Relojes moleculares y adaptación en plataformas bioindustriales

Uno de los retos que la producción bioindustrial enfrenta es la obtención de cepas relevantes y la estabilización de su desempeño a largo plazo. El enfoque actual consiste en transferir elementos genéticos de interés a cepas “domesticadas”. Por un lado, tal transferencia y la estabilización metabólica del nuevo organismo en el largo plazo involucran una complejidad potencialmente fatal. Por otro, se desechan todos los elementos biológicos no compatibles con el sistema, lo que constituye una pérdida de potencial. A diferencia de las máquinas con las que estamos familizarizados, la célula, la unidad de organización biológica, es extremadamente dinámica y flexible lo que es de esperarse ya que en aquella flexibilidad radica la capacidad de adaptarse a un ambiente en constante cambio.

Al momento, el grado de diversidad de elementos biológicos con potencial bioindustrial es desconocido, como lo es la colección de parámetros ambientales que controlan su diversificación en la naturaleza. En otras palabras no sabemos con certeza cuantos genes existen y a través de qué procesos nuevos genes llegan a aparecer y establecerse en un ecosistema. En el contexto bioindustrial eso significa que no sabemos que tan grande es nuestra caja de herramientas y porqué luce potencialmente diferente cada vez que la regresamos a ver. Una razón por la que este fenómeno provoca la calvicie prematura en los curiosos más empedernidos podría atribuírse a un concepto que no cuadra perfectamente con nuestras observaciones del mundo biológico. Consideramos al gen como la unidad de información biológica; la célula como la unidad de organización biológica; y la especie como la unidad de historia biológica. Estos tres conceptos pueden considerarse círculos concéntricos: una especie es una colección de células (similares o idénticas); y una célula, una colección de genes (propiamente ejecutados). Esta consideración implica círculos definidos y elementos que no transgreden tal definición: una célula pertenece a una especie, pero no a otra; un gen, a una célula nada más. Esto es fundamentalmente obvio a la escala en la que funcionamos: distinguimos plantas y animales con nombres específicos; pero no así a medida que reducimos la escala a la que realizamos observaciones: mientras más pequeño el enfoque, más inapropiados son los conceptos biológicos que damos por hecho.

Cuando observamos un paisaje macroscópico somos testigos de una colección definida de organismos resultado de la interacción e interpretación de genomas definidos en parte gracias a la presencia del núcleo eucariótico, la barrera biofísica y bioquímica que limita el libre flujo de genes. Por otro lado, cuando experimentamos con un paisaje microscópico somos testigos de una colección de organismos que, dada la ausencia de un núcleo celular definido en la mayoría de los casos, es resultado de la interacción e interpretación de genomas dentro de los cuales el casi-libre flujo de genes ofusca el establecimiento de identidades, y por ende, historias evolutivas claras.

En el contexto de la bioeconomía, estas distinciones son relevantes ya que las plataformas de producción biológica que se proponen y las herramientas para manipular organismos macroscópicos con las que contamos consisten generalmente de microbios.

Los virus, partículas tan pequeñas y simples que desafían el concepto de vida, constituyen, por ejemplo, verdaderos mensajeros genéticos a escala ecológica y pueden transportar genes entre especies e inclusive reinos diferentes. A una escala un poco mayor, la definición de “especie” en microbios contribuye con uno de los dolores de cabeza más comunes en el mundo científico: un microbio determinado puede tener genes con historias evolutivas diferentes e independientes. Es decir, el concepto de célula cómo unidad de organización biológica tambalea (puede considerarse una unidad de organización fisiológica), y el concepto de especie se viene abajo (células de la misma especie son radicalmente diferentes). Si cree que esto no tiene la menor importancia considere que células de Escherichia coli que este mismo momento habitan su aparato digestivo pueden volverse letales con los genes relevantes. Una infección potencialmente fatal puede diagnosticarse equivocadamente porque Escherichia coli, se supone, es una “especie normal” en su intestino. La razón es que la identidad de Escherichia coli se establece en base a una secuencia genética específica, pero su nivel de patogenicidad radica en otra, potencialmente indetectable y por lo tanto inidentificable.

El ADN es el lenguaje universal de la vida terrestre y el marcador molecular a través del cual interpretamos el pasado. Existen secuencias genéticas que compartimos con peces y microbios, y las utilizamos como las utilizaría un detective para establecer nuestra relación con ellos basados en el grado de similaridad que existe entre secuencias: mientras más tiempo pasa, más diferentes tales secuencias deben ser. Esta información se traduce en un mapa cronológico de la evolución: el árbol de la vida. En microbios, los genes que dirigen la síntesis de ribosomas se usan establecer su identidad. Pensaríamos que sabiendo quién es vamos a saber qué hace. Muy desafortunadamente, no es así. La ecología de microbios está mucho más definida en humanos, pero si pretendemos explorar genes ambientales para la industria es importante comprender la manera en la que los genes se comportan en el medio ambiente (incluído el medio ambiente industrial). Genes que literalmente se traducen en una función específica: degradar contaminantes, procesar biomasa, generar electricidad, producir químicos valuables, recuperar minerales, etc., tienden a compartirse entre microbios filogenéticamente relacionados y entre microbios que comparten un mismo hábitat, con la condición que la inversión que la célula realiza en mantenerlos debe justificarse. Es decir, a diferencia de nuestras células, una célula microbiana tiende a perder genes que no necesita y por muy pocas razones tal célula los conservará en beneficio de la industria.

En el contexto bioindustrial, entonces, el reto consiste en generar diversidad genética para luego explorarla con una meta específica. Ecuador, en ese contexto, tiene una gran porción del trabajo ya ejecutado. La diversidad genética en regiones del territorio Ecuatoriano es la más rica del planeta, y no como consecuencia del azar sino como respuesta a un medio ambiente dinámico que justifica, y a la vez responde a la presencia/ausencia de genes.

Comprender los procesos que generan biodiversidad y extrapolar ese conocimiento a la generación de biotecnología industrial basada en diversidad genética requiere evaluar nuestros conceptos científicos y contribuirá al establecimiento de la bioeconomía como alternativa de desarrollo para el siglo XXI, el siglo de las ciencias de la vida.

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