• Miércoles, febrero 22, 2017

BIOMOLÉCULAS BACTERIANAS COMO BIOINSECTICIDAS Y CONSERVADORES DE ALIMENTOS

Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/037/17
Ciudad de México, 16 de febrero de 2017

  • Uno de los proyectos del doctor José Eleazar Barboza Corona se centra en el estudio de las quitinasas de la bacteria Bacillus thuringiensis, la cual es conocida como el bioinsecticida más exitoso a nivel mundial.
  • Además, los péptidos antimicrobianos (bacteriocinas) que también estudia el investigador, podrían ser utilizados como bioconservadores en alimentos, ya que pueden aniquilar bacterias patógenas de importancia en la salud pública y aumentar su vida en el anaquel.
Diferentes compuestos bacterianos. (a) Las bacterias pueden liberar ácidos o péptidos antimicrobianos que inhibien el crecimento de las bacterias. Observese el halo alrededor de una colonia bacteriana la cual inhibe el crecimiento de otra bacteria. (b, c) Bacteriocinas y  quitinasas de Bacillus thuringiensis colocadas en positos localizados en cajas que contienen bacterias (ejemplo B. cereus) o quitina coloidal. Las bacteriocinas (b) y (c) quitinasa aniquilan a otras bacterias e hidrolizan quitina, respectivamente. (d) Fotografia de cristales insecticidas de B. thuringiensis tomadas mediante microscopia electrónica de barrido.
Diferentes compuestos bacterianos. (a) Las bacterias pueden liberar ácidos o péptidos antimicrobianos que inhibien el crecimento de las bacterias. Observese el halo alrededor de una colonia bacteriana la cual inhibe el crecimiento de otra bacteria. (b, c) Bacteriocinas y quitinasas de Bacillus thuringiensis colocadas en positos localizados en cajas que contienen bacterias (ejemplo B. cereus) o quitina coloidal. Las bacteriocinas (b) y (c) quitinasa aniquilan a otras bacterias e hidrolizan quitina, respectivamente. (d) Fotografia de cristales insecticidas de B. thuringiensis tomadas mediante microscopia electrónica de barrido.
Fotos: cortesía del grupo de investigación del doctor José Eleazar Barboza Corona.
Imágenes en alta resolución

Las bacteriocinas (péptidos antimicrobianos producidos por bacterias), las enzimas como las quitinasas biosintetizadas por diversos microorganismos y las moléculas insecticidas provenientes de vegetales, pueden usarse como agentes de biocontrol de insectos, de ahí que el grupo de investigación del doctor José Eleazar Barboza Corona, de la Universidad de Guanajuato, se ha enfocado en la bioquímica y en la genética molecular de estas biomoléculas con la idea de generar biosensores para detectar microorganismos patógenos.

Las enzimas llamadas quitinasas, que forman parte de las líneas de investigación del equipo del investigador Barboza Corona, pueden ser biosintetizadas por diversos microorganismos entre los que se encuentran bacterias, hongos, plantas, algunos virus y el humano. “En los que se refiere a las quitinasas bacterianas, estas pueden tener un uso en la producción de quito-oligosacáridos que sirven como antibacterianos y como agentes sinérgicos de las proteínas insecticidas”.

Uno de sus proyectos en los cuales el especialista en genes y proteínas de interés biotecnológico está trabajando se centra en el estudio de las quitinasas de la bacteria Bacillus thuringiensis, la cual es conocida como el bioinsecticida más exitoso a nivel mundial, ya que sintetiza proteínas insecticidas llamadas Cry que forman cristales.

“En nuestro grupo hemos clonado y caracterizado las quitinasas sintetizadas por varias cepas de B. thuringiensis, entre ellas la ChiA74. Con esta enzima generamos diversas cepas recombinantes de B. thuringiensis que expresan la quitinasa recombinante y la pueden secretar o formar cuerpos de inclusión intracelular —gránulos de material protéico—que mezclados con los cristales insecticidas aumentan su actividad. Sin embargo, la información acerca de la regulación de la expresión de las quitinasas de B. thuringiensis es escasa y prácticamente se desconoce su estructura tridimensional (3D)”.

Por ello, el objetivo del doctor Barboza Corona es realizar investigación básica para entender cómo se regula la expresión de la endoquitinasa ChiA74, conocer el funcionamiento de sus dominios estructurales y determinar su estructura tridimensional. “Esto último permitirá conocer cuáles son las regiones o aminoácidos importantes para el funcionamiento de cada uno de sus dominios estructurales. El conocimiento generado será útil para diseñar estrategias que permitan manipular la expresión e incrementar la actividad de la endoquitinasa ChiA74 en B. thuringiensis, a través de ingeniería de proteínas”.

Hasta el momento y como parte de este proyecto se ha delimitado el sistema de regulación de la quitinasa y su expresión, además se ha comparado con otros promotores de genes nativos de B. thuringiensis, que principalmente sintetizan proteínas insecticidas. “Por otro lado, hemos estudiado la estructura modular de la enzima ChiA74 y determinado las regiones importantes para unir e hidrolizar a la quitina. También logramos cristalizar esta proteína y estamos en proceso de poder determinar su estructura tridimensional”.

Conservación de alimentos
Los estudios del investigador también están relacionados con la conservación de alimentos, la cual se puede lograr a través de la deshidratación, del calentamiento térmico o el añadido de algún aditivo químico como conservador.

“Otros alimentos tienen microorganismos que producen compuestos que protegen al alimento y también a quienes lo consumen. Por ejemplo, las bacterias presentes en el yogur (los Lactobacillus) actúan como probióticos generando compuestos químicos, entre ellos el ácido láctico que baja el pH o produce bacteriocinas, mismas que tienen efecto antimicrobiano capaz de inhibir el crecimiento de probables bacterias contaminantes”.

En este sentido, los péptidos antimicrobianos (bacteriocinas) con los cuales trabaja el investigador podrían ser utilizados como bioconservadores en alimentos, ya que pueden aniquilar bacterias patógenas de importancia en la salud pública. Esto podría aumentar la vida de anaquel del alimento y evitar que el consumidor se vea afectado por patógenos, explicó el integrante de la Academia Mexicana de Ciencias.

El doctor José Eleazar Barboza Corona fue recientemente el instructor líder del equipo Guanajuato Mx conformado por estudiantes de licenciatura del estado de Guanajuato (Universidad de Guanajuato, UNAM, IPN) y del ITESM Campus Querétaro, que participaron en la competencia internacional estudiantil de biología sintética iGEM en Boston, Estados Unidos, donde obtuvieron una medalla de plata.

Noemí Rodríguez González.

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