Una de las preguntas que es obligatoria y a veces se convierte en un verdadero quebradero de cabeza es: Cómo elegir el microorganismo recombinante apropiado para tu bioproducción… y la respuesta a esta pregunta, como ya sabes, es de fundamental importancia para ti y tu empresa.
Debes escoger con mucho cuidado el microorganismo recombinante que vas a usar, ya que ello determinará en gran medida el éxito productivo de tu fabricación. Adicionalmente, hay que tomar en cuenta que las cepas transformadas genéticamente son muy caras y ya, desde este punto, iniciará tu inversión monetaria, la cual debes cuidar muy bien para sostener la rentabilidad de tu negocio.
Te recomiendo leer mi post Escherichia coli: La biofábrica por excelencia Con esto en mente, entremos en materia.
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CÓMO ELEGIR EL MICROORGANISMO RECOMBINANTE APROPIADO PARA TU BIOPRODUCCIÓN
QUÉ ES UN MICROORGANISMO RECOMBINANTE.
Básicamente, un microorganismo recombinante es aquel que ha sido modificado genéticamente para dar lugar a nuevos productos microbianos. Esta transformación genética ocurre mediante la aplicación de técnicas de ADN recombinante, las cuales consisten, a grandes rasgos, en insertar pedazos de ADN foráneo al ADN propio de un microorganismo. De esta manera, se usa la maquinaria de replicación y expresión de ese microorganismo para dar lugar al producto de interés.
UN POCO DE HISTORIA SOBRE EL ADN RECOMBINANTE.
Todo empezó en 1972, cuando un estudiante del Departamento de Bioquímica en la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford, propuso por primera vez la idea del ADN recombinante. El nombre de este joven, graduado del profesor Dale Kaiser, es Peter Lobban.
En los años de 1972 a 1974, la técnica se llevó a cabo por Lobban y Kaiser, Jackson, Symons y Berg y Stanley Norman Cohen, Chang, Herbert Boyer y Helling. Y, paralelamente, entre 1972 y 1973, aparecieron las primeras publicaciones científicas sobre la producción y replicación intracelular del ADN recombinante. Estos hallazgos describieron fundamentalmente las técnicas para aislar y amplificar genes o segmentos de ADN y técnicas de inserción para la creación de una bacteria transgénica.
En 1978, Werner Arber, Daniel Nathans y Hamilton Smith, recibieron el Premio Nobel en Medicina por nuevos aportes realizados en este tema, que consistieron en el descubrimiento, aislamiento y aplicación de las endonucleasas de restricción.
En 1980 se le concedió finalmente a la Universidad de Standford, en las personas de Cohen y Boyer, la patente solicitada en 1974 sobre el proceso para la producción de quimeras moleculares biológicamente funcionales, que no podrían existir en la naturaleza.
Y finalmente en 1982, la empresa Genetech, autorizada por Eli Lilly y Compañía, desarrolló el primer biofármaco legal, la insulina humana, utilizando la tecnología del ADN recombinante.
De allí en adelante, mucha agua ha corrido por debajo del puente.
MICROORGANISMOS RECOMBINANTES Y SU ROL EN LA INDUSTRIA CONTEMPORÁNEA.
La mayor parte del trabajo en microbiología industrial se está realizando actualmente a través del uso de microorganismos modificados mediante mutaciones genéticas, lo que llamaré a lo largo del post “microorganismos transformados genéticamente” o, para abreviar aún más su nombre, “microorganismos recombinantes”.
La biotecnología moderna, a través de las técnicas de ADN recombinante, ha dado lugar a microorganismos con las características genéticas deseadas para los fines buscados. Y esto ha constituido un gran avance en la industria, al sustituir técnicas de biotecnología más lentas y de bajo rendimiento, por técnicas más rápidas, más directas y más eficientes para la obtención de los productos de interés.
Los microorganismos transformados genéticamente o microorganismos recombinantes, actualmente se usan en microbiología industrial para crear una gran variedad de productos. Entre ellos: enzimas para diversos usos y aplicaciones, vitaminas, antibióticos, vacunas e insulina recombinante, agentes acidificantes, biosurfactantes, emulsificantes y biocombustibles en general. Como ves, en esta tendencia están involucradas directamente la industria alimenticia, farmacéutica, agro, entre otras como la industria textil, química, etc.
Los productos de la microbiología industrial, llamados “productos recombinantes”, tienen hoy en día un gran impacto sobre todos los aspectos de nuestra vida: los antibióticos y otros productos microbianos siguen contribuyendo al bienestar de animales y seres humanos; bacterias; hongos y virus se están empleando como biopesticidas, reduciendo la dependencia de los pesticidas químicos; podemos incluir también los compuestos antitumorales, antibióticos híbridos y desarrollo de biosensores. En fin. Y esta es una tendencia que no se detendrá.
Si deseas “subirte al tren” de la bioproducción por primera vez, o si estás abriendo una nueva línea de producción de recombinantes, te interesará saber el criterio para seleccionar la cepa más apropiada a tus intereses y así saber cómo elegir el microorganismo recombinante apropiado para tu bioproducción.
Algunos libros interesantes sobre este tema son:
- Molecular Biotechnology: Principles & Applications of Recombinant DNA de Bernard R.
- Biologicals from Recombinant Microorganisms and Animal Cells: Production and Recovery de de M.D. White
- Recombinant Microbes for Industrial and Agricultural Applications (Biotechnology and Bioprocessing) de Yoshikatsu Murooka.
CÓMO ELEGIR EL MICROORGANISMO RECOMBINANTE APROPIADO PARA TU BIOPRODUCCIÓN.
Te decía que es súper importante y de fundamental importancia tener un criterio claro a la hora de seleccionar el microorganismo recombinante que reúna, sino de forma exacta, al menos lo más cercanamente posible, las condiciones necesarias para tus intereses de producción. A continuación, te mencionaré algunos parámetros claves de evaluación:
■ SISTEMA BIOLÓGICO.
Debes asegurarte de adquirir un sistema biológico que sea bien conocido, es decir, que se encuentre bien caracterizado y, adicionalmente, que sea fácilmente cultivable. Entre los sistemas biológicos que pueden usarse se encuentran las bacterias, las levaduras y las células de mamíferos recombinantes.
■ VELOCIDAD O TIEMPO DE PRODUCCIÓN.
La rapidez de los procesos es un parámetro de mucho interés a nivel de producción industrial. Por ello, debes tomar en cuenta que, según sea el sistema biológico elegido y por sus características biológicas intrínsecas, su velocidad de crecimiento y producción del producto recombinante variará. Te conviene saber que las bacterias suelen ser más rápidas que las levaduras y ambas más rápidas que las células de mamíferos.
■ RENDIMIENTO O CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN A GRAN ESCALA.
Por el grado de estabilidad o robustez presentado durante su crecimiento y por su velocidad de crecimiento y producción, podremos discriminar si estamos frente al mejor sistema biológico para producir a gran escala. Es conocido que las bacterias y las levaduras tienen una alta capacidad de producción a gran escala, pero las células de mamífero no.
Nota: Aquí es importante también determinar el tamaño de los lotes productivos que se aspira a obtener y si ese producto recombinante necesariamente debe ser producido a gran escala. También es necesario determinar si el producto recombinante que nos interesa puede ser producido por cualquier sistema biológico o no.
■ CALIDAD DEL PRODUCTO FINAL.
Entendiendo como producto final al producto recombinante y atribuyéndole “calidad” al hecho de ser lo más similar posible al producto original en cuanto a estructura y función se refiere, es importante evaluar la importancia de este criterio en la selección del sistema biológico a usar. En este sentido, se cataloga a bacterias y levaduras como de calidad intermedia frente a la alta calidad de las células de mamíferos.
■ RIESGOS DE CONTAMINACIÓN.
Este criterio es muy importante estudiarlo previamente, ya que determina controles que habrá que introducir al proceso productivo con los costes que esto conlleva y los riesgos que implica de perder lotes enteros por contaminación. Las bacterias suelen tener riesgos de contaminación por endotoxinas y las células de mamíferos por virus y priones, pero las levaduras presentan bajo riesgo de contaminación, lo cual pudiera presentarse en todo caso por contaminación bacteriana durante su cultivo.
■ ESTABILIDAD GENÉTICA.
La estabilidad genética no es más que la tendencia a mantener el genotipo estable en el tiempo. También es importante que nuestro sistema biológico nos aporte esa seguridad. De nada valdría adquirir un sistema biológico muy transformado genéticamente, pero que presente facilidad de perder sus características genotípicas post transformación.
■ COSTO.
No es casualidad que ponga este parámetro de último. Lo hago así, porque al momento de adquirir un sistema biológico para nuestro proceso productivo no se debe escatimar en costos. Si se evalúan todos los puntos anteriores (y algunos más) resultando favorable una determinada cepa recombinante, lo mejor es pagarla cueste lo que cueste. Sin embargo, si esto no es posible, pues se debe tener a mano una segunda mejor opción… pero dándole siempre prioridad a los criterios anteriormente mencionados.
CONCLUSIONES.
Adquirir una cepa recombinante con el fin de producir a nivel industrial es un tema muy importante. Si la elección de la cepa no es la mejor, si la cepa no es la idónea para los fines y propósitos que se espera de ella, puede significar a la larga un problema que se arrastrará a lo largo del tiempo y que puede conllevar a disminución de rentabilidad e incluso, pérdidas económicas. Es por ello que debes establecer muy bien tus objetivos de bioproducción y analizar cada uno de los parámetros mencionados en este post con el fin de crearte un criterio que te oriente y te permita adquirir el microorganismo recombinante ideal o al menos lo más ajustado a tus requerimientos posible. Es decir, saber cómo elegir el microorganismo recombinante apropiado para tu bioproducción.
Espero hayas disfrutado de este post, que te haya parecido interesante, útil y, sobre todo, que te sirva como una orientación y un punto de partida para mejorar tu negocio.
Saludos,
MSc. Liliana Berlioz.
Fundadora y Directora Ejecutiva.
Academia de Biotecnología.
BIBLIOGRAFÍA.
- Prescott, L. Harley, J. Klein, D. (2002). Microbiología. España, Madrid. McGraw Hill.