Los productos de origen microbiano (bacterias y hongos) han formado parte de nuestra vida cotidiana desde los inicios de la civilización, como prueba de ello tenemos los antiguos procesos fermentativos para la producción de pan, queso, vino y cerveza. Sin embargo, a pesar del gran potencial de los microorganismos para producir compuestos de interés, no fue hasta la primera mitad del siglo pasado que se cobró conciencia de su capacidad para sustituir procesos químicos que, en muchos casos, resultan ineficientes y costosos.
Un hecho que marcó el nacimiento de la ahora bien establecida disciplina de la microbiología industrial, fue, sin duda, la producción de acetona -utilizada para la fabricación de armamento- por fermentación a través de un género de bacterias durante la segunda guerra mundial. A partir de ese momento, la microbiología industrial se consolidó como una disciplina encargada de aprovechar las capacidades metabólicas de los microorganismos para producir de manera industrial o en grandes cantidades, compuestos como medicinas, fertilizantes o materia prima para la síntesis de otros productos.
Hoy en día, los productos de origen microbiano son parte medular para el desarrollo y conservación de la humanidad. Bajo la consigna “Mayor rendimiento de producción, menor costo, mayor accesibilidad en el mercado”, por ello una de las principales tareas de la microbiología industrial es la optimización de procesos de fermentación. Las herramientas utilizadas para lograr dicho objetivo varían desde enfoques simplistas como la mejora de medios de cultivo, hasta la generación de cepas sobre-productoras del compuesto de interés mediante ingeniería genética.
Una de las principales limitantes para lograrlo es el poco entendimiento de la biología y la naturaleza de los microorganismos utilizados en la industria. Actualmente, avances en tecnologías de secuenciación han hecho posible – y económicamente accesible – el estudio y análisis de la totalidad de la información codificada en el genoma de los microorganismos industriales. El acceso a ésta información es crucial para determinar el potencial metabólico del microorganismo en cuestión y, más aún, para entender a nivel bioquímico el funcionamiento de las células microbianas en todas sus etapas de desarrollo (fase de crecimiento, fase de producción y fase de muerte).
¿Cómo ayuda la Biotecnología de Sistemas a la optimización de procesos de fermentación?
Su eje conceptual es relativamente sencillo, el estudio y análisis de microorganismos industriales en todos sus niveles moleculares (gen -> proteína -> metabolito) como camino para entender el comportamiento celular durante el proceso de fermentación. En otras palabras, la biotecnología de sistemas propone el estudio de todos los genes en función, todas las proteínas que son expresadas y todos los metabolitos producidos en las condiciones de fermentación, como medio principal para conocer la naturaleza y las capacidades biológicas de un microorganismo y, lo más importante, plantear mecanismos para modificarlos y/u optimizarlos con fines de producción específicos.
La biotecnología de sistemas, ha dado lugar a avances tales como la mejora de vacunas, de herramientas de diagnóstico-enfermedad, de agentes microbianos para el control biológico de plagas de plantas y animales, las modificaciones de cepas causantes de enfermedades para la disminución de su virulencia, el desarrollo de nuevos fármacos, así como para el desarrollo de nuevos microorganismos industriales con mayor eficiencia de producción.
Utilizando este tipo de biotecnología, se ha podido descifrar y entender las capacidades metabólicas de la bacteria que es utilizada industrialmente para la producción del antibiótico eritromicina, con el cual se contarrestan ciertas infecciones causadas por bacterias como bronquitis, difteria y neumonía, entre otras. De esta manera, se han planteado nuevas estrategias para incrementar los rendimientos de producción de dicho antibiótico. Además, en otro ejemplo reciente, se han estudiado las fases de crecimiento –en condiciones de producción industrial-de la bacteria productora del tétanos, lo que ha permitido perfeccionar su producción después de 4 décadas en las que el proceso ha generado pérdidas millonarias en la industria farmacéutica.
ºDr. Cuauhtémoc Licona Cassani / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
The University of Queensland, Australia.
Laboratorio Nacional de Genética para la Biodiversidad México