Crean método para que las bacterias sean más eficientes

Con un método de vanguardia que combina química, biología, computación y uso de algoritmos, un grupo de expertos del Centro de Ciencias Genómicas (CCG) modifica bacterias naturales para hacer más ligera su estructura molecular y más eficientes sus funciones como productoras de moléculas de interés comercial.

El procedimiento, publicado en la revista Nature Chemical Biology, denominado ReProMin (acrónimo en inglés de Minimización del Proteoma basado en Intervenciones Regulatorias), inhibe en bloque las funciones de ciertas proteínas que la bacteria usa en su vida silvestre para adaptarse a diversos ambientes y condiciones, pero que son innecesarias cuando el entorno donde se cultivan es totalmente controlado, como sucede en un laboratorio.

“Trabajamos con la bacteria Escherichia coli (E. coli), que vive en nuestros intestinos o en el suelo, y que es un modelo científico muy estudiado. Conocerla a detalle nos ayuda a intervenir en ella y hacer modificaciones para que produzca con mayor eficiencia ciertas moléculas en el laboratorio”, explicó José Utrilla Carreri, investigador del grupo de Biología de Sistemas y Biología Sintética de esa instancia universitaria.

De manera natural, E. coli tiene alrededor de cuatro mil 600 genes, de los cuales entre dos mil y dos mil 500 se expresan mediante proteínas en su vida silvestre. Pero al utilizar a la bacteria en laboratorio como una fábrica molecular, se requieren solamente unos 650 genes para que viva y se multiplique.

“Potencialmente, de las dos mil proteínas que se expresan podríamos quitar más de la mitad: mil en teoría sin problema. Es lo que hicimos, primero predecir cuáles son las funciones necesarias, luego buscar las que no lo son y conseguir la manera más eficiente de quitarlas, que es parte de la novedad del método. Buscamos la forma de apagar una gran cantidad de genes sin tener que hacer todas las mutaciones de cada uno de ellos”, abundó.

Al suprimir funciones de la bacteria, ésta se aligera y realiza de mejor manera el trabajo de interés para los científicos, que es producir ciertas moléculas de importancia comercial.

Quitar proteínas, el objetivo

Utrilla detalló que los genes están codificados en el genoma, en el ADN de la bacteria; se transcriben en ARN y luego se traducen en proteína. “Lo que nos interesa es quitar las proteínas, lo más costoso de producir para la bacteria. En estos pasos para ir de ADN a ARN y luego a proteína, funcionan las redes de regulación, que son proteínas que se pegan al ADN para saber qué genes se expresan y se transcriben en ARN y proteína”.

Los especialistas del CCG buscan a las proteínas reguladoras que activan funciones completas; así pueden prescindir de una de ellas que acciona a 20 o 30 genes, y eso es más eficiente que quitar a cada gen. “Nosotros retiramos tres reguladores, que nos permiten apagar un grupo grande de genes”.

Junto con sus colegas, estudiaron la red de regulación y la emplearon en su procedimiento, que es de computación y busca cuál es la mejor combinatoria de un cierto número de mutaciones para maximizar la cantidad de proteoma que separan.

“La primera parte del trabajo es totalmente computacional porque usamos la red de regulación y los genes que son regulados. Con datos disponibles de proteómica cuantitativa les asignamos un peso a cada uno de estos genes, pues lo que nos interesa es quitar más peso.

“Es como si quisiéramos simplificar una máquina sacándole piezas porque la queremos hacer más ligera. En lugar de eliminar tornillos pequeños hay que extraerle una pieza grande, pues el objetivo es hacerla menos pesada. Nosotros vemos a las proteínas como peso porque consumen recursos de la bacteria.”

El algoritmo que emplean busca las combinaciones que quitan más carga proteómica y predice cuál es la mejor combinación de tres, cuatro o cinco reguladores.

Utrilla señaló que una bacteria aligerada tiene más capacidad de biosíntesis, que normalmente utiliza para producir sus propios componentes para dividirse y replicarse a sí misma.

“Cuando les quitamos esos elementos que en el laboratorio no les sirven, tendrán más presupuesto para hacer los componentes que nosotros introducimos y que son funciones artificiales”, comentó.

Entre las moléculas que pueden producirse en la bacteria E. coli se encuentran precursores para vacunas, enzimas como la insulina, bioplásticos o biosensores.