Una peque\u00f1a prote\u00edna encontrada en la saliva y en la l\u00e1grima, llamada lisozima, mostr\u00f3 en laboratorio que es capaz de aumentar la eficiencia del proceso de producci\u00f3n de etanol con un considerable ahorro para las centrales, que ya manifestaron inter\u00e9s por la novedad biotecnol\u00f3gica. Para obtener estos resultados, investigadores de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) produjeron una cepa de la levadura Saccharomyces cerevisiae, el microorganismo responsable de la transformaci\u00f3n del az\u00facar en alcohol combustible, capaz de fabricar esa prote\u00edna. De este modo, la levadura adquiere la capacidad de combatir las bacterias que contaminan las dornas donde se realiza la fermentaci\u00f3n del jugo de la ca\u00f1a de az\u00facar, tambi\u00e9n llamado mosto. “El mosto constituye un \u00f3ptimo sustrato para el crecimiento no s\u00f3lo de la levadura, sino tambi\u00e9n de otros microorganismos, pues posee altos contenidos de nutrientes, adem\u00e1s de presentar pH y temperatura favorables”, dice la profesora Ana Clara Guerrini Schenberg, del Instituto de Ciencias Biom\u00e9dicas de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), coordinadora de la investigaci\u00f3n. Adem\u00e1s de competir por la sacarosa y otros nutrientes del mosto, las bacterias introducen en el proceso productos de metabolismo indeseables, principalmente \u00e1cidos org\u00e1nicos.<\/p>\n
Los centrales normalmente adicionan antibi\u00f3ticos al mosto para combatir la contaminaci\u00f3n bacteriana. Con el correr del tiempo, sin embargo, nuevos antibi\u00f3ticos o combinaciones de medicamentos son necesarios para dar cuenta de cepas de bacterias resistentes. Se estima que, para cada metro c\u00fabico de etanol producido, son gastos de 3,00 a 5,00 d\u00f3lares, como promedio, con antibi\u00f3ticos en los centrales. “Adem\u00e1s del problema econ\u00f3mico, hay el aspecto de poluci\u00f3n ambiental, porque todo acaba yendo para la naturaleza, en la forma de efluentes que van para los r\u00edos”, dice Ana Clara, especialista en gen\u00e9tica molecular de microorganismos, que coordina en su laboratorio, en el Departamento de Microbiolog\u00eda, varios trabajos con levaduras y bacterias.<\/p>\n
Sustancia antibacteriana –<\/strong> La b\u00fasqueda de un m\u00e9todo alternativo al antibi\u00f3tico para el control de los microorganismos presentes en la fermentaci\u00f3n del etanol fue objeto de los trabajos de posgrado de Elza Grael Marasca y Luciano Jos\u00e9 Silveira bajo la orientaci\u00f3n de Ana Clara. “Pensamos que, si la propia levadura contuviese un gen codificando una sustancia antibacteriana, ella misma resolver\u00eda el problema sin necesitar agregarle antibi\u00f3tico al mosto”, iforma la coordinadora de la investigaci\u00f3n, hija del renombrado f\u00edsico te\u00f3rico brasile\u00f1o Mario Schenberg (1916-1990). Fue escogida para esa funci\u00f3n la lisozima, una enzima que no es exactamente un antibi\u00f3tico, sino que es altamente poderosa contra bacterias, pues degrada sus paredes celulares. “Es una prote\u00edna muy interesante, que es producida por pr\u00e1cticamente todos los seres vivos, pero\u00a0 no por la levadura”, cuenta. En algunos procesos industriales, como conservaci\u00f3n de alimentos, producci\u00f3n de vino y medicamentos, es utilizada una lisozima comercial, importada, extra\u00edda de la clara del huevo, en un proceso creado hace cerca de 40 a\u00f1os.<\/p>\n Antes de modificar la informaci\u00f3n gen\u00e9tica de la levadura, los investigadores comenzaron a buscar en la literatura si hab\u00eda sido descrita alguna lisozima que soportase la acidificaci\u00f3n del final de la fermentaci\u00f3n alcoh\u00f3lica. En esa misma \u00e9poca, en 1996, la profesora Sirlei Daffre, investigadora del Departamento de Parasitolog\u00eda, que queda en el mismo edificio del Departamento de Microbiolog\u00eda, hab\u00eda acabado de llegar de Suecia, donde hab\u00eda desarrollado un trabajo sobre lisozimas de la mosca Drosophila melanogaster. “Por actuar en el trato digestivo de la mosca, esa lisozima presenta \u00f3ptimo funcionamiento en pH \u00e1cido, semejante al encontrado en el proceso de fermentaci\u00f3n alcoh\u00f3lica”, relata Ana Clara. El objeto de estudio de Sirlei eran los insectos y como ellos se defienden de las infecciones, investigaci\u00f3n que acab\u00f3 contribuyendo a la elaboraci\u00f3n de un proceso tecnol\u00f3gico. “Ella hab\u00eda clonado el cADN de la lisozima, la parte del gene que interesa y es transformada en mensajero dentro de las c\u00e9lulas”, cuenta Ana Clara.<\/p>\n La cesi\u00f3n del gen clonado ayud\u00f3 a acortar el camino, pero a\u00fan hab\u00eda mucho trabajo por delante. El paso siguiente era encontrar un promotor que hiciese que el\u00a0 gen se expresase en la levadura, en un proceso llamado t\u00e9cnica de ADN recombinante, y garantizar que la lisozima fuese secretada para el medio de cultivo. Le cupo a Elza Marasca colocar el cADN de la dros\u00f3fila bajo el control del promotor de la alcohol-deshidrogenasa 1, una enzima de la propia levadura utilizada durante el proceso de fermentaci\u00f3n. Todo se encaj\u00f3 perfectamente. “Tanto el promotor como la levadura funcionan en perfecta sincron\u00eda durante el proceso de fermentaci\u00f3n, mientras ocurre la producci\u00f3n de lisozima”, dice Ana Clara.<\/p>\n Fermentaci\u00f3n alcoh\u00f3lica –<\/strong>\u00a0Una vez hecho eso, era necesario verificar si el uso de la cepa de levadura recombinante productora de lisozima en procesos de fermentaci\u00f3n alcoh\u00f3lica contribuir\u00eda a reducir el uso de antibi\u00f3ticos. Se sabe que la mayor\u00eda de los microorganismos presentes en las dornas son sensibles a la acci\u00f3n de la lisozima, que act\u00faa preferentemente en la pared de bacterias Gram-positivas, como, por ejemplo, Bacillus coagulans y Lactobacillus fermentum. “Como en los centrales de alcohol del estado de S\u00e3o Paulo 98,5% de los contaminantes son bacterias Gram-positivas, en tesis es una \u00f3ptima selecci\u00f3n”, dice Gabriela Ribeiro dos Santos, cursante de posdoctorado que participa del proyecto. “Ahora tenemos que hacer un estudio mimetizando las condiciones encontradas en el central para evaluar, en la pr\u00e1ctica, el efecto de la levadura modificada.” Para eso ser\u00e1 necesario ajustar la cantidad de enzima secretada con la cantidad de contaminante existente en el proceso industrial.<\/p>\n Acci\u00f3n confirmada –<\/strong> El primer paso en ese sentido fue dado. Uno de los estudios hechos recientemente por el grupo de investigaci\u00f3n consisti\u00f3 en inocular la cepa original de la levadura y la cepa que produce lisozima, para los efectos de comparaci\u00f3n, en un mosto no est\u00e9ril, como se utiliza en el central, pero realizado en el propio laboratorio de la USP. Un aspecto interesante en ese trabajo, que representa un avance para llegar al proceso industrial y result\u00f3 en una patente, bajo la gerencia de la Agencia USP de Innovaci\u00f3n, es que la informaci\u00f3n gen\u00e9tica de la lisozima fue estabilizada por medio de su integraci\u00f3n en uno de los cromosomas de una cepa de levadura industrial utilizada por los centrales. “Vimos una diferencia muy significativa entre la cantidad de contaminantes en las condiciones originales con y sin lisozima”, relata Gabriela. Eso significa que la acci\u00f3n de la levadura recombinante sobre las bacterias fue confirmada en las pruebas, pero a\u00fan as\u00ed los investigadores quieren aumentar la producci\u00f3n de la enzima para que ella responda satisfactoriamente a las condiciones enfrentadas a escala industrial.<\/p>\n La levadura modificada tiene solamente una copia del gene de la lisozima integrada a su cromosoma. “Ahora est\u00e1 siendo dise\u00f1ada una estrategia para amplificar el n\u00famero de copias del gene insertado en la levadura”, dice Ana Clara. “Como son conocidos algunos sitios cromos\u00f3micos de la levadura Saccharomyces cerevisiae que se prestan a inserciones de genes extranjeros sin enredar la vida de la cepa, podemos aumentar la capacidad de producci\u00f3n de lisozima sin interferir en la eficiencia de la producci\u00f3n de etanol.”<\/p>\n Todas esas modificaciones est\u00e1n siendo pensadas en funci\u00f3n del inter\u00e9s de empresarios del sector sucro-alcoholero en la levadura modificada gen\u00e9ticamente. Para que ese inter\u00e9s sea concretizado, la primera etapa ya fue cumplida. Los investigadores sometieron la levadura modificada a la prueba de concepto, o sea, varias pruebas fueron realizadas para comprobar que ella funciona no s\u00f3lo en las condiciones de laboratorio, sino tambi\u00e9n tiene potencial para ser empleada en el proceso industrial. “Concluimos esa prueba de concepto y pasamos en todos los prerrequisitos”, informa Gabriela. Los empresarios ahora quieren saber si en un futuro habr\u00e1 problemas con la liberaci\u00f3n del uso de organismos gen\u00e9ticamente modificados (OGMs) para la producci\u00f3n de etanol. “Vamos a efectuar una consulta sobre el tema ante la Comisi\u00f3n T\u00e9cnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio) para poder dar una respuesta”, dice Ana Clara.<\/p>\n Los estudios para la producci\u00f3n de etanol coordinados por la investigadora tuvieron su inicio durante los a\u00f1os de implementaci\u00f3n del Proalcohol, el programa brasile\u00f1o creado a finales de 1975. La idea era producir alcohol combustible a partir del almid\u00f3n presente en la yuca, y no de az\u00facares simples, como la sacarosa y la glucosa encontradas en el jugo de ca\u00f1a. Sucede que la levadura Saccharomyces cerevisiae, cuyo nombre deriva de Sacaro, az\u00facar, y myces, hongo, consigue metabolizar la glucosa y la sacarosa, pero no el almid\u00f3n, que es una mol\u00e9cula compleja con varias unidades de glucosa dispuestas en cadenas lineales y ramificadas. Esto significa que en todos los procesos involucrando sustratos amil\u00e1ceos, como cebada, arroz, yuca o ma\u00edz, para producir etanol, hay necesidad de hacer un tratamiento enzim\u00e1tico previo.<\/p>\n Para abreviar la etapa de tratamiento previo del substrato y disminuir los costos del proceso de fermentaci\u00f3n de amil\u00e1ceos, el grupo de investigaci\u00f3n dio inicio a un programa de mejoramiento gen\u00e9tico de la levadura S. cerevisiae hace casi 25 a\u00f1os. “Fueron hecho varios trabajos para dotar la cepa de la levadura con la capacidad de degradar el almid\u00f3n y procesar el az\u00facar de la yuca o mandioca en la fase de fermentaci\u00f3n para transformarla en alcohol”, relata Gabriela, que se dedic\u00f3 al asunto en su disertaci\u00f3n de maestr\u00eda. Como el almid\u00f3n es una mol\u00e9cula ramificada, \u00e9l necesita un complejo de enzimas amilol\u00edticas para ser totalmente degradado.<\/p>\n Mol\u00e9cula compleja –<\/strong>\u00a0La primera conquista hecha por el grupo, publicada en la revista Nature Biotechnology en 1986, fue conseguir que la levadura produjese y secretase para el medio de cultivo un gen que codifica la alfa-amilasa fabricada en el p\u00e1ncreas del peque\u00f1o rat\u00f3n dom\u00e9stico. La alfa-amilasa act\u00faa sobre las cadenas lineales del almid\u00f3n, rompiendo esa compleja mol\u00e9cula en mol\u00e9culas menores, formadas por dos o m\u00e1s unidades de glucosa, de forma que la levadura a\u00fan desperdicia buena parte del az\u00facar contenido en el almid\u00f3n. En un pr\u00f3ximo paso del mejoramiento, Gabriela coloc\u00f3 el gene de una enzima m\u00e1s en la levadura, el de la glucoamilasa de otra especie de levadura. La glucoamilasa ayuda la alfa-amilasa a degradar al almid\u00f3n y llevarlo hasta la mol\u00e9cula de glucosa. “Una ayuda la otra en ese proceso, pero el aprovechamiento a\u00fan no fue del 100%”, dice Gabriela. “En verdad, experimentos en escala piloto, realizados en el Departamento de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica de la USP, mostraron que el factor limitante de la eficiencia de fermentaci\u00f3n era justamente la actividad de glucoamilasa”, completa.<\/p>\n Nuevas construcciones entonces se sucedieron para que la levadura pudiese expresar glucoamilasas m\u00e1s potentes y, encima de todo, de forma estable y en una levadura industrial. Hoy el laboratorio posee algunas cepas industriales recombinantes, de las cuales se destaca una que presenta el gene de la glucoamilasa en cinco copias. Las nuevas cepas deber\u00e1n a\u00fan ser evaluadas en escala piloto, empleando el almid\u00f3n de la yuca, una materia prima barata y abundante en Brasil, como fuente alternativa al az\u00facar proveniente de la ca\u00f1a.<\/p>\n Microorganismos programados para remover metales Uno de los participantes, Ronaldo Biondo, est\u00e1 construyendo una bacteria que consigue unirse a los metales pesados para facilitar la tarea de removerlos de los efluentes de la explotaci\u00f3n minera. Al mismo tiempo, la investigadora Gabriela Ribeiro dos Santos est\u00e1 construyendo un sistema suicida para esas bacterias para, cuando la tarea sea cumplida, ellas no causen riesgos a otros organismos presentes en la naturaleza. “Estoy trabajando en el desarrollo de un sistema gen\u00e9tico que provoque la muerte de la bacteria, pero que, como una bomba reloj, s\u00f3lo entre en acci\u00f3n despu\u00e9s de cumplida la etapa de biorremediaci\u00f3n por el microorganismo”, dice Gabriela.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Una enzima de mosca producida en levadura combate bacterias perjudiciales a la fabricaci\u00f3n de alcohol combustible","protected":false},"author":22,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[],"coauthors":[115],"class_list":["post-83480","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/83480","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/22"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=83480"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/83480\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=83480"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=83480"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=83480"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=83480"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
\n<\/em><\/strong>Bacterias y levaduras capaces de remover metales pesados de los efluentes resultantes de la explotaci\u00f3n minera est\u00e1n siendo producidas, con herramientas de la ingenier\u00eda gen\u00e9tica, por el grupo de investigaci\u00f3n coordinado por la profesora Ana Clara Guerrini Schenberg. El proyecto fue solicitado hace dos a\u00f1os y medio por la Companha Vale do Rio Doce, l\u00edder mundial en el mercado de mineral de hierro y segunda productora global de manganeso y aleaciones ferrosas. “Lo importante es encontrar un microorganismo adecuado para ejecutar determinada funci\u00f3n”, dice Ana Clara. “Cuando ellos no funcionan exactamente como queremos, podemos mejorar las caracter\u00edsticas de esos microorganismos.? Como la biorremediaci\u00f3n de metales es un \u00e1rea nueva, el proyecto est\u00e1 dividido en varios subproyectos.\u00a0<\/em><\/p>\n