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Biotec ¿para qué? (II)

Este post es la continuación del primero de la serie “Biotec ¿para qué?”. Puedes echarle un vistazo aquí

Comunicación bacteriana y nuevas terapias antibióticas

Las bacterias hablan. Normalmente hablan entre ellas, algunas veces hablan con nosotros u otras especies. Tienen lo que a alguno de mis profesores les gustaba denominar “El WhatsApp de las bacterias”. El nombre científico es “percepción de quórum” (quorum sensing, en inglés).

Para explicar algo mejor el concepto vamos a recurrir a un símil. Cuando en las reuniones de la Asociación de Biotecnología de Salamanca no hay quórum (es decir, no hay un número mínimo de personas), no se pueden votar las actas y no sirve de nada la reunión. Cuando en una colonia de bacterias o en un medio de cultivo no hay quórum, hay un conjunto de genes que permanecen apagados: no se expresan y no ejercen su función. Sin embargo, cuando hay suficientes bacterias, ellas lo notan y cambian los genes que funcionan, consiguiendo propiedades o funciones que mejoran su convivencia: les permiten producir bioluminiscencia, adherirse a nuestros dientes, producir esporas para sobrevivir, o sintetizar sustancias nocivas para su hospedador (pero beneficiosas para ellas).

¿Cómo lo consiguen? Es un sistema sencillo de comprender, pero con una regulación muy fina. La bacteria produce una molécula pequeña, denominada autoinductor (ahora veremos por qué se llama así). Cuando hay varias bacterias juntas, aumenta la concentración de autoinductor en el medio y, cuando supera un umbral, las bacterias activan nuevos genes y aceleran la síntesis de autoinductor (al notar la presencia de autoinductor, sintetizan más y de ahí el nombre). De esta manera se aseguran de que todas las bacterias de los alrededores sepan que tienen compañía. Igual que cuando te hacen spam por un grupo de WhatsApp o cuando tus amigos se ponen pesados en que salgas de fiesta.

De acuerdo, muy bien. Pero ¿qué tiene que ver esto con las terapias antibióticas? Es más sencillo de lo que parece. Si tu madre o tu padre te quita el móvil, te corta el wifi, o llama a casa de tu amigo para que le corten el suyo, ya no puedes hablar con él por WhatsApp. Lo mismo con las bacterias: si bloqueas la producción de inductor, bloqueas la molécula que lo transporta al medio, o bloqueas el receptor, las bacterias no pueden comunicarse. Así, se estudian nuevas terapias que impidan la virulencia de numerosas bacterias infecciosas mediante el bloqueo de las comunicaciones entre ellas, o añadiendo inductores externos que les hagan creer que están rodeadas de muchas compañeras.

Rizobios, nitrogenasa y cultivos autofertilizables

El nitrógeno es uno de los bioelementos primarios. Junto con el carbono, el oxígeno y el hidrógeno, el nitrógeno es la base para la formación de algunas biomoléculas como los aminoácidos.

Las plantas, como nos enseñan desde pequeñitos, obtienen el carbono gracias a la fotosíntesis a partir de la energía de la luz, y el H2O y CO2 del aire. Sin embargo, no son capaces de aprovechar el nitrógeno atmosférico (N2), sino que necesitan absorber por las raíces otras formas como el amonio o los nitratos.

Los humanos añadimos estas sustancias al suelo en forma de fertilizantes, consiguiendo un aumento de la producción a costa de contaminar más. Pero las plantas “son listas” y tienen otros mecanismos más eficientes para conseguir nitrógeno: ¡asociarse con sus amigas las bacterias! Si hablas con alguno de tus abuelos que se dedican a la agricultura, te dirán lo importante que era la rotación de cultivos y plantar leguminosas de vez en cuando.

¿Por qué leguminosas? Las leguminosas o Fabaceae son una familia de plantas muy “amistosas” que se asocian con rizobios, un grupo de 98 especies de bacterias que sí pueden fijar el N2 de la atmósfera, y hacen trueque con las leguminosas a cambio de cobijo y otros nutrientes. Los cereales, en cambio, son mucho más “ariscos” y no saben asociarse con rizobios. El problema es que nuestra dieta (en España, según la FAO) está compuesta en un 25% en cereales, pero la media mundial es algo mayor. En concreto, ¡el doble!

Gastamos mucho dinero en fertilizantes para producir grandes cantidades de cereal. Pero ¿podemos hacer algo para reducir esto? La respuesta es sí. Numerosos grupos de investigación alrededor del mundo están intentando dos cosas:

  • Incluir en los cereales los mecanismos que tienen las bacterias para fijar el nitrógeno, de manera que las propias plantas puedan captar el N2 atmosférico
  • Incluir en los cereales los mecanismos por los que las leguminosas se comunican y asocian con rizobios.

Como decía al principio, la Naturaleza es sabia. Desde hace miles de años, los seres humanos hemos aprendido y nos hemos aprovechado de ella. Pero no ha sido hasta ahora que hemos empezado a comprender los mecanismos moleculares de las cosas que antes nos asombraban. Ahora que los entendemos, seremos capaces de sacarles partido, modificarlos y optimizarlos. Como acostumbran a decir nuestros profesores, ahí estaremos nosotros, los biotecnólogos, para investigar, desarrollar y descubrir los nuevos retos del siglo XXI.

Estas dos temáticas corresponden a trabajos que realicé con Javier Calvo y Miguel Álvarez, respectivamente. Escribiré sobre ellas más adelante

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