Elva Yadira Quiroz Rocha, investigadora residente del Centro de Ciencias Genómicas de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), identificó el sistema que permite a la bacteria Azotobacter vinelandii –presente en suelos y raíces de plantas– multiplicar por 10 su capacidad para producir dos tipos de plásticos biodegradables o biopolímeros, de extraordinaria pureza y nulo impacto ambiental.

Ese sistema hace posible a la bacteria elegir las fuentes de carbono (alimento) que posteriormente convertirá en dos tipos de polímeros –alginato y polihidroxibutirato (PHB)–, ambos de interés biotecnológico por su gran potencial de aplicación en diversos campos, así como su capacidad para ser degradados por la misma bacteria que los produce.

Esta investigación fue parte de su tesis doctoral en el Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM, con la asesoría de doctora Cinthia Núñez.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, explicó que el proyecto surgió cuando inició sus estudios de maestría en ciencias bioquímicas en el grupo de Núñez, en el IBt. Esta última le propuso estudiar una cepa de A. vinelandii modificada genéticamente (llamada GG15), la cual tenía la capacidad de producir hasta 10 veces más alginato en comparación con la cepa silvestre. Ante ello, se plantearon investigar el mecanismo de regulación de este proceso, con la finalidad de escalar la producción del polímero a largo plazo.

Según Quiroz Rocha, el mayor beneficio al lograr que alguna bacteria produzca polímeros en cantidades suficientes radica en la posibilidad de que, a largo plazo, se remplacen los plásticos derivados del petróleo, ya que las bacterias se encargan de degradarlo al usarlo como fuente de carbono, en un proceso que tardaría entre tres y seis meses.

Otro de los grandes beneficios tiene que ver con su pureza, ya que les da el potencial necesario para aplicaciones médicas, pues los polímeros de este tipo pueden ser utilizados para la generación de prótesis, pues no generan una respuesta tóxica en el organismo de los huéspedes.

En el caso particular del alginato, se prueba la introducción de células vivas para terapias celulares y una aplicación potencial similar es el encapsulamiento de sustancias, por ejemplo, para optimizar la quimioterapia, ya que encapsular la sustancia permitiría conducirla directamente a las zonas donde es necesaria, sin dañar tanto otras células.

Comida favorita

La investigadora indicó que debido a su estilo de vida libre, la bacteria prefiere alimentarse de compuestos muy simples como el acetato (vinagre común), pero los recursos que le proporciona este compuesto no le alcanzan para producir grandes cantidades de polímero. Es por esta razón que en el laboratorio se le proporcionan otras fuentes de carbono, como glucosa o sacarosa (azúcar), ya que le permiten que logre sintetizar mayor cantidad de polímeros; sin embargo, estos azúcares no son su comida favorita.

El primer hallazgo que arrojó el trabajo fue la identificación de unos reguladores moleculares, llamados CbrA/CbrB, los cuales dan a la bacteria la capacidad de detectar las fuentes de carbono presentes en el medio y decidir cuál de ellas consumirá primero (proceso conocido como represión catabólica por carbono). La falta de estos reguladores en el microorganismo impide la producción de un transportador necesario para que pueda internalizar la glucosa.

Otro de los hallazgos importantes fue que en la cepa GG15 (cepa modificada genéticamente), la ausencia del sistema CbrA/CbrB es el causante del aumento en la síntesis del polisacárido alginato, lo cual indicó que este sistema no sólo tiene la capacidad de jerarquizar la asimilación del alimento de la bacteria, sino que además regula las vías metabólicas por las cuales se producen el alginato y el PHB.