Los pulpos y otros cefalópodos son maestros del camuflaje, en gran parte gracias a la piel que cambia de color y que puede ayudarlos a desaparecer aparentemente en un segundo plano. Ahora, los investigadores informan de un gran paso hacia la posibilidad de recrear su superpoder.
Un equipo dirigido por la Universidad de California en San Diego pudo producir en masa un pigmento clave, la xantomatina, que se encuentra en la piel psicodélica de muchos cefalópodos. Hasta ahora, se ha demostrado que la xantomatina no es práctica para recolectarla de animales o fabricarla en un laboratorio.
Técnicamente, los investigadores no fabricaron el pigmento. Hicieron bioingeniería de bacterias para producirlo, convenciendo a los microbios no solo para que produjeran esta rara sustancia, sino para que lo hicieran con una eficiencia sin precedentes, produciendo hasta 1.000 veces más xantomatina que los métodos anteriores.
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Un acceso más fácil a la xantomatina podría ayudar a los esfuerzos para estudiar el camuflaje de los cefalópodos, arrojando potencialmente nueva luz sobre esta maravilla de la naturaleza y ofreciendo pistas para ayudarnos a imitarla.
Más allá de impulsar la búsqueda de los poderes del pulpo por parte de la humanidad, el nuevo estudio también tiene implicaciones para nuestra creciente comprensión de la fabricación microbiana. Si se puede persuadir de manera similar a las bacterias para que produzcan otras sustancias químicas, se podrían lograr mejoras importantes con respecto a las prácticas industriales actuales.
“Hemos desarrollado una nueva técnica que ha acelerado nuestras capacidades para producir un material, en este caso xantomatina, en una bacteria por primera vez”, dice el autor principal Bradley Moore, químico marino de Scripps Oceanography y la Universidad de California en San Diego.
“Este pigmento natural es lo que da al pulpo o al calamar su capacidad de camuflarse (un superpoder fantástico) y nuestro logro de avanzar en la producción de este material es sólo la punta del iceberg”, afirma Moore.
Para obtener altos rendimientos de las bacterias reacias, utilizaron un nuevo método al que llamaron “biosíntesis acoplada al crecimiento”, que incentivaba a las bacterias a producir grandes cantidades de xantomatina conectando su supervivencia con la producción de pigmentos.
“Necesitábamos un enfoque completamente nuevo para abordar este problema”, dice la autora principal Leah Bushin, quien dirigió el estudio en el Laboratorio Moore de Scripps Oceanography.
“Básicamente, se nos ocurrió una forma de engañar a las bacterias para que produjeran más material del que necesitábamos”.
Las bacterias son organismos prácticos y no les gusta desperdiciar sus escasos recursos fabricando productos que no son estrictamente necesarios para su supervivencia.
Entonces, Bushin y sus colegas le hicieron a la bacteria una oferta que no pudieron rechazar. Diseñaron genéticamente células “enfermas”, que sólo podrían crecer si continuaban produciendo dos compuestos: xantomatina y ácido fórmico.
Este último sirvió como combustible, y dado que una bacteria producía una molécula de ácido fórmico por cada nueva molécula de pigmento, tenía suficiente combustible para crecer, siempre y cuando produjera pigmento. Este circuito de retroalimentación mantuvo luego una producción intensiva de pigmentos.
“Hicimos que la actividad a través de esta vía, de producir el compuesto de interés, sea absolutamente esencial para la vida”, dice Bushin. “Si el organismo no produce xantomatina, no crecerá”.
La técnica produjo hasta 3 gramos de pigmento por litro de medio. Eso no parece mucho, pero es mucho más alto que los 5 miligramos por litro que se obtendrían con otros métodos, dice el equipo.
Una vez que se dieron las condiciones, el equipo no tuvo que esperar mucho para obtener resultados.
“Fue uno de mis mejores días en el laboratorio”, dice Bushin. “Preparé el experimento y lo dejé toda la noche. Cuando llegué a la mañana siguiente y me di cuenta de que funcionaba y estaba produciendo una gran cantidad de pigmento, me emocioné. Momentos como ese son la razón por la que hago ciencia”.
Además del ciclo de retroalimentación que impulsa esta estrategia, los investigadores optimizaron sus creaciones con evolución adaptativa de laboratorio y utilizaron herramientas bioinformáticas para mejorar la eficiencia y capacitar a los microbios para sintetizar pigmentos a partir de una única fuente de nutrientes, como la glucosa.
Los resultados sugieren un potencial espectacular para este concepto, dice el coautor Adam Feist, bioingeniero de la UC San Diego.
“Este proyecto permite vislumbrar un futuro en el que la biología permitirá la producción sostenible de compuestos y materiales valiosos mediante la automatización avanzada, la integración de datos y el diseño computacional”, afirma Feist.
“Aquí mostramos cómo podemos acelerar la innovación en la biofabricación reuniendo a ingenieros, biólogos y químicos que utilizan algunas de las técnicas de ingeniería de cepas más avanzadas para desarrollar y optimizar un producto novedoso en un tiempo relativamente corto”.
El estudio fue publicado en Nature Biotechnology.