Bacterias caza-herbicidas

Las bacterias comunes de laboratorio se han convertido en basureros capaces de buscar y destruir el herbicida conocido como atrazina, un contaminante ambiental que puede ser peligroso para la vida salvaje. La clave para la transformación reside en la combinación de un interruptor sintético que permite a las bacterias perseguir el componente químico, así como un gen tomado de otra especie de bacterias para descomponer la atrazina.

Algunas bacterias salvajes han desarrollado la capacidad de metabolizar la atrazina. Mediante el uso de un método perteneciente al campo de la biología sintética, un equipo de la Universidad Emory en Atlanta acaba de dotar a una cepa sintética de E. coli con la capacidad de cazar a la atrazina y metabolizarla.

Las bacterias normalmente usan proteínas sensoriales llamadas quimiorreceptores para detectar los productos químicos en el ambiente. La reestructuración de uno de estos receptores en una proteína de diseño que reconozca la atrazina sería un reto enorme. Por tanto, en vez de eso Justin Gallivan y su equipo se centraron en el ARN para desarrollar una molécula que se vinculase a la atrazina y conocida como ribollave ('riboswitch').

"Una ribollave es un trozo de ARN que se une a una pequeña molécula y cambia de forma al hacerlo, lo que conduce a un cambio en la expresión génica", explica Gallivan. Su grupo utilizó un novedoso proceso de selección para sintetizar y desarrollar una ribollave nueva desde cero en el laboratorio. Al acoplar la ribollave a un gen que controle el movimiento se permite que las bacterias se muevan hacia la atrazina más cercana.

El equipo sintetizó mil billones (10^15) de trozos de ARN, cada uno de ellos con una secuencia ordenada de forma aleatoria de 40 nucleótidos, y probaron su capacidad para adherirse a la atrazina. Después de repetir esto varias veces, y extrayendo todo el ARN que se vinculaba al producto de la descomposición de la atrazina, los investigadores llegaron a una selección de secuencias mucho más pequeña, y todas ellas se adherían a la atrazina.

La ribollave también tiene que ser capaz de cambiar de forma de tal manera que sólo permita que la proteína se mueva cuando está presente la atrazina. El equipo de Gallivan fusionó las secuencias capaces de unirse a la atrazina con otra gran selección de secuencias de ARN al azar. Cada una de ellas era una candidata potencial para cambiar de forma de manera correcta. A continuación colocaron todo sobre la bacteria E. coli, y comprobaron qué bacterias mostraban la capacidad de moverse cuando la atrazina estaba presente.

Las bacterias que pasaron esta prueba resultaron llevar la misma secuencia de interruptor. A través de análisis bioquímicos del ARN adicionales el equipo de Gallivan demostró que el interruptor funciona evitando que la maquinaria celular de producción de proteínas acceda al ARN mensajero del gen de movimiento a no ser que la adhesión a la atrazina cambie la forma del interruptor y, por tanto, libere el punto de acceso.

Para el paso final, el equipo también dotó a las bacterias portadoras de interruptores con un gen degradador de la atrazina procedente de especies de bacterias diferentes. Las bacterias resultantes demostraron su comportamiento de búsqueda y destrucción mediante la formación de anillos en placas de Petri cubiertas con atrazina a medida que avanzaban hacia la atrazina y la eliminaban de la placa.

Gallivan admite que hay varios obstáculos que superar antes de que sus bacterias reprogramadas puedan limpiar la contaminación de atrazina fuera del laboratorio. Por un lado, las células se atoran una vez que se han comido toda la atrazina. Esto podría resolverse mediante la reingeniería del interruptor para que las bacterias dejen de moverse una vez que encuentren atrazina y empiecen de nuevo una vez que la hayan eliminado. Quizá el sistema también tendría que ser trasplantado en bacterias más resistentes que fueran capaces de sobrevivir en las duras condiciones existentes en los sitios contaminados, y puede que sean necesarias más modificaciones para mejorar la sensibilidad a la atrazina.

John Simon, perteneciente a firma consultora internacional WSP Environment & Energy, afirma que incluso con una mayor sensibilidad, "probablemente la mayor aplicación de este método de remedio biológico contra la atrazina sería en aquellos lugares donde se fabrica el componente químico o se gestiona de forma concentrada—porque de lo contrario el área es tan extensa que sería difícil llevarlo a cabo a nivel económico".

Simon cree que cualquier aplicación fuera del laboratorio está muy lejos aún de implantarse debido a las preocupaciones en cuanto a la reglamentación de los organismos genéticamente modificados.

Víctor de Lorenzo, desde el Laboratorio de Microbiología Ambiental Molecular en Madrid, comparte esta preocupación, aunque cree que el uso de biología sintética para equipar a los organismos modificados genéticamente con funciones específicas y altamente controladas es una buena manera de abordar las cuestiones de seguridad. "Es una demostración increíblemente interesante sobre cómo se pueden reestructurar y reprogramar eficazmente las bacterias para hacer que se comporten de la forma que deseemos", señala.

Dick Warren, profesor de ciencia del suelo en la Universidad del Estado de Ohio, afirma que el "enfoque es muy interesante y sin duda tiene un gran potencial para una mayor extracción de atrazina en sitios contaminados".

Fuente: Technology Review