La biotecnología se ilumina: científicos logran que microbios produzcan nuevos compuestos con luz
La frontera de la biotecnología acaba de avanzar un paso más gracias a un innovador enfoque desarrollado por investigadores del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, ubicado en Estados Unidos. El equipo ha conseguido modificar genéticamente microorganismos como levaduras y bacterias para que puedan realizar reacciones químicas complejas en su interior, normalmente imposibles para ellos, utilizando la luz como fuente de energía. Este hallazgo promete revolucionar la producción de medicamentos, compuestos industriales y materiales avanzados, abriendo nuevas vías para la fabricación sostenible y a medida de productos químicos de alto valor añadido.
El estudio, publicado recientemente en una revista científica de primer nivel, explora cómo la luz puede emplearse como un “interruptor” para activar rutas metabólicas inéditas en el interior de las células. Tradicionalmente, la biotecnología microbiana se basa en rediseñar rutas metabólicas naturales para que los microbios produzcan sustancias útiles, como insulina, antibióticos o bioplásticos. Sin embargo, muchas reacciones químicas de interés industrial requieren condiciones energéticas o tipos de química que los organismos no pueden realizar de manera natural.
Aquí es donde entra la innovación del equipo del Instituto Woese: han incorporado en las células genes que codifican para enzimas activadas por la luz, permitiendo así reacciones fotoquímicas controladas. Mediante el uso de luz visible, logran desencadenar reacciones químicas específicas con precisión temporal y espacial, algo que hasta ahora solo era posible en laboratorios de química con costosos reactores y condiciones exigentes.
El núcleo de la investigación se centra en el uso de proteínas denominadas fotolitinas, inspiradas en los sistemas fotosintéticos de plantas y algas. Estas proteínas actúan como catalizadores biológicos que, al absorber fotones, pueden transferir electrones y permitir la formación de enlaces químicos de alto valor energético. En el estudio, los investigadores integraron genes de fotolitinas en la levadura Saccharomyces cerevisiae, una de las especies más empleadas en biotecnología industrial, y comprobaron que bajo iluminación azul, las células eran capaces de fabricar moléculas inéditas hasta ahora en organismos vivos.
Las implicaciones para la industria farmacéutica y química son notables. Muchos medicamentos y productos de alto valor, como algunos antibióticos, anticancerígenos o aromas, contienen estructuras químicas complejas que requieren pasos sintéticos difíciles y costosos. La capacidad de producirlos directamente en biorreactores mediante la acción de microbios “iluminados” reduciría el impacto ambiental y el coste de su fabricación, además de permitir el diseño de moléculas completamente nuevas con propiedades mejoradas.
Este avance se suma a la tendencia global de recurrir a la biología sintética para resolver desafíos en fabricación sostenible. Empresas como Ginkgo Bioworks, Synlogic o la española PLD Space, aunque centrada en el sector aeroespacial, han demostrado el potencial de las plataformas microbianas reprogramadas para la producción de combustibles y materiales avanzados. Incluso compañías aeroespaciales como SpaceX y Blue Origin han mostrado interés en estas tecnologías, ya que podrían permitir la producción in situ de fármacos, alimentos o materiales en misiones espaciales de larga duración, reduciendo la dependencia de la Tierra.
Cabe destacar que la idea de utilizar la luz como herramienta de control en biotecnología no es completamente nueva: la optogenética, por ejemplo, ha revolucionado el estudio del cerebro mediante la activación precisa de neuronas con luz. Sin embargo, esta es la primera vez que se demuestra la viabilidad de usar la luz para dirigir rutas metabólicas sintéticas en microorganismos a escala industrial.
A nivel técnico, uno de los desafíos superados ha sido garantizar que la luz penetre de manera eficiente en cultivos celulares densos, como los que se emplean en la industria. Para ello, el equipo ha desarrollado sistemas de iluminación interna y reactores biológicos especialmente diseñados para maximizar la exposición de las células a la luz sin dañar su viabilidad.
El futuro de esta tecnología es prometedor. Los autores del estudio prevén que en los próximos años será posible crear bibliotecas enteras de rutas metabólicas activables por diferentes longitudes de onda, permitiendo la fabricación simultánea de varios productos en un solo cultivo, simplemente cambiando el color de la luz. Además, esperan que la integración de inteligencia artificial en el diseño de enzimas y rutas metabólicas acelere aún más el desarrollo de nuevas aplicaciones.
En conclusión, la fusión de la biología sintética y la fotónica abre un nuevo horizonte para la producción de compuestos complejos, tanto en la Tierra como, potencialmente, más allá de nuestro planeta. Sin duda, este avance representa una pieza clave en el futuro de la fabricación sostenible y personalizada de productos químicos y farmacéuticos.
(Fuente: SpaceDaily)
