La ingeniería genética puede resolver problemas de contaminación

La cafeína puede encontrarse en cantidades variables en las semillas, hojas y frutos de algunas plantas y es un estimulante del sistema nervioso central que produce eliminación de la somnolencia. Las bebidas que contienen cafeína, tales como el café, el té, algunas bebidas no alcohólicas (especialmente los refrescos de cola) y las bebidas energéticas gozan de una gran popularidad.

Los compuestos químicos relacionados con la cafeína se han convertido en importantes agentes contaminantes del agua, no solo debido al uso generalizado del café y otros productos sino también a ciertos medicamentos implicados en la medicación del asma y otras enfermedades pulmonares, que también contienen cafeína.

Un equipo de investigación norteamericano ha transferido el código genético de una bacteria a E. coli de fácil manejo y rápido crecimiento y que podría utilizarse en la depuración de aguas residuales.

[CyPS-UCM -Grupo de Catálisis y Procesos de Separación]

La biorremediación consiste en utilizar microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para eliminar de un medio ambiente los contaminantes existentes. La  biorremediación puede ser empleada para atacar contaminantes específicos del suelo, por ejemplo compuestos organoclorados o hidrocarburos. La biorremediación tiene una serie de ventajas sobre otros métodos. Por ejemplo en el caso de derrames de petróleo que hayan penetrado en el suelo y amenacen contaminar a la capa de agua resulta mucho menos costoso que el proceso de excavación e incineración que sería otra alternativa.

Los procesos naturales de biorremediación y fitorremediación (remediación por plantas) se han usado desde hace siglos; tal es el caso de la desalinización de terrenos agrícolas por la acción de plantas capaces de extraer las sales. La biorremediación usando microorganismos fue utilizada por primera vez por el científico norteamericano George M. Robinson en la década de 1960.

Todos aquellos contaminantes que puedan ser degradados o transformados por los seres vivos son susceptibles de ser eliminados mediante procesos de biorremediación. Los compuestos orgánicos suelen ser degradados total o parcialmente y eliminados por completo del ecosistema. Bacterias de los géneros Pseudomonas, Ralstonia, Burkholderia o Mycobacterium pueden eliminar hidrocarburos aromáticos como el tolueno o el naftaleno, pesticidas, aditivos de la gasolina etc, tanto de ambientes sólidos (suelos) como líquidos (rios y mares).

Pero, además muchas bacterias son capaces de modificar sustancias químicas peligrosas, transformándolas en otras menos tóxicas. Así, algunas bacterias pueden reducir la biodisponibilidad y por tanto hacerla menos tóxica, de metales pesados tales como el mercurio, el arsénico, el cromo, el cadmio, el zinc o el cobre.

En esta línea, un equipo de investigadores de Estados Unidos ha conseguido por primera vez modificar genéticamente la bacteria E. coli consiguiendo la degradación de cafeína.

La cafeína puede encontrarse en cantidades variables en las semillas, hojas y frutos de algunas plantas, donde actúa como un  pesticida natural que paraliza y mata ciertos insectos que se alimentan de las plantas. En los humanos la cafeína es un estimulante del sistema nervioso central que produce un efecto temporal de restauración del nivel de alerta y eliminación de la somnolencia. Las bebidas que contienen cafeína, tales como el café, el té, algunas bebidas no alcohólicas (especialmente los refrescos de cola) y las bebidas energéticas gozan de una gran popularidad. La cafeína es la sustancia psicoactiva más ampliamente consumida en el mundo. En Norteamérica, el 90% de los adultos consumen cafeína todos los días. En los Estados Unidos, la Food and Drug Administration (Administración de Drogas y Alimentos) se refiere a la cafeína como una «sustancia alimenticia generalmente reconocida como segura que se utiliza para múltiples propósitos».

Los compuestos químicos relacionados con la cafeína se han convertido en importantes agentes contaminantes del agua, no solo debido al uso generalizado del café y otros productos como los refrescos, el té, las bebidas energéticas, el chocolate, sino también a ciertos medicamentos, como la medicación para el asma y otras enfermedades pulmonares, que también contienen cafeína.

Su estructura molecular le hace resistir el ataque de la mayoría de las bacterias.

Los científicos sabían que una bacteria natural del suelo, la Pseudomonas putida CBB5 puede vivir solo de cafeína y, al mismo tiempo, ser utilizada para limpiar la contaminación ambiental.

Por ello, el equipo del Dr. Barrick ha transferido el código genético que permite a la P. putida CBB5 metabolizar o descomponer la cafeína, mediante N-desmetilación a compuestos más fácilmente degradables, a la bacteria E. coli de fácil manejo y rápido crecimiento. El artículo publicado informa del éxito de los científicos en su propósito, así como en el uso de la E. coli para procesos de descafeinado y para la medición del contenido de cafeína de bebidas.

 Asimismo, describe el desarrollo de un paquete de genes sintéticos destinados a descomponer compuestos relacionados con la cafeína. Estos genes pueden trasladarse fácilmente a otros microorganismos buscando otras aplicaciones en remediación ambiental y también podría funcionar como sensor para medir los niveles de cafeína de las bebidas. El sistema podría servir asimismo para la recuperación de alimentos ricos en productos derivados de la elaboración del café y para la bioproducción rentable de medicamentos. Sus potenciales aplicaciones, podrían extenderse también a la utilización de estas bacterias en la limpieza de aguas residuales.

Referencia:

Quandt, E.M., Hammerling, M. J., Summers, R. S., Otoupal, P. B., Slater, B., Alnahhas, R. N., Dasgupta, A., Bachman, J. L., Subramanian, M. V., y Barrick. J. E. ACS Synthetic Biology (2013). DOI: 10.1021/sb4000146.