lado, podemos realizar un estudio filogenético para analizar la diversidad de la muestra. Y, por otro lado, podemos analizar los distintos tipos de metabolismo presentes en la muestra, mediante la identificación de enzimas y otros productos bacterianos con potencial biotecnológico.
Proceso para la identificación de nuevos productos bacterianos por metagenómica
Para la identificación de nuevos productos bacterianos, el primer paso es la formación de bibliotecas metagenómicas (Figura N°1), que consiste en clonar el material genético obtenido a partir del estudio metagenómico en vectores e introducirlos en una bacteria hospedadora. Una vez que se han formado estas bibliotecas, se utilizan métodos de cribado.
Figura N°1: Proceso para la formación de bibliotecas metagenómicas. Elaboración Propia
Uno de los métodos de cribado más conocido y empleado es el cribado funcional de bibliotecas metagenómicas utilizando placas de agar (Figura N°2). Esta metodología se basa en la producción de un cromóforo en colonias incubadas con un sustrato cromogénico, con este método se han identificado novedosas enzimas como: lipasas, esterasas, celulasas y proteasas.
Figura N°2: Cribado funcional de bibliotecas metagenómicas utilizando placas de agar. Elaboración Propia
Un claro ejemplo de esto, es la obtención de una nueva esterasa con función hidrolizante de piretroides a partir de estudios metagenómicos de suelos agrícolas, el hallazgo de esta esterasa puede contribuir a la eliminación o minimización de la contaminación de agua, suelo y productos agrícolas por insecticidas piretroides, así como también, evitar problemas de salud potenciales para nosotros y otros organismos vivos.
El hallazgo de nuevas enzimas gracias a estos estudios también ha beneficiado a la medicina, se han encontrado 3 lipasas únicas con propiedades antibacterianas potenciales en sociedades microbianas asociadas con el alga Ulva australis y con una esponja marina Cymbastela concéntrica, en un sentido muy personal, creo que este hallazgo nos abre la posibilidad de contrarrestar la resistencia bacteriana a múltiples antibióticos que ha aumentado en los últimos años.
Aplicaciones de la metagenómica
La metagenómica se ha convertido hoy en día en una de la tecnologías más importantes y utilizadas en la biotecnología microbiana y ambiental, con la utilización de la metagenómica se ha podido identificar nuevas enzimas y otros productos bacterianos de interés. Entonces puedo afirmar que el potencial de su aplicación en la biotecnología microbiana y ambiental parece no tener fin.
Hasta el momento la metagenómica ha permitido solucionar muchos problemas en diversas áreas (Figura N°3), como en la medicina con la identificación de nuevos antibióticos y agentes terapéuticos, en la agricultura con el hallazgo de nuevos biopesticidas y en la industria con la identificación de nuevos genes para mejorar la producción de un determinado producto.
“La metagenómica es una herramienta novedosa que estudia los genes microbianos de una población. Sus alcances han sido sorprendentes, ya que ha permitido el descubrimiento de nuevos antibióticos, genes, enzimas, estructuras proteicas y rutas metabólicas” Cortés-López, N. et al., 2014
Sin ninguna duda, la principal aplicación de la metagenómica es la identificación de nuevos microorganismos cultivables y no cultivables, así como la identificación de genes que codifican para nuevos metabolitos con gran potencial biotecnológico.
Figura N°3: Aplicaciones de la Metagenómica. Elaboración Propia
Además, la metagenómica ha permitido perfeccionar los procesos de biorremediación microbiana mediante la identificación de microorganismos autóctonos del sitio contaminado y mediante la investigación de sus capacidades metabólicas. Puedo afirmar entonces que la metagenómica nos ha proporcionado datos necesarios sobre los mecanismos moleculares y biológicos implicados en la biorremediación de contaminantes ambientales.
Perspectivas y comentarios finales
En conclusión, la metagenómica es actualmente la única herramienta que nos permite acceder a recursos biológicos únicos y útiles, brindándonos una gran posibilidad de mejorar los procesos de producción industrial actuales y contribuir con la solución de muchos de nuestros problemas actuales mediante la búsqueda de nuevos antibióticos, genes, enzimas, proteínas y rutas metabólicas.
Es importante mencionar, que tenemos mucho trabajo por hacer en nuestro territorio nacional y espero que mediante esta publicación los anime a profundizar más en el tema y a realizar trabajos de investigación para explotar con éxito los recursos génicos de microorganismos que aún no conocemos y estudiamos mediante la aplicación de esta herramienta, la metagenómica.
Por todo lo expuesto, uno de los ambientes que considero más importante para la búsqueda de nuevos productos bacterianos mediante estudios metagenómicos es el ambiente marino, que cuenta con una enorme biodiversidad microbiana que permanece en gran parte sin ser estudiada y que considero son fuentes con gran potencial biotecnológico para obtener nuevos productos microbianos con propiedades únicas.
“Nada en la vida es para ser temido, es sólo para ser comprendido. Ahora es el momento de entender más, de modo que podamos temer menos” Marie Curie (1867 – 1934).
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