Biotransformaciones microbianas contra la huella ecológica

Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 4 de mayo de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Científicos en la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec) buscan aprovechar las herramientas metabólicas de diversos microorganismos, desarrolladas a través de su historia evolutiva, para modificar compuestos orgánicos y aprovecharlos en diversos sectores industriales.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, la doctora Mónica Lizeth Chávez González, candidata al Sistema Nacional de Investigadores (SNI), profesora investigadora, integrante del cuerpo académico Nanobiociencias y del Departamento de Investigación en Alimentos (DIA), en la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec, detalla la importancia de las biotransformaciones microbianas y su investigación dentro de la institución.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Qué son las biotransformaciones microbianas?

Mónica Lizeth Chávez González (MLCG): Los microorganismos han sido expuestos a una amplia gama de sustratos y condiciones medioambientales a través de la evolución y esto ha llevado a que estos microorganismos tengan incontables metabolitos y actividades enzimáticas diversas. Las biotransformaciones microbianas tratan o versan sobre emplear precisamente las herramientas metabólicas alcanzadas por estos microorganismos, a través de su historia evolutiva para lograr sobrevivir.

Hacemos uso de las actividades que tienen estos microorganismos para poder realizar modificaciones químicas a una amplia variedad de compuestos orgánicos. Estas biotransformaciones se dan de una manera muy específica, dependiendo del compuesto orgánico que nos interese, podemos tener reacciones sencillas de un solo paso o de múltiples pasos, para lo que hacemos uso de un microorganismo para lograr estas biotransformaciones, también denominadas transformaciones microbianas o bioconversiones.

AIC: ¿Cuál es su importancia científica?

MLCG: En la actualidad, la sociedad está desarrollando una mayor conciencia acerca de nuestra huella sobre el medio ambiente. Desde este punto de vista, numerosos esfuerzos se han hecho desde diferentes trincheras para lograr aminorar los impactos ambientales, una de estas es el empleo de las biotransformaciones, ya que existe la necesidad de tener ciertos tipos de productos que nos ayudan a tener la vida actual, ya sea en el área de la salud, la alimentación, entre otros.

Aspergillus niger GH1.Este tipo de productos o compuestos, que son de nuestro interés como seres humanos, pueden obtenerse de dos maneras, ya sea por síntesis química o por biotransformaciones. Por lo que estas últimas juegan un papel importante ya que, a diferencia de la síntesis química convencional, constituye una manera de obtener los compuestos de forma más limpia, más amigable con el medio ambiente y esto va a hacer que se vayan desplazando muchos procesos químicos, en donde hay una gran cantidad de solventes o reacciones catalíticas muy severas; que las vayamos eliminando poco a poco por establecer procesos donde utilicemos microorganismos que se caracterizan por crecer en temperaturas moderadas y condiciones de pH casi neutro. Esto nos lleva a que podamos desplazar a través de las biotransformaciones muchas reacciones químicas que puedan ser tóxicas.

AIC: ¿Qué investigaciones han realizado en el DIA sobre este tema?

MLCG: Tenemos experiencia en el aprovechamiento de residuos de la industria citrícola para la obtención de compuestos que tienen estructuras químicas muy peculiares, o que puedan ser considerados como reactivos o moléculas base para lograr obtener compuestos de mayor interés. Si bien ya existen compuestos muy interesantes dentro de estos residuos, estos tienen ciertas peculiaridades en su estructura química que los hacen deseables para ser utilizados en otros procesos como materia base. Nos hemos centrado en la obtención de estos compuestos, en lograr establecer condiciones de biotransformación adecuada donde los microorganismos puedan utilizar estas moléculas y hacerles la modificación en condiciones de temperatura de los 30 grados, con pH casi neutros.

Se ha trabajo básicamente en el aprovechamiento de monoterpenos, compuestos que pueden ser obtenidos a través de los aceites esenciales, que son los responsables de dar los olores característicos en los cítricos, estas estructuras sabemos que están bien documentadas pero, además de eso, tienen el potencial, por poseer estructuras químicas con dobles ligaduras, a ser susceptibles a reacciones catalíticas para generar compuestos de interés comercial.

Por ejemplo, existe una estructura modelo, el limoneno, y esa estructura puede ser convertida en otros derivados terpenoides que son más apreciados industrialmente porque se utilizan como precursores para la síntesis de fármacos contra el cáncer, como aditivos alimentarios, en la industria de la perfumería con ciertos olores peculiares que da este tipo de compuestos; además de ser utilizada la estructura derivada de este compuesto como control de plagas en diversos cultivos. Entonces, el hecho de tener una molécula de este tipo nos da versatilidad de aplicación en diversas áreas dependiendo del tipo de modificación química que se le haga a la molécula.

En este caso, el limoneno te puede dar muchos derivados dependiendo de las modificaciones que los microorganismos hagan de la estructura, la aplicación es muy variada.

AIC: ¿Qué resultados han obtenido en estos proyectos?

MLCG: A partir de esto, se ha logrado establecer condiciones de biotransformación, por ejemplo, se sabe que los monoterpenos son moléculas bastante tóxicas para muchos microorganismos, pero hemos logrado obtener cepas que tienen las capacidades metabólicas para poder utilizar esta estructura como sustrato de reacción y llevar a cabo las transformaciones químicas.

Se han llegado a encontrar condiciones de producción de compuestos específicos, por ejemplo, la producción de carveol que se utiliza como fragancia, como aditivo alimentario. Este compuesto también es utilizado como quimiopreventivo contra cáncer de mama, hay algunos reportes al respecto.

AIC: ¿En qué sectores industriales tiene aplicación?

MLCG: La industria farmacéutica; creo que en los últimos años han ganado gran interés y gran terreno las biotransformaciones dentro del área farmacéutica; en la industria alimentaria, para obtener aditivos alimentarios específicos; para la producción de plásticos que son utilizados en la industria automotriz. En la industria de la perfumería puede ser obtenido este tipo de compuestos a partir de los microorganismos como y para fragancias específicas.

AIC: ¿Cuál es el futuro de este tema y qué proyectos tienen contemplados?

MLCG: A este tema le veo un futuro prometedor porque considero que la química como ciencia está atravesando un periodo de cambios que van en pro de eliminar procesos que hacen uso de grandes cantidades de solventes o catálisis extremas, que el uso y el entendimiento del metabolismo de los microorganismos constituye una promesa para la obtención de compuestos de interés en diversas áreas.

Seguimos en el proyecto, enfocados en estudiar los grupos de moléculas naturales, tipo terpenoide, para la obtención de ciertos productos orgánicos específicos; trabajar en incrementar los rendimientos, mejorar las condiciones de biotransformación y utilizar sistemas nanoparticulados para lograr la recuperación de las biomasas que están actuando.

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