Cazadores de genes

Entre las limitantes al uso generalizado de biocombustibles, está el hecho de que durante su producción se generan sustancias tóxicas que matan a los microorganismos responsables de este proceso. Por otro lado, la metagenómica, ha demostrado que existe una enorme diversidad genética en la biósfera. Con esto en mente, un grupo de investigadores se dio a la tarea de identificar genes, en el medio ambiente, que mejoren la supervivencia de los microorganismos ante sustancias tóxicas derivadas de la producción de biocombustibles.

El razonamiento de los investigadores fue que si la biomasa de las plantas (la principal fuente de biocombustibles) es reciclada todo el tiempo en la biósfera, los microorganismos deben tener los medios para sobrevivir a los derivados tóxicos, así que usaron ADN aislado directamente de cuatro suelos diferentes, lo fragmentaron e introdujeron, cada fragmento por separado, en células de la bacteria modelo Escherichia coli usando vectores llamados cósmidos. Luego se evaluó la supervivencia de estas células transformadas de E. coli ante siete derivados tóxicos de la producción de biocombustibles.

Esquema que muestra el proceso de identificación de genes con alguna función particular. Modificado de Sommer et al. 2010

Se identificaron cósmidos que mejoraron la viabilidad ante todos los químicos utilizados en el estudio, y los científicos eligieron dos para caracterizarlos con más detalle. Estos fueron secuenciados y se realizó un análisis de pérdida de función, que básicamente consiste en generar una colección de cósmidos, para cada uno de los dos originales, cada uno con su secuencia de ADN interrumpida en una posición particular. Luego se repite el experimento de supervivencia ante diferentes químicos y se identifican las interrupciones que provocan una pérdida de la resistencia (de aquí el nombre del análisis), los genes que se encuentren alrededor son probablemente responsables de la resistencia. Tres genes fueron identificados, y su función fue confirmada independientemente.

Se muestra la caracterización bioinformática de cada cósmido (las flechas indican genes), y cada barra en los rectángulos inferiores indica un punto donde la secuencia fue interrumpida. Las barras rojas señalan las interrupciones que causaron una pérdida de función y las flechas rojas los genes implicados.

La metodología de este estudio, es realmente sólo una extensión de las técnicas de la genética y la biología molecular clásicas, pero con el enfoque de la metagenómica y la biología sintética adquiere una relevancia especial. Al menos uno de los tres genes identificados es de función desconocida y para los otros dos sólo hay inferencias bioinformáticas; el mecanismo mediante el cuál mejoran la supervivencia de E. coli es desconocido así como el organismo del que provienen; sin embargo, desde el punto de vista modular de la biología sintética, tomada de la ingeniería electrónica, esto es irrelevante, lo importante es que tienen una función clara y predecible, y que pueden ser usados en el diseño de organismos para la producción de biocombustibles.

Por último, este trabajo confirma que existe una multitud de funciones potencialmente útiles en la biósfera, y que enfoques organismo-independientes pueden permitirnos acceder a muchas de ellas.

Referencias:

• Sommer et al. "A functional metagenomic approach for expanding the synthetic biology toolbox for biomass conversion" (2010). Molecular Systems Biology 6:360.