Desarrollan una nueva biotecnología para transformar bacterias sin alterar su equilibrio genético

Equipos científicos liderados por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), organismo dependiente del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, junto con el Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), han desarrollado una innovadora técnica para modificar genéticamente bacterias sin recurrir a la introducción de material genético foráneo, algo habitual en el campo de la biotecnología.

La metodología, bautizada como 'GenRewire', posibilita la reorientación funcional de las proteínas ya presentes en el genoma bacteriano, permitiendo que adopten nuevas tareas sin comprometer su funcionamiento original, tal como ha informado el CSIC.

Según los investigadores, la ingeniería genética tradicional suele emplearse para dotar a las bacterias de capacidades nuevas, como la producción de compuestos útiles en medicina o industria, o la eliminación de contaminantes. Este tipo de modificaciones requiere la inserción de genes ajenos, generalmente mediante plásmidos, que son pequeñas moléculas de ADN extracromosómico capaces de transferirse entre bacterias.

En contraste, el estudio publicado en la revista científica Trends in Biotechnology propone un modelo distinto. Tal y como explica Manuel Ferrer, investigador del CSIC en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP-CSIC) y coordinador del trabajo, «nuestro método parte de una idea sencilla: si las proteínas nativas pueden ser rediseñadas computacionalmente para hacer algo nuevo, no necesitamos alterar el equilibrio genético de la célula con elementos externos».

Para comprobar la viabilidad de esta estrategia, los científicos aplicaron 'GenRewire' a la bacteria Escherichia coli, consiguiendo que adquiriera la capacidad de degradar partículas nanométricas de plástico PET (polietileno tereftalato), un material ampliamente utilizado en productos cotidianos y convertido en uno de los contaminantes más persistentes y preocupantes para la salud y el medioambiente.

Este avance fue logrado mediante la reprogramación de dos proteínas de la bacteria, sin necesidad de integrar nuevos genes. «Nuestro enfoque es único porque combina inteligencia artificial, simulación por supercomputación y edición genética precisa para incorporar nuevas actividades en proteínas naturales», detalla Víctor Guallar, investigador del BSC y codirector del estudio. Las proteínas modificadas sustituyen a las originales en el genoma, lo que permite a la célula preservar su equilibrio biológico.

La técnica se basa en un procedimiento computacional relativamente ágil. Joan Giménez, también investigador del BSC y uno de los autores principales, señala: «Reprogramamos la bacteria virtual en tan solo tres o cuatro semanas, gracias a los recientes avances en métodos estructurales de IA, en nuestros algoritmos de simulación mecánica y al poder de supercomputación del MareNostrum 5».

A diferencia de los métodos convencionales que dependen de la incorporación de genes externos para alterar las funciones celulares, 'GenRewire' logra el mismo efecto sin modificar el ADN con elementos ajenos. «Así se evitan problemas como que las bacterias crezcan peor o que el sistema sea poco estable. Hemos demostrado que es posible rediseñar bacterias desde dentro, sin alterar su naturaleza con elementos externos», afirman Paula Vidal y Laura Fernández, científicas del CSIC en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica y también autoras principales del artículo.

Además, subrayan que esta tecnología puede complementar la ingeniería metabólica clásica, ya que permite que bacterias como Escherichia coli degraden plásticos y transformen sus residuos en productos de valor añadido.

El equipo investigador sostiene que esta metodología es extrapolable a otros organismos y podría constituirse en una herramienta fundamental para reprogramar genomas sin necesidad de introducir proteínas o genes foráneos. «Esto, aplicado por ejemplo al genoma humano o a cultivos, no solo reduce el riesgo de rechazo por parte del sistema inmunológico, sino que también ayuda a superar las barreras legales y éticas que suelen plantearse al usar ADN ajeno», concluyen.