En la naturaleza, y en la mayoría de los ambientes, existe una gran diversidad de bacterias inofensivas para el ser humano que tienen la capacidad de producir biomoléculas con actividades de interés para su aplicación biotecnológica; entre estas destacan los biosurfactantes (BS), que son moléculas anfipáticas, es decir, que tienen la capacidad de estar parcialmente diluidas en agua o en solventes orgánicos. Particularmente, han llamado mucho la atención debido a que tienen propiedades emulsificantes y dispersantes, por lo que son usados en diferentes áreas de la industria farmacéutica, cosmética, alimentaria y biorremediación.
En comparación con sus equivalentes químicos sintéticos, los BS presentan muchas ventajas en su aplicación: son ecológicos, menos tóxicos y biodegradables. Aunado a lo anterior, se ha demostrado que tienen un gran potencial, pues poseen actividades antimicrobianas, antivirales, antitumorales, entre otras.
Los BS se pueden clasificar en dos tipos: de bajo y alto peso molecular; uno de los grupos más interesantes de estos últimos son los exopolisacáridos (EPS). Estos compuestos son polímeros de aspecto gelatinoso que están constituidos por diferentes azúcares, así como proteínas y lípidos, los cuales son excretados al exterior de la célula luego de ser producidos en el citoplasma (figura 1).
Figura 1. Composición química de los exopolisacáridos (EPS) producidos por bacterias.
Usos potenciales de los EPS
El papel biológico de los EPS consiste en la recolección de nutrientes, adherencia a la superficie, protección contra factores abióticos y la formación de biopelículas. Debido a sus propiedades y naturaleza química, los EPS tienen numerosas aplicaciones en diferentes sectores industriales (figura 2).
Una de las aplicaciones más prometedoras de los EPS es su uso en la recuperación mejorada de petróleo con ayuda de microorganismos, MEOR, por sus siglas en inglés (Microbial Enhanced Oil Recovery). Gracias a su actividad emulsificante que ayuda en la mezcla de dos sustancias que normalmente son difíciles de mezclar, los EPS son empleados para mejorar los procesos de recuperación de petróleo y el transporte de hidrocarburos. Además, son utilizados para la remoción de colorantes sintéticos como el azul de metileno; también sirven como agentes atractivos para la remoción de contaminantes orgánicos como pesticidas. Asimismo, se ha demostrado que tienen la capacidad de eliminar herbicidas como el glifosato del suelo contaminado.
Figura 2. Aplicaciones de los EPS en diferentes áreas biotecnológicas.
Producción de EPS en cultivos en biorreactor
Gracias a estudios de nuestro grupo de investigación, sabemos que la producción de EPS, así como sus propiedades emulsionantes y actividad biológica (figura 3) pueden ser modificadas por las condiciones de cultivo celular, siendo entre las más importantes, la composición del medio de cultivo (fuente de carbono y nitrógeno), la disponibilidad de oxígeno, así como las condiciones fisicoquímicas tales como el pH y la temperatura.
Figura 3. Porcentaje de emulsión (IE24) de los EPS obtenidos a diferentes tiempos de cultivo en un biorreactor a) 5 % b) 45 % c) 85 %, la cual es observada como el resultado de la dispersión de una fase, dividida en gotitas extremadamente pequeñas en otra con la que no es miscible, es decir, que no se puede mezclar.
Debido a que nuestro interés es incrementar la producción de EPS, en los últimos años nos hemos dado a la tarea de emplear diferentes estrategias de bioingeniería en fermentadores o biorreactores, los cuales son dispositivos de cultivo a gran escala utilizados en procesos que desempeñan un papel clave en la producción y el escalado de cultivos celulares (figura 4).
Estos sistemas pueden controlarse totalmente y permiten que el organismo vivo crezca de manera óptima. Existen distintos tipos, donde la diferencia principal es debida a los requerimientos del cultivo, el tipo de microorganismo y el tipo de fermentación. Asimismo, para hacer el proceso más rentable, se busca el uso de sustratos alternativos de menor costo como la melaza de caña de azúcar, licor de maceración de maíz, sueros, hidrolizados, entre otros, los cuales pueden contribuir a una reducción sustancial de los costos de producción a gran escala.
En síntesis, el conocimiento generado sobre el efecto de las condiciones de cultivo nos proporcionará, por un lado, la obtención de EPS a gran escala como una técnica factible y económicamente atractiva para su estudio en campo y además nos permitirá el desarrollo de nuevos EPS que posean propiedades novedosas y funcionales que sean de gran interés en diferentes industrias.
Figura 4. Cultivo en biorreactor empleado para incrementar la producción de EPS. Foto: Matt Janicki.
Dr. Andrés García Romero / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.>
Dra. María del Refugio Trejo Hernández / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro de Investigación en Biotecnología
Universidad Autónoma del Estado de Morelos