Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Los extraños extremófilos

A ningún ser humano se le ocurriría zambullirse y darse un largo baño en una piscina llena de agua hirviendo, o con agua a 0 ºC. Tampoco en una piscina conteniendo zumo de limón concentrado o una disolución de amoníaco como el usado en las tareas domésticas. Igualmente improcedente sería la estancia prolongada en una disolución concentrada de salmuera.

Para muchos microorganismos el hábitat en el que se desenvuelven, viven y se multiplican es totalmente semejante a los anteriores. Los microorganismos termófilos e hipertermófilos, como Methanopyrus kandleri pueden desarrollarse a temperaturas superiores, incluso, a los 100 ºC. Los psicrófilos, se adaptan a bajas temperaturas. Por ejemplo, las bacterias Polaromonas vacuolata viven bien a 0 ºC, y su temperatura confortable es la de 4 ºC. Los acidófilos son microorganismos de ambientes ácidos, incluso de géiseres sulfurosos, como le ocurre al Sulfolobus acidocaldarius. Respecto a los alcalófilos, como el Natronobacterium gregoryi, pueden desarrollarse en suelos alcalinos, impregnados de carbonatos o, incluso, en las lagunas cársticas existentes en Egipto, el valle del Rift o ciertas zonas de Estados Unidos. Un lugar común para los halófilos (ejemplo: Halobacterium salinarumi) son las lagunas salobres y balsas de evaporación de las salinas. Todos estos casos nos enseñan la capacidad adaptativa de los seres vivos, la fuerza del impulso centrífugo de la vida. Y constituyen solo algunos de los múltiples ejemplos elegibles de microorganismos que se han adaptado a condiciones ambientales extremas, por lo que es adecuado bautizar a esta clase de organismos como extremófilos.

EXTREMOENZIMAS. Las enzimas son los catalizadores biológicos que, en todos los seres vivos, se encargan de catalizar las transformaciones que constituyen el metabolismo. Como tales catalizadores ello significa que si se aíslan (se tratan de proteínas) sus funciones pueden desarrollarlas perfectamente, sin estropearse, permitiendo su uso repetido, también in vitro, bien en el tubo de ensayo del laboratorio o bien en los reactores industriales. El uso de enzimas en procesos industriales es casi tan antiguo como lo son las propias industrias Pero las enzimas usuales acostumbran a funcionar bien solo en ambientes moderados de temperatura, acidez o salinidad, estropeándose rápidamente cuando se sitúan en estos ambientes extremos.

Por otra parte, el uso industrial de las enzimas es un hecho generalizado, calculándose que el valor normal de las utilizadas supera ampliamente los quinientos mil millones de pesetas anuales. Las enzimas se usan en kits diagnósticos, en análisis del ADN en causas criminales o identificación de paternidad, en procesos químicos productivos, en fármacos, en las industrias agroalimentarias (edulcorantes, bebidas, quesos), en otras industrias (carnes, pieles) y, en grandes cantidades, en los biodetergentes para intensificar su acción limpiadora. Por todo ello, los industriales y científicos que emplean estas enzimas deben procurar que se estropeen lo menos posible durante su uso y almacenamiento. De ahí que, al menos teóricamente, resulte muy atractiva la idea de usar en la práctica extremoenzimas, es decir, enzimas procedentes de extremófilos que, por ello, serán funcionales en condiciones que las normales no lo son.

APLICACIONES. Las enzimas resistentes al calor, termófilas, pueden tener aplicaciones evidentes. Se han usado para mejorar reacciones, usando temperaturas más altas, en procesos industriales tales como la obtención de ciclodextrinas a partir del maíz. Las ciclodextrinas son unas estructuras muy útiles para dispensar ciertos fármacos, estabilizar ciertos componentes aromáticos alimentarios, así como diversos usos industriales. El ejemplo de la PCR puede ser ilustrativo. La técnica de la PCR, desarrollada en los años 80 por el ahora Premio Nobel Kary B. Mullis, revolucionó los laboratorios de Biología Molecular al permitir, a partir de cantidades minúsculas de material genético, que actuaba como molde o patrón, obtener su multiplicación, su fotocopia, en cantidades grandísimas. Es el fundamento de la determinación, en Medicina forense, de las huellas de ADN, pero también es un procedimiento ya rutinario en múltiples diagnósticos, como el de la detección del virus VIH del SIDA o la susceptibilidad genética hacia ciertos tipos de cáncer.

En la PCR se utilizan incubaciones a temperaturas altas y se ha de usar una enzima, ADN polimerasa, que, en los años 80, se obtenía procedente de organismos no termófilos, por lo que, después de conseguir cada fotocopia había que añadir nueva enzima. Actualmente se usa enzima procedente de organismos termófilos, como la Taq polimerasa procedente del Termus aquaticus, una bacteria encontrada en ciertos géiseres calientes, o la Pfu polimerasa, aislada del hipertermófilo Pyrococus furiosus, con un buen rendimiento a 100 ºC.

Las enzimas procedentes de microorganismos psicrófilos comienzan a usarse en procesos industriales (alimentarios, aromas y perfumes) que necesitan refrigeración. Las extremoenzimas que soportan la acidez tienen su aplicación en aditivos como piensos (realizarán su misión en el medio ácido estomacal) y la síntesis de compuestos en condiciones necesariamente ácidas. Las enzimas proteasas y lipasas procedentes de microorganismos alcalófilos permitirán su adición a biodetergentes que puedan ejercer su efecto en las condiciones alcalinas del lavado. En cuanto a extremoenzimas resistente a condiciones salinas, se piensa en su utilización en procesos relacionados con la extracción de crudo de pozos petrolíferos, para hidrolizar una goma que es usada en una etapa del proceso, en condiciones muy salinas, y que hay que destruir después.

BIOTECNOLOGÍA. Si las extremoenzimas hubiese que extraerlas de los microorganismos extremófilos cultivados a gran escala el costo sería muy alto y el proceso demasiado complejo. La moderna Biología Molecular proporciona otras alternativas más prácticas, mediante las técnicas del ADN recombinante. Para ello, primeramente se identifican las extremoenzimas de interés potencial. Después se identifica al gen codificador correspondiente, que es clonado y, mediante técnicas de ingeniería genética, es introducido en el genoma de otros microorganismos ordinarios, que serán los encargados, en condiciones industriales adecuadas de cultivo, de producir grandes cantidades de la extremoenzima necesitada.

El proceso anteriormente resumido ya se está realizando industrialmente en algunos casos, lo que permite afirmar que el descubrimiento de los extremófilos ha abierto nuevas posibilidades en el campo de la aplicación industrial de las enzimas. Las extremoenzimas, como las enzimas normales también permiten efectuar alteraciones que mejoren sus rendimientos. Al respecto, un nivel de actuación es sobre la propia extremoenzima, estudiando y modificando las bases estructurales responsables de su actuación. Si se consigue, a continuación se alterará el gen de la extremoenzima a fin de que la enzima resultante incorpore la propiedad deseada. En otros casos el nivel de actuación es el de una evolución dirigida, introduciendo miles de variaciones, al azar, en el gen codificante de la enzima, analizando posteriormente si alguna de ellas conduce a una nueva extremoenzima con propiedades mejoradas respecto a la original.