Fábricas microscópicas: la productiva E. coli

La sola mención de la bacteria Escherichia coli suele traernos más de un susto. Y no es para menos, pues algunas de sus cepas más agresivas pueden causar severas enfermedades gastrointestinales. Sin embargo, aquí hablaremos de la E. coli “buena gente”. Su presencia es dominante en la microbiota del intestino de los animales (incluidos los seres humanos). En otras palabras, se trata de una bacteria que vive y deja vivir sin causar daño alguno.

Al igual que la levadura Saccharomyces cerevisiae, E. coli es uno de los microorganismos más mimados en el mundo científico pues constituye un modelo de estudio en biología molecular y genética. Aprovechando su fácil cultivo en el laboratorio, E. coli se ha posicionado también como una fábrica celular para la obtención de algunos productos naturales.

Obtención de productos naturales en fábricas celulares

Un producto natural es un compuesto químico que proviene de la naturaleza, sintetizado por una planta, un animal o un microorganismo. Desde su descubrimiento, los productos naturales se han utilizado como medicamentos, ingredientes de alimentos y de cosméticos. La gran desventaja de extraer productos naturales directamente de sus fuentes es la limitada cantidad que se obtiene de ellos, la cual en ocasiones no logra cubrir la gran demanda que tienen ciertos productos.

Pero, ¿qué es una fábrica celular? Una fábrica celular microbiana es un microorganismo al cual se le modifica su metabolismo para que pueda producir productos naturales u otros compuestos de forma eficiente. Estos compuestos pueden incluir combustibles y químicos de interés para la industria. Uno de los objetivos de usar fábricas celulares es que se puedan obtener grandes cantidades de productos de alta calidad reduciendo costos y aumentando la eficiencia de su producción.

Analogía de una célula funcionando como una pequeña fábrica (Fuente: https://www.pinterest.com/pin/596164069407039337/)

E. coli como fábrica celular

Gracias al conocimiento de su genética y su metabolismo, E. coli es una de las bacterias más utilizadas como fábrica celular, en especial sus cepas conocidas como K12 y B. Algunas de sus ventajas son su fácil escalamiento, su rápida división y su crecimiento en altas densidades. Un buen ejemplo es su participación en la producción de biofarmaceúticos. De hecho, hasta 1980 más del 60% de la producción de proteínas para uso terapéutico eran producidas por E. coli.

También se ha estudiado la participación de esta bacteria en la síntesis de biocombustibles. Si bien E. coli no es una productora natural de compuestos como el etanol y butanol que podrían actuar como biocombustibles, se pueden incorporar los genes necesarios en ella para que puedan producir los compuestos mencionados.

¿Quiénes pueden ser fábricas celulares?

E. coli es uno de los más populares, pero no es el único microorganismo utilizado como fábrica celular. También se han usado hongos filamentosos, mohos, algas y protozoarios que tienen gran diversidad metabólica y potencial biosintético gracias a su adaptación a vivir en ambientes extremos. Algunas bacterias ácido-lácticas también han sido implementadas como fábricas celulares.

Sin embargo, no es fácil que un microorganismo se convierta en una fábrica celular. Para lograrlo, se requiere superar barreras como las bajas tasas de crecimiento de algunos microorganismos, baja tolerancia a los sustratos de cultivo y a los compuestos finales producidos, y encontrar condiciones ambientales ideales para el cultivo. E. coli tiene ventajas al ser una bacteria muy bien estudiada, aunque uno de los mayores desafíos es que no siempre es tolerante a los productos deseados y las bacterias mueren o los productos de interés son eliminados antes de que puedan recolectarlos.

Tener fábricas celulares eficientes implica que se puedan producir productos de alta calidad en ellas, en especial si son para el consumo como ingredientes de alimentos o agentes terapéuticos. Alcanzar un buen balance entre productividad y calidad del producto depende de varios factores como condiciones de cultivo, cepa utilizada para la producción y herramientas de ingeniería genética utilizadas. Por supuesto, también existen otros desafíos que incluyen la normalización y aceptación de sus productos por parte de la sociedad, que suele mostrarse aún dudosa con respecto a productos obtenidos mediante la biotecnología.

Tú qué opinas, ¿les damos una oportunidad a las fábricas celulares?

Referencias

Castiñeiras, T. S., Williams, S. G., Hitchcock, A. G., & Smith, D. C. (2018). E. coli strain engineering for the production of advanced biopharmaceutical products. FEMS Microbiology Letters, 365(15), 1–10.

Ferrer-Miralles, N., & Villaverde, A. (2013). Bacterial cell factories for recombinant protein production; expanding the catalogue. Microbial Cell Factories, 12(1), 113.

Wang, C., Pfleger, B. F., & Kim, S. W. (2017). Reassessing Escherichia coli as a cell factory for biofuel production. Current Opinion in Biotechnology, 45, 92–103.

Yang, D., Park, S. Y., Park, Y. S., Eun, H., & Lee, S. Y. (2020). Metabolic Engineering of Escherichia coli for Natural Product Biosynthesis. Trends in Biotechnology, 38(7), 745–765.

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