Dr. Edgar Dantán González
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Centro de Investigaciones Biológicas (CIB-UAEM)

La búsqueda de nuevas herramientas biotecnológicas involucra un amplio análisis de la biodiversidad de nuestro planeta. Se estima que sólo un 10% de las especies han sido descritas, y que el 90% restante representa un enorme reservorio biológico y genético. Las limitantes para conocer la gran diversidad son la dependencia de medios de cultivo y la falta de conocimiento de las interacciones microbianas.

Los estudios actuales pretenden caracterizar tanto a los microorganismos cultivables como a los no cultivables, basándose en el análisis del ADN total de un ambiente por medio de técnicas moleculares y comparaciones filogenéticas. Al conjunto de los genomas de microorganismos en una muestra de un nicho ecológico determinado, se le llama “metagenoma”. Las metagenotecas se obtienen mediante la extracción del ADN que represente el genoma de todos los organismos presentes en un ecosistema determinado, esto se realiza utilizando como sustrato directamente el nicho ecológico en cuestión (suelo, agua, heces fecales y aire, entre otros); posteriormente, este ADN es fragmentado en segmentos de diferente longitud e insertado en vectores que tienen la capacidad de transformar bacterias, que podrían ser seleccionadas por la expresión de sus genes o por el análisis de la secuencia (Fig. 1). La clonación del metagenoma en complejas genotecas constituye una herramienta importante en la búsqueda de nuevas actividades enzimáticas de interés industrial y medioambiental.

Una de las herramientas con las que cuenta la biotecnología para la búsqueda de nuevas alternativas biotecnológicas es la bioprospección; método que permite la búsqueda de polímeros, enzimas, antibióticos, resinas, combustibles y productos de valor nutricional, en construcciones metagenómicas, y representa una tarea compleja dependiendo del tipo de producto y características deseadas. La bioprospección utiliza herramientas moleculares y bioquímicas para la búsqueda de productos, considerando todos los microorganismos que tienen la facultad de proveerlos. Es ampliamente utilizada a nivel industrial ya que este rubro considera las búsquedas rápidas de nuevas herramientas como un potencial para contender con otras industrias a nivel económico
La metagenómica cuenta con un amplio campo de estudio; que va desde el aire hasta por debajo de los 8000 metros en zonas abismales oceánicas; de la placa dentó bacteriana hasta salas de hospitales y del subsuelo de los polos hasta las fosas sulfurosas. Las metagenotecas ambientales han permitido vislumbrar nuevos mecanismos de adaptación en ambientes totalmente extremos, como ha quedado reportado en importantes trabajos, el genoma secuenciado de una g-proteobacteria que presenta un ciclo de fermentación de aminoácidos como fuente de carbono muy novedoso, el descubrimiento de nuevos fármacos en librerías metagenómicas de suelo, caracterización de la diversidad de protistas en aguas marinas del oeste del atlántico norte. Hasta hoy se han analizados en su totalidad sólo 22 bancos metagenómicos.

Una de las líneas de investigación del Laboratorio de Biología Molecular de Hongos del CeIB-UAEM, radica en la realización y estudio de metagenotecas de muestras ambientales. En particular, se está trabajando en tres diferentes nichos ecológicos: metales corroídos empleados en el transporte y almacenamientos de hidrocarburos, muestras ambiéntales del bagazo de caña, y la microbiota de diferentes etapas en la preparación del mezcal en el Estado de Oaxaca. Lo anterior con la finalidad de i) contar con herramientas biotecnológicas provenientes de organismos involucrados en la corrosión de metales y la degradación de hidrocarburos cuya importancia será el poder aplicarlos a nivel industrial, en el área de la biorremediación, y el tratamiento o prevención de corrosión (Fig. 2); ii) contar con enzimas y genes involucrados en la asimilación del bagazo de caña como fuente de carbono, para la producción de bio-etanol, y iii) realizar el estudio del ADN de todos los microorganismos, incluyendo aquellos no cultivables de los cuales el ADN no podría ser aislado de otra manera, para contar con un análisis filogenético de organismos presentes en procesos fermentativos de importancia socio-económicas del país. Una de las limitantes más importantes en la construcción de las metagenotecas es la extracción y purificación del ADN que presente una excelente calidad para su posterior manipulación. En nuestro laboratorio hemos implementado un método novedoso que nos permite obtener ADN libre de contaminantes (compuestos húmicos, carbohidratos, proteínas, entre otros.) e íntegro en cuanto a longitud y número de genomas representativos de cada muestra (Fig. 3). Hasta este momento se cuenta con el análisis filogenético de estas metagenotecas y se ha comenzado a realizar los estudios de bioprospección.

Fig. 1 Construcción y análisis de metagenotecas desarrolladas a partir de muestras ambientales

Fig. 2 Lugar de recolección de muestras de metal corroído con hidrocarburos

Fig. 3 Extracción y purificación de ADN metagenómico de metal corroído con diferentes métodos. 1)Marcador de peso molecular, 2) Método diseñado en el laboratorio, 3) Método utilizando un kit comercial, 4) Método comúnmente utilizado

Fig. 4 Almacenamiento y conservación de las metagenotecas (imagen de encabezado)

El Dr. Edgar Dantán González es licenciado en Biología por la Facultad de Ciencias Biológicas de Universidad Veracruzana. Cuenta con la Maestría en Ciencias Bioquímicas en el Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), asimismo, es Doctor en Ciencias Bioquímicas por esta misma Institución. Actualmente es Profesor Investigador Asociado “C” Tiempo Completo en el Centro de Investigaciones en Biotecnología de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos donde trabaja en conjunto con el Dr. Jorge Luis Folch Mallol.