Manexo xenético e novos procesos industriais
1990/11/01 Ugalde, U.O. | Dickson, R.C. Iturria: Elhuyar aldizkaria
Procesos biotecnológicos
Os beneficios que o ser humano obtivo a través dos procesos biolóxicos sempre xeraron un interese especial na sociedade, tanto polo seu misterio como polo seu carácter artesanal. Estes descubrimentos baséanse na análise dos resultados de fenómenos naturais comúns e propios. Por tanto, o ser humano non produciu "" estes procesos, senón que manexou as condicións naturais para que eses procesos prodúzanse por si mesmos ou mellor dito de forma natural.
Dise que o descubrimento da cervexa produciuse cando os fenicios transportaban a fariña en grandes recipientes e déronse conta de que cando se mollaba a fariña producíase una serie de procesos e producíase alcol (cervexa). Era obra de Fermento. O descubrimento inicial foi manipulado ao longo dos anos até alcanzar o proceso que coñecemos na actualidade. A cebada senta alerta, é dicir, se maltea "", liberando máis azucre antes da fermentación con fermento.
Outros procesos de transformación biolóxica como o queixo, o viño e os antibióticos evolucionaron de forma paralela.
En todos estes procesos hai que diferenciar claramente dous elementos ben distintos: o medio ou substrato e o microorganismo que produciu a alteración.
O medio necesita dos compoñentes químicos adecuados paira o seu asimilación e transformación. A súa concentración, temperatura, pH, etc. teñen una influencia fundamental no progreso do proceso. Por outra banda, o microorganismo pode considerarse un catalizador moi complexo, coordinando un gran grupo de reaccións. O potencial do microorganismo é moi variable e depende das condicións de reacción.
Podemos pór como exemplo o caso da cervexa antes mencionado. A presenza ou ausencia de osíxeno durante o proceso condiciona o resultado final que se obterá, é dicir, si o fermento produce una síntese de material celulósico ou alcol.
Tendo en conta estes dous elementos principais (o medio e o microorganismo), e a pesar da gran complexidade dun deles, o home conseguiu dominar os procesos biolóxicos. Con todo, a pesar de que o ser humano soubo realizar microbiología, recolleu estes procesos con gran misterio e non coñeceu até hai pouco o porqué e o núcleo dos mesmos.
Ao longo deste século, descubríronse moitos misterios sobre estes organismos. As reaccións na base dos metabolismos enerxéticos diluíronse na década de 1930. En 1940 descubriuse a natureza química da molécula e a información celular que esta contén, denominada ADN. Posteriormente, pronto se descifrou o código xenético e o seu mecanismo de devolución ás funcións celulares. Aínda estamos lonxe de coñecer exactamente a complexidade desta función celular, pero é certo que o ser humano está a dar grandes e rápidos pasos paira lograr ese obxectivo espectacular.
Camiño do manexo
Non fai máis de quince anos que se descubriron encimas bacterianas paira cortar selectivamente secuencias moi concretas do ADN. Era un sistema paira defenderse dos virus que atacan. Cada bacteria ten unha chea de encimas, coñecidas como endonucleasa de corte como sistema inmunitario.
Fóra destes achados atópanse as encimas capaces de unir e reparar as partes do ADN afectadas. Estas encimas denomínanse ligasas.
Outro dos achados de gran importancia foi o dos plásmidos. Estes son fragmentos redondos de ADN que, á parte dos cromosomas, atópanse en grupos dentro da célula. Por iso e ao non estar no núcleo chámaselles ADN satélite.
As endonucleasas de corte, ligasas e plasmidos son tres ferramentas básicas paira o manexo xenético dun organismo.
O ADN dun organismo, mediante unha endonucleasa de corte, pode dividirse en pequenos fragmentos. O número de fragmentos dependerá das secuencias de 4-6 bases coñecidas por cada tipo de encima. Se as partes teñen suficiente lonxitude, poden conter un ou varios xenes.
Do mesmo xeito que a endonucleasa é capaz de fragmentar o ADN, un plasmido circular pode "abrirse" e converterse en ADN lineal, pero ao engadir una ligasa pódese "pechar" de novo devandito ADN, reformando a estrutura circular do plasmido. Se esta reparación do plásmido producísese fronte ás partes de ADN que mencionamos no último parágrafo, algúns plasmidos veríanse pechados pola captación dunha ou varias partes do ADN lineal e, por tanto, dos seus xenes. Ao introducir este novo plásmido no interior da célula, pode pór de manifesto o novo xene que contén, engadindo á célula una nova función con firmeza.
Mediante esta técnica é posible dar novas características aos organismos de interese industrial. Por último, aínda que só teoricamente, podemos afirmar que na actualidade podemos controlar o proceso fisiológico, tanto a través das condicións externas como a través do potencial funcional do organismo que utilizamos.
Un proceso industrial
Hai cinco anos comezamos en Donostia a produción de proteína celular a partir do soro do leite. Este subproducto xérase no proceso de quesería. Ao ser moi contaminante expón problemas.
O noso obxectivo era conseguir una biomasa con alto contido en proteínas mediante a xeración de diferentes fermentos que consuman lactosa do soro. Pero pronto nos atopamos cun problema de gran importancia.
O aumento de fermento está relacionado coa enerxía que se xera no seu metabolismo. Por tanto, esta enerxía pode investirse na fabricación do material celular, é dicir, no seu crecemento.
A molécula que serve paira transferir esta enerxía do lugar de xeración ao consumo final é ATP.
Cando a molécula de azucre (glicosa) entra na célula, séguese una cadea de 10 reaccións que se oxida formando dúas moléculas de ácido piruvico e dous de ATP. Se a célula contén osíxeno, o ácido pirúvico séguese oxidando até dar CO 2 e xera outras 36 moléculas de ATP. Se non ten osíxeno, o piruvato non se oxida. Redúcese paira producir etanol (Lembremos o proceso da cervexa).
Polo que dixemos antes, o lector pode concluír que as células cando levan osíxeno aprovéitanse mellor que cando lles falta, e por tanto crecen máis. Isto obríganos a deseñar reactores de fermentación con ventilación forzada paira producir fermento.
Con todo, tamén en presenza de osíxeno habemos visto que a fermentación do soro produce alcol. Cando definimos o estudo, descubrimos que nas grandes concentracións de azucre en soro (40-60 g l -1), a primeira reacción produce piruvato a gran velocidade. Este fluxo de produción de piruvato é moi alto comparado co que consumen as reaccións que conteñen osíxeno, o que produce un efecto "desbordamento" cando se produce alcol como adición.
Neste problema aplicamos una solución sinxela: diluímos o soro paira reducir a concentración de azucre. Hoxe en día temos modelos matemáticos paira alimentar ao reactor con soro e tivemos boas consecuencias. Con todo, existe outra posibilidade, que tamén resulta máis beneficiosa desde o punto de vista práctico e científico.
Antes de metabolizarse no interior da célula, o azucre do soro transpórtase ao interior mediante unha proteína especial denominada permeasa.
O sistema de transporte da lactosa coa permeasa aumenta a súa capacidade a medida que aumenta a concentración de azucre, polo que a altas concentracións de azucre engádense moléculas de permeasa paira transportar a lactosa ao interior da célula. Este é o efecto de desbordamento do piruvato antes mencionado. Illouse o xene da permeasa de lactosa e una das nosas secuencias (R. C. Dickson) descifrouno. O noso seguinte obxectivo é introducir algúns cambios: manexar a síntese da molécula de permeasa (paira dar una resposta máis baixa con outras captacións de azucre, evitando o efecto de desbordamento) á marxe da recollida de azucre que leva o soro. Una vez conseguido este obxectivo, entraremos no interior do fermento para que o novo xene prevaleza e non o seu.
Desta forma conseguiremos una gran cantidade de biomasa rica en proteínas, evitando os mecanismos convencionais e utilizando un tipo de control específico propio do microorganismo. Sen dúbida, estamos ao comezo dos novos deseños de procesos biotecnológicos, e de aquí xurdirán novidades interesantes e una gran cantidade de información de gran valor paira o futuro.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
