En estos días, la biología molecular es uno de los campos más interesantes de la ciencia, y eso no es solo porque sea biólogo molecular
Lejos de ser un grupo de investigadores que miran a través de microscopios para averiguar de qué están hechas las células, el campo tiene algunas de las tecnologías más sofisticadas. Además, ha contribuido a algunas de las capacidades más increíbles de la ciencia y la medicina, desde terapias génicas dirigidas hasta pruebas de alta sensibilidad para detectar COVID-19.
Una de las áreas realmente interesantes de la biología molecular es la biología sintética, que es el estudio de cómo organismos como las levaduras y las bacterias se pueden "modificar" genéticamente para producir un compuesto de interés. Por ejemplo, una levadura que normalmente come azúcar y produce el alcohol que se usa en la cerveza se puede alterar genéticamente insertando nuevos genes en su genoma para que produzca un compuesto distinto del alcohol.
Existen innumerables aplicaciones para la biología sintética. Solía haber mucho interés en usarlo para producir biocombustibles, como una alternativa a obtenerlos de la Tierra, y aunque ciertamente pueden hacer esto, la industria del combustible encontró que el margen de beneficio era demasiado pequeño para respaldarlo a gran escala. Hoy en día, las empresas están muy interesadas en utilizar la biología sintética en otras áreas más factibles, como el desarrollo de fármacos o la obtención de ciertos compuestos difíciles de aislar. El área más prometedora es el uso de organismos para fabricar productos químicos básicos, que son sustancias químicas que se utilizan en otros productos para los consumidores, como los cosméticos, lo que es especialmente útil cuando los procesos convencionales son demasiado costosos o, lo que es más importante, perjudiciales para el medio ambiente. El beneficio es que puede producir los productos químicos en grandes cantidades, utilizando fuentes renovables, como carbono o caña de azúcar.
Aquí hay cinco formas en las que la biología sintética está teniendo un impacto significativo y está reduciendo el uso de animales y plantas para generar productos químicos de alta demanda.
Un compuesto ampliamente utilizado en la industria cosmética es el escualeno, que es una buena base para humectantes y también se usa en productos para el cabello, aceites de baño, maquillaje y protectores solares. Su principal fuente durante muchos años fue la extracción del aceite de hígados de tiburón. Debido a su uso en una gama tan amplia de cosméticos, los tiburones fueron cazados únicamente por su escualeno. Puede obtenerse de plantas , como aceitunas y salvado de trigo, pero es más difícil y costoso que cazar tiburones.
Ingrese a la biología sintética: los investigadores pueden usar la levadura S. cerevisiae que consume azúcar y produce el alcohol en la cerveza, el pan y el vino. Pueden introducir nuevos genes en el organismo, que afectan sus vías metabólicas para que en lugar de producir alcohol, produzca escualeno, lo que elimina por completo la necesidad de tiburones. Muchas empresas de la industria cosmética se han pasado a este método en los últimos años, de modo que la mayor parte del escualeno se produce mediante levadura en el laboratorio, lo que evita un gran número de tiburones, muchas de las cuales están en peligro de extinción.
Otro gran cambio que ha ocurrido en los últimos años es la fabricación del medicamento contra la malaria, la artemisinina. El fármaco es especialmente valioso en África, donde la malaria sigue siendo un riesgo grave y la artemisinina es el tratamiento de primera línea. Anteriormente se extraía del árbol de ajenjo dulce chino en un proceso difícil que se produjo a expensas de una gran cantidad de árboles de ajenjo y fue un cuello de botella en el suministro, lo que impidió que algunas personas que necesitaban el medicamento lo obtuvieran. Una empresa en la que trabajé como investigador encontró una forma de hacer artemisinina a partir de levadura, en un proceso similar al mencionado anteriormente, utilizando un método de alto rendimiento (alto rendimiento). Lo bueno es que el proceso redujo significativamente el costo del medicamento, hasta $ 0.50 por dosis. La producción de artemisinina se ha cambiado en gran medida a este método: no es del 100%, pero es suficiente para saturar el mercado y satisfacer la demanda. En este caso, además de los beneficios ecológicos y económicos, el beneficio para la salud pública es muy claro.
La mayoría de la gente está familiarizada con el metano como un compuesto dañino que representa una amenaza significativa para el planeta. Proviene de granjas de vacas, vertederos y fracking, entre otros, y aunque se produce en cantidades más pequeñas que el dióxido de carbono, en realidad es cuatro veces más denso, por lo que a medida que se van los gases de efecto invernadero, es más dañino. Pero al igual que el dióxido de carbono, a medida que se libera en el ecosistema, queda atrapado y conduce al cambio climático.
Otra empresa en la que trabajé usaba un tipo de bacteria a la que le gusta comer metano (metanótrofos), que, dependiendo de lo que produzcan como subproducto, podría ser una solución prometedora al problema del metano. Y, de hecho, las bacterias fueron diseñadas para producir una sustancia química que no solo es menos dañina, sino que en realidad es valiosa: el isobutanol, que se utiliza como aditivo de combustible diesel y se produce típicamente mediante una síntesis química cruda. Entonces, las bacterias proporcionan una forma de secuestrar y convertir el metano en un químico útil, que esencialmente alimenta a dos pájaros con una semilla, por así decirlo.
Un compuesto que ha ganado mucho impulso en los últimos años es el cannabidiol (CBD), que es el compuesto medicinal de la planta de marihuana (el tetrahidrocannabinol, o THC, es el componente psicoactivo, que no queremos en los medicamentos). Las variedades modernas de marihuana suelen tener un contenido de THC mucho más alto que el CBD (30 % frente a 5 %, respectivamente), lo que no es genial. Y si bien existen varios métodos para extraer CBD de la planta, a menudo son costosos, peligrosos, ineficientes o corren el riesgo de contaminarse con THC.
La biología sintética puede resolver estos problemas generando CBD en el laboratorio, utilizando levadura a la que se le han insertado genes de la planta de cannabis en sus genomas. Primero, se produce el compuesto "madre" tanto del CBD como del THC, el ácido cannabigerólico, y luego se convierte en CBD en otro paso. Los investigadores que desarrollaron el método también descubrieron que se puede diseñar la levadura para crear otros compuestos cannabinoides, lo cual es útil ya que se desconocen muchas de sus funciones. Con respecto al CBD, el uso de biología sintética es un método más rentable y que no tiene el riesgo de contaminación que plantean otros métodos.
Finalmente, un área realmente emocionante es la producción de carnes y leches de origen vegetal que saben cada vez más a la auténtica (piense en Impossible Burger, que "sangra" cuando la cocina, o en la leche Perfect Day, que se deriva de microbios y sin lácteos). Estas empresas son realmente empresas de biología sintética en el fondo, ya que para desarrollar sus productos, pasaron mucho tiempo aislando varios hemes (hierros) y proteínas, utilizando levadura modificada, lo que contribuye a la apariencia de la carne o los productos lácteos.
Para desarrollar una fórmula para carne falsa, por ejemplo, los investigadores producirían ADN personalizado para poder mejorar la producción de las cepas de levadura de forma iterativa. Una vez que llegaron a la cepa del “niño dorado”, pudieron hacer grandes cantidades en fermentadores de 500.000 litros, y luego separar la proteína del caldo y reconstruirla en productos similares a la carne. Es posible que la gente no quiera conocer todos los detalles, es un poco como ver cómo se hace su salchicha (vegetariana), pero la ciencia es de vanguardia. Si más personas cambian a estos productos, no solo se salvarán muchas vidas animales, sino que también se podría reducir la dependencia de la industria del petróleo, ya que algunas sustancias químicas que se utilizan en los alimentos procesados de origen animal a menudo se derivan del petróleo.
Aunque todas estas áreas son increíblemente emocionantes y tienen el potencial de tener importantes beneficios ecológicos, siempre hay pros y contras que aún deben sopesarse; una consideración en estos métodos es la cantidad de tierra requerida para cultivar azúcar o maíz como combustible para el cultivo. organismos. La mayoría de las veces, los beneficios para la tierra superan a los inconvenientes, pero es importante tener en cuenta el equilibrio.
En el futuro, la ciencia se moverá cada vez más en estas direcciones, y las empresas se preguntarán qué problemas económicos y ambientales pueden resolver y desarrollarán microbios para aliviar el estrés en el medio ambiente, la economía y la cadena alimentaria, y para mejorar la salud pública. Tengo suerte porque he visto este trabajo desde muchos ángulos: en mis puestos anteriores, estaba profundamente involucrado en trabajar en un solo proyecto en el laboratorio; ahora tengo un puesto en el que trabajo con muchas empresas, aprendiendo a un alto nivel lo que están haciendo en diferentes áreas y manteniéndome al tanto de las últimas investigaciones. Algunas aplicaciones son especialmente futuristas, incluido un desarrollador que experimenta con el uso de microbios para generar una película súper delgada y plegable que se usa en pantallas táctiles.y podría ayudar a que los teléfonos y otros dispositivos sean aún más delgados y flexibles en el futuro. Entre las implicaciones ecológicas, sanitarias y tecnológicas de la biología sintética, es un buen momento para estar en el campo y ver, y compartir, las interesantes aplicaciones que se avecinan.
Traducción: Cecilia González P.
Publicado: 30 de septiembre de 2021
Fuente: One Green Planet
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