Los científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de EE. UU. Han demostrado un método para insertar genes en una variedad de microorganismos que anteriormente no aceptaban ADN extraño, con el objetivo de crear microbios personalizados para descomponer las plantas para la bioenergía.
por Kimberly A Askey, Laboratorio Nacional de Oak Ridge
Los microbios son las formas de vida más abundantes en la tierra. Influyen en el crecimiento de las plantas, digieren los alimentos en el intestino humano, transforman los contaminantes en el medio ambiente y realizan una serie de otras funciones que afectan la vida cotidiana.
Los investigadores del Centro de Innovación Bioenergética (CBI) del DOE en ORNL están aprovechando el poder de los microbios para convertir la biomasa no alimentaria como los tallos de maíz, el pasto y el álamo en biocombustibles y bioproductos. Para aumentar la eficiencia del proceso de conversión, se necesitan microbios que puedan descomponer la celulosa y fermentarla en biocombustibles en un solo conjunto de reacciones. Apodado bioprocesamiento consolidado (CBP), este enfoque mejora la economía de la producción de biocombustibles.
Aunque el equipo de CBI ha demostrado la viabilidad del bioprocesamiento consolidado, necesitan mejores microbios para lograr mayores rendimientos de biocombustibles. El objetivo: los microbios que comen celulosa para producir los combustibles deseados y prosperar en entornos de alta temperatura sin oxígeno.
Mejorar o introducir rasgos objetivo en estos microbios más inusuales puede ser un desafío. Hay pocas herramientas disponibles para diseñar microbios que no sean modelos, y los organismos han desarrollado mecanismos de defensa que pueden frustrar los intentos de insertar nuevos genes.
Falsificación de firmas
Con el objetivo de evitar virus, estos mecanismos de defensa protegen a los microbios contra la copia involuntaria de ADN extraño. Para distinguir su propio ADN de los demás, cada microbio coloca un grupo metilo en un puñado de secuencias de ADN específicas. Estas secuencias metiladas son exclusivas del organismo y actúan como una firma. Las enzimas especiales llamadas enzimas de restricción patrullan la célula y mastican cualquier ADN que carece de grupos metilo en las secuencias de firma.
Guss y su equipo han demostrado una forma de aprovechar este sistema de defensa para convencer a los microbios para que acepten el ADN de bioingeniería como propio.
Usando dos métodos de secuenciación, los científicos primero identificaron las secuencias características de un microbio y las enzimas que las metilan. Luego expresaron las enzimas, conocidas como metiltransferasas, en un microbio de laboratorio común, E. coli . Con las metiltransferasas correctas en su lugar, E. coli puede hacer copias de ADN con los patrones de metilación esperados, asegurando que el microbio objetivo acepte y use el nuevo ADN.
Los investigadores publicaron recientemente su método y los resultados del experimento que validan que el gen que insertaron en Clostridium thermocellum ATCC27405, un organismo CBP que ha sido difícil de transformar, en realidad funciona como se esperaba. Han tenido un éxito similar con otras diez especies y contando. Estas especies eran previamente imposibles para la ingeniería genética.
Guss prevé muchos beneficios de este método de domesticación rápida para la investigación aplicada y básica, especialmente en la identificación de la función génica. Con este enfoque, los científicos pueden eliminar o sobreexpresar genes de interés en microbios para determinar cómo afecta eso a los rasgos de los organismos. Además de la bioenergía, el método puede emplearse en investigaciones biomédicas y otras investigaciones fundamentales.
«Lo que Adam y su equipo han hecho es eliminar uno de los principales obstáculos para transformar estos organismos», dijo el científico jefe del CBI, Brian Davison. «Esto abre la puerta para tomar estos microbios con rasgos realmente difíciles de replicar y poder sintonizarlos para hacer más de lo que queremos, como aumentar los rendimientos de biocombustibles»
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