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Científicos ticos estudian potencial de bacteria para limpiar lagunas contaminadas

​Investigadores del Laboratorio CENIBiot emplean novedosa técnica de edición genética para conocer cómo el microorganismo procesa el fosfato.

San Francisco, California (EE.UU.) En la forma en cómo la bacteria Pseudomona putida transporta el fosfato podría estar la solución a la contaminación de estanques y lagunas.

Por ello, Carolina Coronado -investigadora del Laboratorio CENIBiot del Centro Nacional de Alta Tecnología (CENAT)- está indagando en los genes que están involucrados en la captación de este nutriente.

Si bien este proyecto se encuentra en fase inicial, ese conocimiento genético del microorganismo permitirá, a largo plazo, modificarlo para que sea capaz de consumir el exceso de fosfato y almacenarlo dentro de sí mismo.

“Lo que estamos planteando, a futuro, es un sistema de limpieza que sea confinado y controlado para que no se libere la bacteria en el ambiente”, explicó Max Chavarría, también investigador del CENIBiot.

Contaminación

Si bien el fosfato es esencial para la vida, porque se deriva del fósforo y este forma parte del ADN de los seres vivos, cuando está presente en grandes cantidades causa un problema ambiental.

La descarga de residuos de fertilizantes y jabón a los ríos aportan fosfato a esas aguas que, cuando se estancan, acumulan este tipo de nutriendo, el cual favorece la proliferación de algas verdes.

“Esa capa de algas no permite que la luz del sol entre a la laguna o estanque, por lo que las plantas que están en el fondo de la laguna se ven imposibilitadas para hacer fotosíntesis. Esas plantas terminan muriendo, al igual que toda la vida asociada a ellas”, explicó Chavarría.

Con el fin de dar una solución a esta problemática, los científicos del CENIBiot están investigando el potencial biotecnológico de algunos microorganismos con miras a “limpiar” ambientes contaminados o biorremediarlos.

Uno de estos microorganismos es la bacteria Pseudomona putida, cuya ventaja es que ya se puede cultivar en laboratorio y eso facilita su estudio.

“Pseudomona tiene cualidades que no tienen otros organismos. Primero, esta es una bacteria que no es patógena y tiene un metabolismo muy diverso que permite que, por ejemplo, en un derrame de hidrocarburos, donde la mayoría de los organismos mueren, pues Pseudomona no solo sobrevive sino que consume esas sustancias, es decir, las utiliza como alimento para sus necesidades fisiológicas”, comentó Chavarría, cuyos estudios en este microorganismo le valieron recientemente el Premio TWAS/Conicit a científicos jóvenes.

“Además, esta bacteria aguanta el estrés oxidativo y es más resistente a la radiación ultravioleta y a los disolventes orgánicos. Todas esas características la hacen atractiva para aplicaciones de biorremediación”, continuó quien también es investigador del Centro de Investigación en Productos Naturales (Ciprona) de la Universidad de Costa Rica (UCR).

Asimismo, Chavarría señaló otra ventaja: este microorganismo crece con medios de cultivo sencillos y baratos. “Mientras que otras bacterias necesitan vitaminas y minerales,

Pseudomona putida solo necesita carbono, nitrógeno y fósforo para crecer”, dijo.

Indagando en los genes

Pero antes de llegar a la biorremediación, los investigadores necesitan estudiar un gen ligado al transporte del fosfato que ha sido poco estudiado. Para ello, Coronado y Chavarría echaron mano de una novedosa técnica de edición genética conocida como CRISPR/Cas9.

En 1993, el español Francisco Mojica observó que en los genomas de las bacterias existían secuencias que se repetían de forma constante y formaban parte de un complejo sistema para defenderse del ataque de los virus.

Cuando un virus ataca a una bacteria, este introduce su propio ADN. Para contrarrestarlos, las bacterias idearon un sistema de alerta y crearon un centinela.

Durante la primera infección, la bacteria incorpora ese ADN del virus a su propio genoma con el fin de expresar un RNA que se conoce como CRISPR RNA, el cual funciona como una guía. En caso de darse una segunda infección, la bacteria construye un centinela a partir de la nucleasa Cas9 (tipo de enzima que funciona como si fuera una tijera molecular) a la que incorpora dos moléculas (la CRISPR RNA y la Track RNA). De esta forma, ese centinela rastrea las secuencias introducidas por el virus y, al identificarlas, las corta para destruirlas.

Seguidamente repara ese segmento de ADN, uniendo los segmentos resultantes.

En el 2012, las estadounidenses Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier vieron el potencial de CRISPR para realizar edición genética en microorganismos. En su laboratorio, las científicas desarrollaron secuencias CRISPR y programaron químicamente a Cas9 para encontrar esas secuencias específicas. No solo eso, también simplificaron la construcción del centinela que pasó de dos moléculas de RNA a solo una.

Asimismo, aparte de posibilitar la unión de los dos segmentos de ADN derivados de la corta, el proceso de reparación ahora permite incorporar un pedazo de ADN externo en el espacio dejado por la secuencia que se destruyó.

“Ahora tenemos una proteína que se puede programar para editar genes”, comentó Doudna durante la Conferencia Mundial de Periodismo Científico que tiene lugar esta semana en la ciudad de San Francisco (Estados Unidos).

“La ciencia pasó de observar en función de entender las mutaciones genéticas a efectivamente hacer algo para cambiarlas, esto gracias a una proteína que fue modificada para ser precisa”, continuó Doudna y agregó: “CRISPR/Cas9 hace exactamente lo mismo en todas las células en que se ha probado, sean estas de plantas, animales o humanas”.

Lo propuesto por Doudna y Charpentier vino a revolucionar la ciencia. Actualmente, centros de investigación en Estados Unidos, Europa y China están utilizando la técnica CRISPR/Cas9 en ensayos cuyo objetivo es tratar enfermedades genéticas.

“Es curioso cómo brincamos a las aplicaciones en humanos y hasta después fue que empezamos a ver el potencial de la técnica en agricultura y medio ambiente”, manifestó Doudna.

El CENIBiot, a partir del trabajo que está realizando Coronado y Chavarría, espera mostrarle al mundo cómo sería una de esas aplicaciones ambientales al modificar una bacteria que sea capaz de limpiar el exceso de fosfato en lagunas y estanques.

Fotos: Cenat y Michelle Soto