Modificación genética de la espirulina

Amaya Blanco-Rivero (Dpto. Bioquímica y Biología Molecular, UCM)

Las cianobacterias, anteriormente conocidas como algas verde-azuladas, son una de las formas de vida más antiguas de las que tenemos registro fósil. Una de sus características más importante es que, a pesar de ser bacterias son capaces de realizar fotosíntesis tal y como la que realizan  las plantas y las algas. Esto es lo que precisamente las hace tan especiales, puesto que fueron los organismos que la “inventaron” y gracias a ella se produjo la liberación de oxígeno que dio lugar a la formación de nuestra atmósfera  y a la capa de ozono que permite albergar la vida en la Tierra tal y como la conocemos hoy en día.

Estos microorganismos poseen  una gran variedad morfológica, encontrándose especies unicelulares, filamentosas y coloniales; son cosmopolitas, se encuentran en todos los ambientes desde los polos a los trópicos, de los océanos a los desiertos, donde muy a menudo son los únicos seres vivos.

Han resultado ser de enorme importancia para el medioambiente, ya que tienen el potencial para contrarrestar el grave problema de la acumulación de las emisiones de CO2, y su crecimiento se puede acoplar también al tratamiento de aguas residuales.

En el caso concreto de la cianobacteria Arthrospira platensis, conocida coloquialmente como “espirulina”, posee un enorme potencial para su uso en diferentes aplicaciones industriales. En la actualidad tiene gran importancia ya que se cultiva a gran escala para alimentación humana y animal por a su alto valor nutricional. Además la espirulina, como el resto de cianobacterias,  es capaz de sintetizar una gran cantidad de compuestos de gran importancia para el sector nutracéutico y farmacéutico, como por ejemplo antivirales, antibióticos, antioxidantes, inmunoestimulantes o anticancerígenos.

Pero estos microorganismos también pueden ser utilizados en el sector de la bioenergía, ya sea para usos térmicos, eléctricos o para la producción de biocarburantes, por lo que pueden ser consideradas como una fuente de energía renovable.

Este enorme potencial industrial hace de la espirulina una candidata muy atractiva para la manipulación genética (introducción de genes de otros organismos para conferirle nuevas características) con el fin de poder desarrollar nuevas aplicaciones prácticas. Sin embargo, a pesar de su uso extensivo, aún no se han desarrollado herramientas moleculares precisas para su mejora genética, lo que permitiría llevar a cabo  un aumento de la productividad y la eficiencia de cultivos industriales.

Este hecho se debe probablemente a que las cianobacterias, y por tanto también la espirulina, poseen lo que se denomina sistemas de restricción-modificación (RM) que hacen difícil su transformación con ADN “extraño”.

Los sistemas RM son de varios tipos distintos, pero en general reconocen secuencias específicas del ADN propio que están modificadas (metiladas gracias a la acción de enzimas metiltransferasas) en determinados puntos por los mismos sistemas. Cuando un ADN “extraño” entra dentro de la célula, los sistemas RM reconocen la secuencia de ADN y al no presentar el patrón de metilación propio lo degradan (por la acción de endonucleasas de restricción).  Esto evita la infección mediante la destrucción de manera efectiva del ADN extraño introducido por ejemplo por un agente infeccioso. De esta manera, cuando se intentara introducir ADN exógeno a espirulina con el fin de conferirla nuevas características interesantes, los sistemas RM lo reconocerían como si fuera una infección y lo degradarían. Según la literatura científica, A. platensis posee más de 10 sistemas de restricción-modificación que hacen difícil su transformación con DNA exógeno (Fujisawa et al., 2010; Shiraishi y Tabuse, 2013).

Sin embargo, estos sistemas RM pueden ser “engañados”. De hecho ya se ha hecho anteriormente en otras cianobacterias como es el caso de Nostoc sp. PCC 7120. La táctica consiste en clonar las enzimas metiltranferasas en plásmidos que una vez empiezan a replicarse, producen las enzimas que metilarían el  ADN “extraño”  y lo protegería de la degradación ya que la célula lo reconocería como ADN propio.

De esta manera se abre un gran abanico de posibilidades que permitiría  que la espirulina posea nuevas características e incrementar así el interés  para sus aplicaciones biotecnológicas.

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