{"id":557,"date":"2020-06-30T11:40:00","date_gmt":"2020-06-30T10:40:00","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/?p=557"},"modified":"2020-06-30T11:40:00","modified_gmt":"2020-06-30T10:40:00","slug":"bacterias-alteradas-para-convertirlas-en-factorias-quimicas-controladas-por-luz","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/2020\/06\/30\/bacterias-alteradas-para-convertirlas-en-factorias-quimicas-controladas-por-luz\/","title":{"rendered":"Bacterias alteradas para convertirlas en factor\u00edas qu\u00edmicas controladas por luz."},"content":{"rendered":"\n

Me gusta la ciencia ficci\u00f3n. Siempre lo ha hecho y junto con la ciencia es una de mis actividades favoritas. Hace algunos a\u00f1os, cuando empezaba a leer ciencia ficci\u00f3n, se imaginaban sistemas de tama\u00f1os planetarios para fabricar cosas, porque le\u00eda sobre todo obras escritas en los 70 y 80. Cuando me acerqu\u00e9 m\u00e1s a las obras escritas en los 90, comenc\u00e9 a ver que hab\u00eda autores que imaginaban no grandes factor\u00edas o f\u00e1bricas para producir los bienes f\u00edsicos que necesitamos o nos gustan, sino peque\u00f1as. De tama\u00f1o celular, de hecho. Se imaginaban que mediante nanorobots o c\u00e9lulas alteradas gen\u00e9ticamente, producir\u00edamos una gran cantidad de productos en estos sistemas peque\u00f1os, abaratando y simplificando considerablemente su producci\u00f3n. Los resultados que este art\u00edculo presenta nos acercan definitivamente a esa idea, pero sin manipulaci\u00f3n gen\u00e9tica.<\/p>\n\n\n\n

Lo que han logrado es hacer que bacterias que normalmente sintetizan hidrocarburos basadas en el consumo de az\u00facares puedan producir esos mismos hidrocarburos bas\u00e1ndose en la exposici\u00f3n a luz. Comienzan en la introducci\u00f3n diciendo que intentos previos de lograr el uso de estos microbios para la producci\u00f3n de hidrocarburos mediante energ\u00eda solar se basaron en la purificaci\u00f3n y refino de las enzimas necesarias y su uso fuera de las c\u00e9lulas, pero que este sistema no permit\u00eda la renovaci\u00f3n que se da en el interior de la c\u00e9lula de las enzimas, con lo que su duraci\u00f3n es limitada.<\/p>\n\n\n\n

Otra estrategia empleada anteriormente consisti\u00f3 en el uso de cepas espec\u00edficas dentro de las bacteria para producir los qu\u00edmicos deseados, pero as\u00ed se limita el rango de productos a producir adem\u00e1s de que hay problemas debido a la toxicidad de estos productos para las c\u00e9lulas en si. <\/p>\n\n\n\n

Los autores comentan que ha habido una investigaci\u00f3n muy activa tratando de encontrar la manera de activar rutas enzim\u00e1ticas definidas dentro de la c\u00e9lula desde fuera, usando campos magn\u00e9ticos, luz y otros m\u00e9todos no demasiado invasivos de interacci\u00f3n exterior con las c\u00e9lulas objetivo.<\/p>\n\n\n\n

Y ellos lo han logrado, como se muestra en la siguiente figura:<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Uso de bacterias para fabricaci\u00f3n de diversos productos qu\u00edmicos usando como materias primas agua, luz y aire mediante la selectividad por puntos cu\u00e1nticos(1). Adem\u00e1s, se puede seleccionar el producto de salida deseado seg\u00fan la longitud de onda empleada. El arco iris de la derecha es la selectividad de cada punto cu\u00e1ntico a un color espec\u00edfico, que selecciona el producto de salida. Adaptado de la fig. 1 del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Como indica la figura, las materias primas a emplear son siempre las mismas: agua,luz y aire. Lo que cambia en funci\u00f3n de la longitud de onda(el color) de la luz con la que se ilumina el grupo de bacterias es el producto de salida. Es importante resaltar que las bacterias empleadas en esta investigaci\u00f3n no realizan la fotos\u00edntesis de manera natural, es decir, no usan la luz del sol para producir ning\u00fan elemento qu\u00edmico de los que necesitan, empleando en su lugar az\u00facares. Por otra parte, debido a la naturaleza biol\u00f3gica de la formaci\u00f3n de los productos, su eficiencia no pasa del 15 – 18 %, pero la falta de residuos peligrosos en su formaci\u00f3n y facilidad de uso y manipulaci\u00f3n compensan el problema de la falta de eficiencia.<\/p>\n\n\n\n

Por otra parte, como su m\u00e9todo no precisa de la manipulaci\u00f3n gen\u00e9tica de las enzimas, en principio podr\u00eda usarse para activar funciones concretas de las c\u00e9lulas tanto para poder investigar esas funciones como para generar terapias concretas.<\/p>\n\n\n\n

El esquema general est\u00e1 basado en el uso de puntos cu\u00e1nticos(1) con una alta selectividad doble. Por un lado, a una longitud de onda o color espec\u00edfico, y por otro, a una regi\u00f3n enzim\u00e1tica de la bacteria concreta. As\u00ed, al rodear el ambiente de la bacteria con puntos cu\u00e1nticos concretos, \u00e9stos se unen a zonas espec\u00edficas de las enzimas de su interior, lo que cuando el nanopunto se excita por la luz de su longitud de onda escogida, activa la enzima para la producci\u00f3n del producto qu\u00edmico deseado.<\/p>\n\n\n\n

Por lo tanto, lo primero que hicieron los investigadores fue hacer una cuidadosa selecci\u00f3n de los nanopuntos, bas\u00e1ndose tanto en su tama\u00f1o, directamente relacionado con la longitud de onda a la que son sensibles, como su cubierta y formas externas, que generan una selectividad del nanopunto por enzimas espec\u00edficas dentro de la bacteria.<\/p>\n\n\n\n

Luego, comprobaron que los nanopuntos que hab\u00edan encontrado se fijaban d\u00f3nde quer\u00edan sintetizando el producto en el laboratorio y viendo que los puntos cu\u00e1nticos se fijaban a ese producto s\u00f3lo. Usando otros nanopuntos distintos, tambi\u00e9n biocompatibles y con capacidad de penetrar la pared celular, pero con una selectividad distinta comprobaron que s\u00f3lo los que ellos se hab\u00edan dise\u00f1ado se fijaban dentro de la c\u00e9lula al lugar escogido. Los nanopuntos que seleccionaron est\u00e1n compuestos por Cadmio y azufre con un recubrimiento de zinc y azufre, lo que favoreci\u00f3 su selectividad con la enzima que necesitaban, como se observa en la figura siguiente:<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Representaci\u00f3n de la uni\u00f3n selectiva de los nanopuntos escogidos a la enzima objetivo. Se observa que se seleccionan a trav\u00e9s de la zona exterior de la enzima. Adaptado de la fig. (2) del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Lo que se observa en la figura es que al escoger la composici\u00f3n, forma y tama\u00f1o de los nanopuntos, fueron capaces de seleccionar muy bien la parte de la enzima a la que se ligaban los nanopuntos.<\/p>\n\n\n\n

El art\u00edculo contin\u00faa explicando los diverso m\u00e9todos empleados para confirmar que la ligaz\u00f3n de los nanopuntos se produjo s\u00f3lo con las enzimas seleccionadas, desde comprobar que se produc\u00edan los productos seleccionados seg\u00fan la ruta metab\u00f3lica prevista con la adicci\u00f3n al agua en la que estaban las bacterias productos que interrumpen esa ruta y comprobar que as\u00ed se paraba la producci\u00f3n, hasta comprobaciones en el laboratorio de la ligaz\u00f3n mediante t\u00e9cnicas de espectroscop\u00eda que permiten comprobar si hay o no determinados enlaces qu\u00edmicos presentes en la muestra.<\/p>\n\n\n\n

Tambi\u00e9n es muy importante comprobar que las bacterias que absorben los puntos cu\u00e1nticos no se mueren, son viables a pesar de su presencia en el interior de las c\u00e9lulas. Para ello, los cient\u00edficos autores de este experimento emplearon varios m\u00e9todos. Primero, comprobaron el crecimiento celular tras aumentar la concentraci\u00f3n de los nanopuntos en su entorno y observaron que con aquellos que se dise\u00f1aron correctamente, las c\u00e9lulas apenas inhib\u00edan su crecimiento, mientras que con otro tipo de nanopuntos acababan parando el crecimiento de las bacterias, como muestra la siguiente figura:<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Inhibici\u00f3n del crecimiento (izquierda) y viabilidad(derecha) de las c\u00e9lulas en funci\u00f3n de la concentraci\u00f3n de las nanoestructuras. Adaptado del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Tanto la supervivencia de las c\u00e9lulas como su crecimiento indican que los nanopuntos que fabricaron no impiden que las c\u00e9lulas se reproduzcan. El empleo de otro tipo de comprobaciones les llev\u00f3 a la misma conclusi\u00f3n: los puntos cu\u00e1nticos dise\u00f1ados adecuadamente no le causan problemas en su crecimiento o supervivencia.<\/p>\n\n\n\n

Luego comprobaron que, efectivamente, la producci\u00f3n de los productos que quer\u00edan se hac\u00eda tras activar las c\u00e9lulas con la luz adecuada. Y vieron que al iluminar las bacterias que estaban en el medio con los nanopuntos adecuados, produjeron amoniaco y que al dejar las bacterias en una atm\u00f3sfera de arg\u00f3n, que no permite la producci\u00f3n de amoniaco, no lo produc\u00edan, como se ve en la figura siguiente:<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Producci\u00f3n de amoniaco y etano, seg\u00fan la bacteria, en funci\u00f3n del tipo de nanopuntos (arriba) y de la atm\u00f3sfera en la que est\u00e9n las bacterias(abajo). Adpatado de la fig. (4) del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

La producci\u00f3n de amoniaco y etano aumenta con los nanopuntos adecuados y s\u00f3lo si hay la materia prima necesaria, indicando por lo tanto que se producen en el interior de la c\u00e9lula siguiendo las rutas metab\u00f3licas previstas.<\/p>\n\n\n\n

Despu\u00e9s de demostrar que saben c\u00f3mo lograr que las bacterias produzcan los productos que ellos quieren mediante estos dos productos finales, ajustaron los nanopuntos para que fueran sensibles a distintas longitudes de onda y produjeron diversos productos finales, viendo que los rendimientos obtenidos eran una clara funci\u00f3n de la facilidades de la propia ruta metab\u00f3lica en el interior de la c\u00e9lula para fabricar estos productos: si bien las bacterias son f\u00e1bricas muy vers\u00e1tiles, esta versatilidad no es infinita, por lo que si la bacteria no tiene los instrumentos para producir un determinado compuesto, es decir, las rutas metab\u00f3licas necesarias en su interior, pues no puede producirlo.<\/p>\n\n\n\n

La verdad es que es un resultado impresionante, sobre todo por las posibilidades que ofrece: si realmente se puede escoger un gran conjunto de materiales a producir con el mismo tipo de bacterias seg\u00fan los materiales disueltos en su medio de cultivo, se puede so\u00f1ar con generar f\u00e1bricas de producci\u00f3n a la carta simplemente cambiando el nanopolvo disuelto y la luz con la que se ilumina.<\/p>\n\n\n\n

El art\u00edculo original est\u00e1 publicado en la revista Journal of American Chemical Society, J. Am. Chem. Soc.<\/em> 2019, 141, 26, 10272\u201310282<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

(1)Punto cu\u00e1ntico o nanopolvo: Estructura tridimensional tan peque\u00f1a que se comporta como un pozo cu\u00e1ntico, con una alt\u00edsima selectividad a una frecuencia de la luz de terminada, que absorbe o emite.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Me gusta la ciencia ficci\u00f3n. Siempre lo ha hecho y junto con la ciencia es una de mis actividades favoritas. Hace algunos a\u00f1os, cuando empezaba a leer ciencia ficci\u00f3n, se imaginaban sistemas de tama\u00f1os planetarios para fabricar cosas, porque le\u00eda sobre todo obras escritas en los 70 y 80. Cuando me acerqu\u00e9 m\u00e1s a las … Continuar leyendo \u00abBacterias alteradas para convertirlas en factor\u00edas qu\u00edmicas controladas por luz.\u00bb<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":378,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[2],"tags":[32,49],"class_list":["post-557","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-articulo-interesantes","tag-ingenieria","tag-quimica"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/557","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/users\/378"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=557"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/557\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=557"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=557"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=557"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}