Catherine Drennan, profesora de química y biología, disfruta describiendo con lirismo la compleja química de los microbios. “Creo que son elegantes y hermosos”, afirma. Por supuesto, también reconoce sus aplicaciones prácticas. “Me encanta que estos microbios puedan utilizarse para la biorremediación en zonas contaminadas de difícil acceso”, afirma. “Normalmente, la limpieza de estos entornos frágiles alteraría el equilibrio de los organismos vivos que allí habitan, pero los microbios ofrecen una forma natural de limpiar utilizando la química.”
Drennan y Michael Funk, estudiante de posgrado en química, forman parte de un equipo que estudia los matices de cómo los microbios descomponen los hidrocarburos mientras los metabolizan para crecer y sobrevivir. Dado que los hidrocarburos son un componente molecular natural (y principal) del petróleo crudo, los microbios podrían ayudar en los esfuerzos de limpieza tras los derrames de petróleo y otros casos de contaminación, siempre que el proceso de metabolización de los hidrocarburos por parte de los microbios transcurra sin contratiempos. El primer paso de ese proceso consiste en que el microbio ataque químicamente el hidrocarburo para generar una molécula más reactiva, pero algunos hidrocarburos son difíciles de manejar.
Para conocer mejor cómo sortear la naturaleza inerte de los hidrocarburos, Drennan, Funk y otros investigadores estudiaron la base estructural mediante la cual una sola bacteria —la desnitrificante Thauera aromatica— activaba y descomponía el hidrocarburo tolueno.
Los detalles de sus hallazgos, que implican el mapeo de estructuras enzimáticas previamente desconocidas, se publicaron en un artículo de este verano en The Journal of Biological Chemistry.
“Cuando uno piensa en cómo un organismo descompone una fuente de carbono y luego la utiliza para producir su propia energía”, afirma Drennan, “uno pensaría que la va a tomar y a separarla, pero en este caso primero forma una molécula más grande. Eso se debe a que lo que quiere incorporar a su metabolismo para obtener energía es tan poco reactivo que tiene que encontrar la forma de manejarlo y hacerlo útil.”
Combinación ganadora
La combinación ganadora que hace posible el proceso de descomposición es la unión de la enzima bencilsuccinato sintasa (presente de forma natural en el microbio) con la molécula sustrato fumarato (también presente en el microbio) en presencia de tolueno. La bencilsuccinato sintasa actúa como catalizador, favoreciendo una reacción entre el tolueno y el fumarato para generar bencilsuccinato. La conversión del tolueno en bencilsuccinato lo vuelve más reactivo —como describió Drennan anteriormente— y el primer paso del proceso metabólico se vuelve entonces posible.
Funk recuerda el proceso de varios pasos para determinar cómo esta enzima posibilita la reacción: “Hace un par de años, nuestra investigación reveló las estructuras de la enzima bencilsuccinato sintasa sin nada unido, así que ese fue el primer paso, para ver la arquitectura general del sitio activo. Pero aún no sabíamos cómo se uniría esa enzima a un sustrato.”
Funk y Drennan lograron que el sustrato fumarato se uniera a la enzima: el fumarato tiene dos grupos carboxilo y encaja perfectamente en el sitio activo. Con esas dos piezas en su lugar, experimentaron con distintas formas de la enzima hasta lograr que se uniera al tolueno.
Descubrimientos como este —que arrojan luz sobre cómo hidrocarburos como el tolueno pueden descomponerse, pese a su naturaleza apolar (y, por tanto, que normalmente no se unen)— constituyen un punto de partida fundamental para esfuerzos más organizados en biorremediación (gestión de residuos mediante organismos), afirma Funk. Sin embargo, él se apresura a señalar que aún estamos lejos de cualquier tipo de panacea.
“Una de las cosas que no anticipé es lo precisos que son los sitios activos de las moléculas”, afirma Funk. “Esta enzima [bencilsuccinato sintasa] utiliza el tolueno, y todo está muy apretado alrededor de esa molécula. Así que no es que pueda tomar cualquier cosa; es muy específica para esa molécula en particular.”
Biorremediación y más allá
Esto tiene mayores implicaciones para la práctica de la biorremediación, afirma Funk: “Si vamos a hacer biorremediación, necesitaremos muchos tipos distintos de enzimas capaces de degradar todo tipo de sustratos diferentes.”
No solo en los laboratorios prosperan los microbios con hidrocarburos. “Algunos microbios crecen en abundancia cerca de las refinerías de petróleo, hasta el punto de que las compañías petroleras no están contentas, porque les obstruyen todas las tuberías”, afirma Drennan. “Esto da peso a la idea de que la biorremediación microbiana podría funcionar, porque demuestra que los microbios pueden estar muy a gusto y encargarse de las cosas en un entorno así.”
También es una prueba de que los descubrimientos sobre la estructura microbiana que Drennan y Funk exponen en su artículo podrían tener más de un uso. “[La erosión de las tuberías] ha sido un problema porque los organismos reducen el sulfato a sulfuro de hidrógeno”, afirma Funk, “lo cual es una forma realmente perjudicial de corroer las tuberías.”
Y la erosión de las tuberías en una refinería de petróleo solo puede significar una cosa: mayor probabilidad de un derrame.
Con este problema en mente, Drennan y Funk reconocen la ironía de que sus descubrimientos estructurales sean más probables de utilizarse para inhibir a los microbios que para fomentar su crecimiento. “Espero que este trabajo no conduzca simplemente a un inhibidor que mate a los organismos para que no corroan las tuberías”, afirma Drennan. “Pero si evita los derrames, eso es bueno. Se necesita la cantidad justa de microbios que limpien el medio ambiente, pero no tantos como para que en realidad lo contaminen.”
Sean cuales sean los usos inmediatos de su último descubrimiento, la pasión de Drennan y Funk por los microbios está lejos de terminar. La secuenciación del ADN de los microbios, en particular, representa una frontera apasionante. “Si tenemos estas secuencias de ADN”, afirma Funk, “se puede obtener un perfil de lo que los microbios son capaces de degradar en una situación de derrame concreta, así como de lo que ha logrado escapar porque no tiene una vía de degradación. La información de las secuencias puede decir mucho: puede ofrecer una imagen mucho más amplia de toda una comunidad de organismos.”
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Francesca McCaffrey escribe para MIT News.
Imagen: Trabajadores limpian un río. REUTERS/David Mercado
