Las bacterias y su aporte biotecnológico

Escrito por Luis Alberto Ayala Ruíz y Patricia Ríos Chávez

Las bacterias son organismos unicelulares procariontes que tienen un uso importante en la biotecnología para la producción de compuestos útiles en diferentes áreas, como en alimentos, cosmética, agricultura, ambiente y salud. Sin embargo, cuando oímos acerca de las bacterias solo las consideramos como organismos patógenos que causan enfermedades. Pero no es así, ya que como mencionamos, muchas de ellas son ampliamente usadas como organismos útiles, por ello, estos microorganismos son objeto de estudio de diversas e importantes investigaciones científicas de las que se han establecido numerosas aplicaciones biotecnológicas que impactan directamente con beneficios en nuestra vida diaria, y es precisamente de esto que hablaremos en este artículo.

El accidente más delicioso es ahora una gran aplicación biotecnológica

Desde el siglo XVIII agricultores de África, Asia y Europa, observaron que la leche coagulaba en los meses cálidos del año. Al degustar, se dieron cuenta que algunos sabores eran agradables, por lo que empezaron a seleccionar los mejores y a revolverlos con la leche del día siguiente. Sin darse cuenta, fueron seleccionando las especies de bacterias que modificaban mejor la leche y, con el paso de algunos años, empezaría a darse el surgimiento de alimentos como el yogurt.

Pero, ¿cómo es que se transforma la leche en yogurt? Esto sucede al convertir los azúcares de la leche en ácido láctico, modificando la estructura de las proteínas al cuajar la leche (coagulación de las proteínas de la leche), cambiando el sabor, aroma y textura. Las bacterias que intervienen en este proceso son Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii y L. bulgaricus. Este es un claro ejemplo de la utilidad de este tipo de bacterias para la elaboración de un alimento.

En la industria alimentaria se explotan las bacterias llamadas ácido lácticas, debido a que proporcionan valor nutricional, vitaminas, endulzantes y olores a nuestros alimentos, tales como vegetales, quesos, cárnicos, bebidas alcohólicas, entre muchos más. Este tipo de bacterias no requieren de oxígeno en su metabolismo, es decir, son anaerobias y producen un compuesto durante su metabolismo llamado ácido láctico. De estas bacterias hay dos grupos: las heterofermentadoras y las homofermentadoras. Las primeras, además de producir ácido láctico, también producen bióxido de carbono, etanol y acetato, mientras que el segundo grupo solo produce el ácido láctico.

Dependiendo del tipo de alimento se usa un grupo u otro. Por ejemplo, las heterofermentadoras son usadas en los quesos confiriéndoles ese sabor tan característico; en el caso de la leche fermentada el ácido láctico le da un sabor acidulado; mientras que, el acetaldehído se encarga de proporcionar un aroma típico en el caso de las variedades del yogurt como kéfir, leben y kumis. Además de sabor y aroma, las bacterias también son utilizadas como probióticos, los cuales se sitúan en la flora intestinal y tienen como función ayudar en el proceso de digestión. Asimismo, las bacterias lácticas pueden ser utilizadas para la preparación de alimentos fermentados a partir de materia vegetal, por ejemplo, en la elaboración de aceitunas, col fermentada ácida y algunos encurtidos agrios.

Pero aún hay más, bacterias como Corynebacterium glutamicum son utilizadas para la obtención de saborizantes y aditivos de alimentos mediante fermentación, como el aminoácido denominado ácido glutámico del cual se prepara glutamato monosódico, un excelente potenciador de sabor, y la lisina que es un aminoácido esencial que se añade a alimentos para aumentar el factor nutrimental.

 

Cada bacteria para cada planta

Las bacterias han sido muy usadas en la agricultura proporcionando beneficios para el desarrollo de las plantas, siendo Pseudomonas, Bacillus, Lactobacillus, Azotobacter, Azospirillum, Rhizobium. Por lo general, se ha buscado trabajar con los géneros de bacterias que estén más relacionados con ciertas especies de plantas para tratar de que exista una mayor compatibilidad.

Algunas bacterias como las del género Rhizobium y Bradhyrhizobium ayudan a fijar nitrógeno atmosférico al suelo, de esta manera las plantas pueden tener un mayor desarrollo. Generalmente estas bacterias forman asociaciones simbióticas con plantas leguminosas para transformar el nitrógeno en amonio y aminoácidos dentro de estructuras situadas en la raíz de la planta, llamadas nódulos radiculares. Se ha visto que las bacterias secretan compuestos que actúan como plaguicidas o antimicrobianos, esto ha provocado un interés en su estudio por el potencial que presentan en el control biológico de plagas.

Una de las especies de bacterias que más se ha empleado en estos estudios es  Bacillus thuringiensis, la cual produce las proteínas llamadas Cry y Cyt, que controlan las poblaciones de insectos específicos, ya que actúan como toxinas evitando pérdidas económicas en la agricultura y sin la necesidad de hacer uso de insecticidas sintéticos, lo que indirectamente ayuda a mantener un ambiente más saludable. Otro de los beneficios del género Bradhyrhizobium es la mejora de las plantas, ya que promueve una mayor eficiencia en el proceso de la fotosíntesis dando como resultado altos rendimientos.

 

Bacterias que descontaminan

Las bacterias también degradan contaminantes del suelo y mantos acuíferos, ya sea atrapándolos en ellas o transformándolos en otros compuestos. Se han aislado consorcios de bacterias descontaminantes y también se han modificado genéticamente otras para que realicen esta función. Las Pseudomonas son una de las más eficientes para degradar compuestos tóxicos como herbicidas e hidrocarburos. También las bacterias Rhodococcus spp. y Sphingomonas wittichii son utilizadas para descontaminar áreas con herbicidas. La biorremediación es un proceso biotecnológico con un alto potencial para mantener áreas sin o con pequeñas cantidades de contaminantes como hidrocarburos, plásticos, metales pesados, herbicidas, entre otros.

 

Los plásmidos y su aplicación biotecnológica

Las bacterias se caracterizan por contener plásmidos, que no son más que un tipo de estructura con material genético, es decir, genes que son encargados de conferir características para sobrevivir ante situaciones adversas como la resistencia a los antibióticos. Estos plásmidos se comparten entre las bacterias para ganar este tipo de resistencia o ganar otras características para un fin específico.

Con los avances en las técnicas de biología molecular y con la obtención, secuenciación, clonación y sobreexpresión de genes, los plásmidos pueden ser manipulados e incluso construidos en un laboratorio con el propósito de incorporarlos a bacterias denominadas transformantes, que podrán expresar el o los genes de dichos plásmidos para producir algún compuesto en particular de importancia industrial. Un ejemplo, es el resultado de las técnicas de ADN recombinante con las que se han introducido genes de otros organismos como plantas y animales en bacterias consideradas no útiles para producir «proteínas recombinantes», una de las grandes aportaciones de la biotecnología moderna. Desde hace 42 años, la bacteria Escherichia coli considerada muchas veces como patógena, fue modificada genéticamente para producir insulina, la cual se extrae del medio donde se cultiva, se purifica y se comercializa para su uso en humanos diabéticos.

A partir del éxito de esta aplicación biotecnológica se producen cientos de moléculas recombinantes como hormonas de crecimiento, interferón y componentes de vacunas, principalmente en E. coli, Bacillus subtilis y Bacillus megaterium, aprobados para su uso y aplicación por la Administración de Alimentos y Drogas de los Estados Unidos de América (FDA, por sus siglas en inglés).

 

De agallas a plantas transgénicas

Agrobacterium tumefaciens es una bacteria que se interna en los tejido de las plantas, generalmente dicotiledóneas, aprovechando cuando tienen una herida producida por un daño mecánico, provocando la aparición de una agalla debido a que tiene la capacidad de transferir material genético, un grupo de genes denominado ADN-T del plásmido Ti (inductor de tumores) al genoma de la célula blanco, que se expresan para la producción de compuestos nitrogenados como las opinas, fuente de nitrógeno exclusiva para la bacteria y de reguladores de crecimiento como auxinas y citocininas que llevan a una alta división celular, sin diferenciación celular, responsable de la formación de tumores. Este mecanismo de inserción de genes es una herramienta biotecnológica para la obtención de plantas transgénicas, tal es el caso de los plásmidos de A. tumefaciens que son construidos en el laboratorio con genes específicos para que las plantas presenten características novedosas como la producción de un compuesto o resistir ante el ataque de patógenos, a herbicidas y a ciertos tipos de estrés como altas y bajas temperaturas, salinidad y sequía, principalmente.

Son amplias las técnicas, procesos y beneficios que se logran con las herramientas biotecnológicas. El conocimiento en esta área va aumentando conforme pasan los años, dejando alternativas amigables con el medio ambiente, productos y nuevas aplicaciones. Hay bacterias que explotamos para nuestro beneficio.

 

 

 

Para Saber Más: 

Sánchez-Cuevas M.C. (2003). «Biotecnología: Ventajas y desventajas para la agricultura». Revista UDO Agrícola, 3(1):1-11. http://www.bioline.org.br/request?cg03001

 

Huertas R.A.P. (2010). «Bacterias ácido lácticas: Papel funcional en los alimentos». Biotecnología en el sector agropecuario y agroindustrial, 8(1):93-105.

https://revistas.unicauca.edu.co/index.php/biotecnologia/article/view/724/352

 

Lara A.R. (2011). «Producción de proteínas recombinantes en Escherichia coli». Revista Mexicana de Ingeniería Química, 10(2):209-223.

http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-27382011000200006&lng=es&tlng=es

 

Luis Alberto Ayala Ruiz. Estudiante del Programa Institucional de Maestría en Ciencias Biológicas, Área Temática de Biotecnología Alimentaria, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.

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Patricia Ríos Chávez. Profesora Investigadora Titular C del Laboratorio de Fitobioquímica, Facultad de Biología, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.

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