Comienza con un brillo, un parpadeo casi mágico a través de la piel de un pulpo que se desvanece en la arena. Ese mismo pigmento que cambia de color, la xantomatina, ha sido recreado en cantidades récord por un equipo de la Universidad de California en San Diego, lo que marca un salto hacia materiales sostenibles inspirados en la naturaleza.
Publicado en Nature Biotechnology, el nuevo estudio detalla cómo los investigadores del Instituto Scripps de Oceanografía diseñaron bacterias para producir en masa el esquivo pigmento que da a los pulpos, calamares y sepias sus poderes de camuflaje. Al vincular la supervivencia de los microbios con la producción de pigmentos, el equipo creó un circuito de retroalimentación que convirtió el metabolismo bacteriano en una pequeña fábrica biológica.
Convertir bacterias en artistas
Tradicionalmente, ha sido casi imposible producir xantomatina en cantidades útiles. El pigmento, también responsable de los tonos ardientes de las alas de las mariposas y los cuerpos de las libélulas, se produce de forma natural, pero se ha resistido a la síntesis a escala industrial. Su recolección de animales no es práctica y las rutas químicas son lentas, costosas y de bajo rendimiento.
El equipo de UC San Diego encontró una solución. Diseñaron genéticamente una bacteria para que su crecimiento dependiera de la producción del pigmento mismo. Cada molécula de xantomatina producida también generaba ácido fórmico, que el microbio necesitaba para sobrevivir. Esa conexión simple pero ingeniosa creó un ciclo que se refuerza a sí mismo.
“Hicimos que la actividad a través de esta vía, de producir el compuesto de interés, sea absolutamente esencial para la vida. Si el organismo no produce xantomatina, no crecerá”, dijo Leah Bushin, autora principal del estudio, ahora miembro de la facultad de Stanford que realizó el trabajo como investigadora postdoctoral en Scripps Oceanography.
Para impulsar el sistema aún más, el equipo utilizó la automatización robótica y la evolución adaptativa del laboratorio para optimizar los microbios y, en última instancia, aumentar la producción de pigmentos hasta 1.000 veces más que los métodos anteriores. Las bacterias produjeron entre uno y tres gramos de pigmento por litro, en comparación con sólo miligramos en los enfoques más antiguos.
Cuando el experimento finalmente funcionó, Bushin describió la emoción del descubrimiento. Dejó los cultivos durante la noche y regresó a la mañana siguiente para encontrar un color intenso saturando el medio, una confirmación visual de que el sistema había tenido éxito. “Fue uno de mis mejores días en el laboratorio”, recordó.
Del camuflaje a los productos de consumo
El autor principal Bradley Moore, químico marino con nombramientos conjuntos en Scripps y la Facultad de Farmacia Skaggs de UC San Diego, dijo que el avance podría abrir puertas en la ciencia de materiales y la biofabricación. Los usos potenciales incluyen tintes de base biológica, protectores UV, recubrimientos adaptativos e incluso aplicaciones militares o cosméticas.
“Este pigmento natural es lo que le 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”, dijo Moore.
La investigación, financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Oficina de Investigación Naval, la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia y la Fundación Novo Nordisk, también señala un cambio más amplio hacia la química sostenible. Al combinar la supervivencia microbiana con la creación de moléculas, los científicos pueden evitar las materias primas derivadas de fósiles y, en cambio, aprovechar la propia lógica bioquímica de la naturaleza.
Según el coautor Adam Feist, cuyo laboratorio se especializa en bioingeniería computacional, el enfoque representa un vistazo a una nueva era de la biofabricación, en la que computadoras, robots y microbios colaboran para producir moléculas complejas a partir de azúcares simples. El método podría adaptarse a otros productos naturales de alto valor, desde pigmentos hasta productos farmacéuticos.
Por ahora, el código de colores secreto del océano ha sido descifrado en una placa de Petri. Lo que antes sólo brillaba bajo las olas pronto podrá colorear los materiales que darán forma a nuestro futuro.
Biotecnología de la naturaleza: 10.1038/s41587-025-02674-3
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