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Metagenómica: La fuente de oro de la biotecnología

La biotecnología es el conjunto de conocimientos técnicos basados en la biología y otras ciencias que permiten desarrollar bienes y servicios o innovaciones de estos usando organismos vivos o partes de ellos. En otras palabras la biotecnología usa los conocimientos adquiridos tras años de investigación en biología, ingeniería, química… para mejorar el rendimiento de procesos que ya existen en la actualidad o para inventar nuevos más rentables desde el punto de vista económico, social y medio ambiental.

Leyendo esta definición podemos darnos cuentas que hemos estado rodeados de biotecnología desde tiempos inmemoriales, fabricando cerveza, vino, miel, queso, etc. Pero hasta hace unos años, finales de los noventas, los recursos que nos aportaban los conocimientos científicos para aplicaciones biotecnológicas eran muy limitados. Dado que solo podíamos usar aquellos microorganismos como herramientas biotecnológicas que eramos capaces de cultivar en el laboratorio, los cuales representan un porcentaje muy bajo del total. Con esta situación había dos problemas:

El primero es que los microorganismos que son cultivables por lo general viven en condiciones ambientales suaves,  por lo que los bicatalizadores (enzimas) usados por estos funcionan a condiciones ambientales mesofìlas que raramente se dan en la producción industrial.

El segundo es que los microorganismos cultivables suelen tener un metabolismo simple del cual no podemos extraer biocatalizadores que realicen reacciones químicas poco usuales para mantener la homeostasis del microorganismo en sí.

La solución a estos problemas nació a finales de los noventas con la metagenómica. La cual fue definida de forma brillante por Kevin Chen y Lior Pachter de la universidad de California-Berkeley como:  la aplicación de técnicas genómicas modernas para el estudio de las comunidades microbianas en su medio natural evitando los problemas conllevados por su aislamiento y cultivo.

Proceso metagenómico desde la obtención de ADN del ambiente hasta su posterior uso en un proceso biotecnológico

De esta forma, el uso de la metagenómica por un lado resolvió el problema de las condiciones ambientales pues podían obtenerse biocatalizadores de lugares con condiciones ambientales extremas. Los cuales serian mucho más apropiados para el uso en bioreactores industriales. Y por el otro, resolvió el problema de la diversidad de biocatalizadores pues en esos ambientes con condiciones diferentes a los habituales los microorganismos deben usar biocatalizadores diferentes y específicos que le permitan obtener recursos del medio.

¿Pero cómo funciona realmente el proceso de la metagenómica? El proceso sería el siguiente: Queremos mejorar el rendimiento de una reacción química para la generación de un fármaco. Usando catalizadores químicos el proceso es caro y solo una parte de los compuestos son funcionales debido a sus propiedades isoméricas. Tomamos una muestra de un medio ambiente que consideremos idóneo y aislamos ADN. En este punto podemos tomar dos caminos. El primero seria la secuenciación de los fragmentos de ADN aislados y posterior búsqueda de posibles biocatalizadores de interés por homología con los ya conocidos. O el segundo que seria útil para buscar biocatalizadores totalmente nuevos. En este último proceso el ADN seria introducido en E. coli (una bacteria comúnmente usada en el laboratorio) obteniendo miles de bacterias con una porción diferente de ADN. Estas bacterias serian testadas para la reacción de interés mediante diferentes pruebas bioquímicas y moleculares seleccionando así la estirpe de interés. Finalmente el biocatalizador encontrado por uno u otro método seria usado en un escalado industrial desde el laboratorio hasta un bioreactor industrial.

Así, la metagenómica es una gran herramienta para el crecimiento del sector biotecnológico y para la mejora del rendimiento industrial incluyendo ahorro económico, disminución de la contaminación ambiental, ahorro energético, disminución de residuos y un largo etcétera.

Vía|Metagenomics, Biotecnología, Nature Reviews Microbiology

Imagen|Nature Reviews Microbiology, iobiotech

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