Argentina: 20 años de investigación en biotecnología antártica.

Dr. Walter Mac Cormack

Bacterias que se ‘alimentan’ de la contaminación con hidrocarburos. Hongos y virus antárticos de impensado potencial genético.

Argentina se ubica entre los líderes en investigación en biotecnología de Latinoamérica. Nuestro país lleva 20 años realizando investigación científica en biotecnología antártica.

Se trabaja con bacterias que ‘reparan’ suelos contaminados por combustibles derivados del petróleo y que tienen propiedades de gran potencial económico como ahorrar costos en la industria láctea.

En el marco de los 60 años desde que el presidente Juan Domingo Perón creara la primera institución de investigación científica antártica del mundo, el Instituto Antártico Argentino (IAA), sus científicos destacan los avances que ha logrado nuestro país en áreas como la biorremediación y la bioprospección en biotecnología. La biorremediación apunta a ‘reparar’ o ‘sanar’ suelos contaminados por combustibles, por medio de la utilización de microorganismos que los ‘digieren’ o ‘metabolizan’. El proyecto Genoma Blanco, que logró la descripción de una nueva especie bacteriana aislada de aguas antárticas y la primera secuenciación completa de su genoma, junto con el proyecto de Biorremediación, son dos de las líneas de investigación científica más fuertes del Instituto Antártico Argentino. El Dr. Walter Mac Cormack, Jefe del proyecto, aseguró que ya hace tres años que se realizó la secuenciación o mapeo del genoma de la bacteria Bizionia argentinensis. La búsqueda, el aislamiento y la identificación de esta  nueva especie constituyeron objetivos iniciales del Proyecto Genoma Blanco y fueron previos a la realización de la secuenciación. “Esto no fue casual –señaló el científico-, en ciencia la investigación no es azarosa, sin dudas es un gran orgullo dejar instalado que el esfuerzo y el estudio, rinden sus frutos, por eso seguimos investigando”.

El grupo de Microbiología del IAA, que depende de la Dirección Nacional del Antártico, ha desarrollado una activa tarea de investigación en el campo de la degradación biológica de hidrocarburos en áreas antárticas durante las dos últimas décadas. Durante este tiempo se han aislado numerosas cepas bacterianas sicrófilas  (esto es, que trabajan a muy bajas temperaturas) y que han probado ser muy eficientes para utilizar diversos tipos de hidrocarburos como única fuente de energía. Se trata de bacterias que se ‘alimentan’ de hidrocarburos, con todo lo que ello implica como herramienta contra la contaminación ante un posible derrame. Esto significa que en vez de recurrir a químicos que por un lado remedian y por otro también generan un significativo impacto ambiental, se pueden aprovechar las capacidades naturales de los microorganismos autóctonos.

Saber buscar y capacitar a jóvenes científicos

“Tanto el desarrollo de un proceso eficiente de biodegradación de hidrocarburos en suelos antárticos como la secuenciación y posterior análisis del genoma completo de un microorganismo, son trabajos de largo aliento que nuestro país viene desarrollando y a los que se sigue apostando, no sólo por las proyecciones de la investigación misma, si no también por lo que ésta representa como generador de recursos humanos y formación de nuevas generaciones de científicos con experiencia en esta área del conocimiento” comentó orgulloso el Dr. Walter Mac Cormack.

La referencia no es menor si tenemos en cuenta la cantidad de publicaciones científicas realizadas sobre el tema, por nuestro país. Solamente estas dos líneas de investigación ya han generado  “dos tesis de Licenciatura, tres tesis doctorales finalizadas y dos más en curso”. Hay una tendencia reconocida mundialmente en las investigaciones científicas relativas al potencial genético de los organismos que viven en ambientes extremos -extremófilos-, que los capacita para vivir en condiciones ambientales excepcionales y absolutamente intolerables para el resto de los organismos vivos “y que representan una fuente casi inagotable de nuevos recursos” confirmó Mac Cormack. Las adaptaciones evolutivas de estos organismos tienen aplicaciones en diversos campos de la biotecnología y la microbiología industrial, representando un creciente potencial económico. A modo de ejemplo, hoy el proceso de  producción de lácteos deslactosados requiere  la aplicación de calor. “Si el proceso se llevara a cabo utilizando microorganismos sicrófilos –que viven a bajas temperaturas-, ese paso podría obviarse, reduciendo el consumo de energía y ahorrando muchísimo dinero” señaló Mac Cormack. Es por eso que con objetivos similares se avanza en la aplicación de estos microorganismos o sus productos celulares, en la producción de detergentes activos a bajas temperaturas, en la industria de la panificación y muchas otras áreas de la industria.

Hongos y virus antárticos: riqueza de potencial genético casi ilimitado

El ámbito de las investigaciones es realmente vasto –remarcó el Dr. Mac Cormack- una de ellas estudia el efecto de la radiación solar UV sobre la viabilidad de las bacterias marinas antárticas y de qué manera, un incremento en dicha radiación podría afectar a estos componentes claves del ecosistema marino antártico. Por otro lado estamos estudiando, en colaboración con la Universidad Rovira I Virgili (Reus, España) la biodiversidad de los hongos antárticos, los cuales a pesar de cumplir un rol ecológico muy importante han sido muy poco estudiados”. También se lleva a cabo una línea más reciente,  que estudia la diversidad de los virus marinos. “Prácticamente no se conoce nada acerca de los virus que parasitan a las bacterias marinas –acotó Mac Cormack- y la enorme diversidad de virus que parece estar presente en aguas antárticas constituye también una nueva y casi desconocida fuente de información genética cuyas aplicaciones prácticas son casi inimaginables”. De todas estas investigaciones ya hay numerosas presentaciones de los científicos del IAA, en Congresos nacionales e internacionales.

 

Vislumbrando el futuro de la biorremediación

El grupo de investigación a cargo del Dr. Mac Cormack investiga dos estrategias de biorremediación denominadas “bioestimulación y bioaumento”. La idea es o bien facilitarles a las bacterias autóctonas la actividad de “comer” los contaminantes o, en su defecto aumentar el número de “comensales” a fin de que “colaboren” con la actividad de las bacterias autóctonas cuando no son suficientemente efectivas. “La bioestimulación consiste en el ajuste de las variables fisicoquímicas claves del sitio a tratar, a fin de optimizar el desarrollo de las comunidades bacterianas degradadoras de hidrocarburos ya presentes en el suelo. El bioaumento, por su parte, consiste en la inoculación de bacterias al sitio a remediar para hacer más eficiente el proceso de degradación” detalló Mac Cormack.

Las bacterias inoculadas durante estos procesos fueron previamente aisladas de la Antártida y multiplicadas en el laboratorio para disponer de un número adecuado que permita su inoculación. Estos ensayos sobre la efectividad del bioaumento y la bioestimulación se han realizado utilizando diferentes diseños experimentales, que van desde pequeños frascos con 25-50 gramos de suelo, pasando por montículos de diferentes dimensiones (biopilas) hasta parcelas de 1 m2 definidas directamente en el terreno. De los numerosos estudios realizados en este aspecto se ha podido encontrar que, para aquellos suelos que tienen una historia prolongada de exposición a los hidrocarburos (sitios crónicamente contaminados) la bioestimulación es la estrategia óptima a elegir. Se han estudiado además diferentes fuentes de nutrientes como parte de la estrategia de bioestimulación, entre ellos pueden mencionarse las sales inorgánicas de nitrógeno y fósforo, urea, fertilizantes comerciales e incluso matrices orgánicas complejas.

Para Mac Cormack, cuando se trata de suelos previamente no afectados que reciben repentinamente una carga de contaminantes importante, “el bioaumento podría ser la mejor estrategia. Especialmente a fin de acelerar los tiempos de la biodegradación”. En este sentido, y como una manera de investigar si se puede mejorar el establecimiento y la permanencia de los inóculos bacterianos, se están haciendo actualmente estudios para adherir (inmovilizar) las bacterias a inocular sobre diferentes tipos de materiales inertes. Se está ensayando la inmovilización en suelo estéril, turba micronizada y copos de quitina entre otros materiales. Todos estos estudios pertenecen a los proyectos tendientes a mejorar el medio ambiente en el que están asentadas las bases antárticas argentinas. Remediando los impactos causados en el presente y en el pasado por la actividad humana.

Desde la Antártida argentina al mundo: una nueva especie ‘Bizionia argentinensis’

Dentro del objetivo global de ahondar en el conocimiento de la estructura y la dinámica de las comunidades microbianas antárticas también se enmarcan otras líneas de investigación de la DNA que han obtenido resultados relevantes a nivel nacional e internacional y que representan una enorme fuente para la búsqueda de nuevos compuestos y actividades de interés biotecnológico. De entre ellos resalta el arriba mencionado Proyecto Genoma Blanco, realizado en colaboración con la empresa Biosidus S.A. Este proyecto tuvo como objetivos el aislamiento e identificación de más de 300 cepas bacterianas antárticas de diferentes ambientes y regiones geográficas del continente blanco, la descripción de una nueva especie y la secuenciación completa de su genoma, tarea esta última nunca antes realizada en el país. El Desarrollo de este proyecto ha permitido la construcción de una importante colección de bacterias. De entre ellas y basados en numerosos estudios bioquímicos y moleculares, se seleccionó una que parecía ser diferente a cualquiera otra previamente descripta. Puesto el esfuerzo en un estudio profundo de esta cepa, finalmente fue oficialmente aceptada como una nueva especie a nivel internacional y fue bautizada como Bizionia argentinensis. Confirmada la existencia de esta nueva especie, se realizó la secuenciación completa de su genoma, el cual fue entregado a la presidenta de la nación Cristina Fernández de Kirchner en febrero de 2008. Actualmente se ha constituido un consorcio de instituciones que avanzan en las investigaciones iniciadas en el proyecto Genoma Blanco y que ya ha ganado un importante subsidio de la SEPCyT para llevarlo adelante.

El objetivo principal de este proyecto es el descubrimiento de proteínas con actividad enzimática a bajas temperaturas con posibles aplicaciones industriales. El segundo objetivo, de carácter científico básico, pretende avanzar en la comprensión de los determinantes estructurales que permiten a las enzimas de los organismos adaptados al frío (sicrófilos) el funcionamiento óptimo a bajas temperaturas. Para esto, se comparan a nivel atómico-molecular las estructuras y función de un conjunto de proteínas sicrófilas, lo que permitirá una mejor comprensión de las bases moleculares del mecanismo de adaptación al frío. Se espera que los conocimientos adquiridos a partir de los estudios de dicho mecanismo puedan ser utilizados, en un futuro, para el diseño racional de enzimas con mayor actividad a baja temperatura, siempre con el foco en sus potenciales aplicaciones biotecnológicas e industriales.

Un tercer objetivo, no menos importante, es correlacionar las actividades enzimáticas exhibidas por los diferentes componentes de la microflora de la región, con su posición taxonómica. Este objetivo, que se realizará mediante el análisis de los aislamientos bacterianos obtenidos durante etapas previas de la investigación que culminó con la descripción de B. argentinensis, permitirá obtener una descripción de la relación microorganismo- actividades enzimáticas-hábitat- nicho ecológico. Esta información no solo aportará conocimiento relevante desde el punto de vista de la ecología microbiana, si no que también aportará información valiosa “para una planificación más racional de futuros programas de bioprospección” indicó Mac Cormack. Esto significa que los científicos argentinos no buscarán ‘a ciegas’ en el potencial genético que guardan los microorganismos antárticos y que podremos valernos de sus increíbles propiedades para aplicaciones en medicina, tecnología e industria y compartirlas con el mundo.

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