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Descubren bacteria con potencial biotecnológico en el desierto de Atacama

por 25 junio, 2021

Descubren bacteria con potencial biotecnológico en el desierto de Atacama
Las inhóspitas condiciones de uno de los ecosistemas más extremos del planeta –entre ellas, una cuantiosa radiación, además de altas y bajas temperaturas– permitieron a estos microorganismos obtener características antioxidantes y antibacterianas durante su evolución. El trabajo fue liderado por Juan Asenjo, miembro de la Academia Chilena de Ciencias, y continuó con la construcción de un catálogo con más de dos mil microorganismos, encontrados en este entorno desde 1984, para fines de estudio, conservación y desarrollo biotecnológico. Su importancia radica en el contexto de la búsqueda de nuevas moléculas para el tratamiento de enfermedades relacionadas con el envejecimiento, diversos tipos de cánceres o la resistencia a los antibióticos, valora el Premio Nacional de Ciencias.
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Una colaboración internacional entre científicos chilenos e ingleses permitió el hallazgo de una nueva bacteria en el desierto de Atacama, uno de los ecosistemas más extremos del planeta. Se trata de un microorganismo denominado Streptomyces asenjonii, y cuya exposición a condiciones inhóspitas durante miles de años le permitió desarrollar características antioxidantes y antibacterianas.

Este tipo de bacteria fue encontrado en un ambiente hiperárido, a 2 mil metros de altura, y ha sido aislada para desarrollar investigaciones que permitan indagar sus capacidades para el desarrollo de nuevos fármacos. Esto, como parte del programa continuo de exploración de la biosfera extrema de Atacama que lleva adelante un equipo liderado por el Premio Nacional de Ciencias, Juan Asenjo, en busca de nuevos productos de origen natural bioactivos.

“En ese contexto hemos centrado nuestra atención en una cepa del Streptomyces asenjonii, que mostró fuertes efectos antibacterianos”, explicó Asenjo, director del Centro Basal de Biotecnología y Bioingeniería (CeBiB) de la Universidad de Chile e integrante de la Academia Chilena de Ciencias.

“Estas nuevas actinobacterias filamentosas presentes en desierto de Atacama representan un inmenso recurso sin explotar para la búsqueda y el descubrimiento de la nueva generación de antibióticos necesarios para la atención médica”, añadió.

El académico enfatizó que los productos naturales se consideran un recurso valioso para el descubrimiento de fármacos, debido a la diversidad de sus estructuras químicas, que no pueden compararse con ninguna de las que pueden encontrarse en repositorios de tipo sintético. Sin embargo, su descubrimiento es bastante desafiante, dada la alta tasa de “reaislamiento” de metabolitos conocidos.

“Una de las principales estrategias para abordar este problema es el aislamiento de nuevos metabolitos mediante el cribado de nuevos microorganismos de hábitats desatendidos y poco explorados, en particular, la biosfera extrema que incluye biomas desérticos, la Antártida y los organismos simbiontes de insectos”, detalló Asenjo.

El miembro permanente de la Academia Chilena de Ciencias –entidad que presidió desde 2010 a 2016– valoró el hecho de que el hallazgo es fruto de una extensa colaboración con investigadores ingleses –entre ellos, el científico Allan Bull, de la Universidad de Kent, en el Reino Unido–, quienes han explorado el desierto de Atacama desde 2004, propiciando descubrimientos de interés en los últimos 15 años.

Streptomyces asenjonii

El desierto de Atacama es considerado el desierto no polar más antiguo y seco de la Tierra. Ha sido árido por 15 millones de años, desde el período Jurásico, pero luego evolucionó a una condición de hiperaridez durante el mioceno. Inicialmente, se consideró que esta sequedad extrema hacía imposible la existencia de vida microbiana, pero estudios posteriores demostraron lo contrario.

“Esto indica que podría proporcionar un inesperado recurso de diversidad microbiológica”, precisó el científico nacional. Allí, el grupo de investigación detectó la presencia de un tipo de bacteria perteneciente a la familia de las Streptomyces (que crece en distintos ambientes y tiene una apariencia similar a los hongos), y que fue llamada Streptomyces asenjonii.

“Esta bacteria ha sido expuesta a tremendas cantidades de radiación, resistiendo a altas y bajas temperaturas, altas concentraciones de sal, presencia de óxidos inorgánicos o bajas concentraciones de materia orgánica. Muchas veces, cuando uno las encuentra, ni siquiera están vivas, sino en estado de latencia. Pudo haber estado así por miles de años en este ambiente extremo”, afirmó el investigador del CeBiB.

La fase de latencia representa un periodo de transición para los microorganismos cuando son transferidos a una nueva condición. En este ciclo se producen las enzimas necesarias para que puedan crecer en un nuevo medio ambiente. Tras un análisis taxonómico, los investigadores determinaron que la bacteria sintetiza 16 metabolitos especializados, que demuestran que su adaptación a condiciones extremas le confiere una diversidad antibacteriana única.

“Debido a sus condiciones únicas y aún sin explorar, la ciencia busca en estos entornos nuevas moléculas anticancerígenas y antibióticos. En el caso de esta molécula, el asenjonii, en particular, tiene una capacidad antioxidante muy importante, algo que podría tener un enorme potencial para enfermedades asociadas al envejecimiento, según hemos observado en pruebas para determinar su composición química”.

Investigación de frontera en Chile

María Cecilia Hidalgo, presidenta de la Academia Chilena de Ciencias, subrayó la relevancia de que el país pueda fortalecer la investigación de frontera en entornos como el desierto de Atacama, y eventualmente otros, como la Isla de Pascua y la Antártica, que ofrecen oportunidades inigualables, debido a una biodiversidad única a nivel mundial. En este sentido –puntualizó–, destinar esfuerzos y recursos permitirá que el país tenga un rol protagónico en este proceso.

“El trabajo del doctor Asenjo, en colaboración con científicos internacionales, demuestra la importancia de que el país ponga en valor sus recursos naturales no solo desde una perspectiva extractivista de su modelo de desarrollo, sino también potenciando la investigación científica de vanguardia. Los resultados de investigaciones de este tipo pueden derivar en aplicaciones de interés para las próximas décadas”, dijo la también académica de la Universidad de Chile.

El Streptomyces asenjonii es uno de los más de dos mil microorganismos encontrados en los últimos 30 años en el desierto de Atacama, y que han motivado al grupo de investigación liderado por Asenjo a construir una base de datos abierta para fines de investigación, conservación y desarrollo biotecnológico.

“El país debe asumir este potencial como una responsabilidad para impulsar investigaciones de interés internacional, y que contribuyan a generar un nuevo polo de desarrollo sustentable para su futuro”, expresó Hidalgo.

“Pese a tener un bajo número de investigadores y una insuficiente inversión en ciencia, Chile tiene un potencial científico de país del primer mundo, y este debe ser aprovechado. En algún momento, nos encontramos con el hallazgo de una molécula en Isla de Pascua (rapamicina), y ningún científico nacional participó. Hoy vemos cómo nos estrellamos con el problema de las vacunas y muchos abogan por recuperar la capacidad de producirlas que tuvimos hace más de 20 años. Hoy eso es posible, pero se necesitan mayores esfuerzos”, complementó Asenjo.

En este contexto, ambos destacaron el reciente acercamiento entre la Academia Chilena de Ciencias y la Royal Society de Londres, como parte del programa Ciencia de Frontera, que permitirá fomentar la colaboración de jóvenes investigadores en ámbitos como astronomía, ciencias de la vida y biotecnología, entre otros.

“Es la primera vez que la Royal Society realiza una de estas reuniones, que convocan a academias de los principales países del mundo, de manera virtual”, precisó el académico de la U. de Chile.

Búsqueda de nuevas moléculas

De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud (OMS), la resistencia a los antimicrobianos pone en peligro la eficacia de la prevención y el tratamiento de una serie cada vez mayor de infecciones por virus, bacterias, hongos y parásitos. Al mismo tiempo, la búsqueda de nuevos fármacos para condiciones como el cáncer o enfermedades vinculadas al envejecimiento es un tema crítico para la industria biotecnológica.

Es en ese contexto donde la búsqueda de nuevas moléculas en ambientes extremos cobra relevancia, según Asenjo. “Las bacterias que hallamos en esos entornos son diferentes a las que habitan, por ejemplo, en nuestra cocina. En otras palabras, a diferencia de las que ya conocemos, tienen una gran importancia biotecnológica”.

El integrante de la Academia Chilena de Ciencias apunta que “desde que se descubrió la penicilina en 1928 y hasta su uso comercial, cerca del año 1940, nadie sabía que era útil. De ahí en adelante, la búsqueda de nuevas moléculas se ha complejizado y la ciencia ha debido ir a ambientes cada vez más extremos para encontrarlas. Uno de ellos, en Chile, es la Fosa de Atacama, uno de los puntos más profundos del Pacífico. Aquí, como parte de un proyecto financiado por la Unión Europea, ya hemos encontrado bacterias con potencial antibiótico”.

La comunidad científica en el mundo ha venido alertando que desde los años 70 el hallazgo de nuevas moléculas se ha ralentizado, lo que ha motivado a diversos grupos a indagar en zonas hasta hoy inexploradas en busca de productos endémicos que permitan el desarrollo de fármacos, test diagnósticos y terapias para enfermedades de alta prevalencia o gran impacto sobre los sistemas de salud. En el caso del Desierto de Atacama, el interés por investigaciones de este tipo se ha multiplicado en la última década.

“En el mundo hay una crisis tremenda de falta de antibióticos, porque las bacterias se han hecho resistentes a los que existen. Entonces esa es la motivación central. La industria farmacéutica está ansiosa de encontrar moléculas que tengan alguna utilidad. Si esa molécula es interesante, como esperamos que sea el asenjonii u otras del desierto de Atacama, no es difícil interesar a grandes consorcios para impulsar su estudio y posterior transferencia en un futuro cercano”, expuso el investigador del CeBiB.

Catálogo en el desierto

El grupo de investigación liderado por Asenjo ha desarrollado un catálogo con 2.302 microorganismos recuperados desde diferentes entornos del desierto de Atacama entre 1984 y 2016. Según destacó el académico de la Universidad de Chile, en la última década, la riqueza y diversidad microbiana de este entorno ha sido reconocida como un recurso biológico de interés mundial en los ámbitos de la biotecnología y la conservación.

Por ello, añadió, es necesario almacenar estas comunidades en una base de datos abierta para promover acciones que contribuyan a preservar la amplia gama de nichos ecológicos del país. “El desierto de Atacama es uno de los más antiguos y los lugares más secos de la Tierra. Esta base de datos proporciona una rica descripción de la diversidad del desierto y ayuda a visualizar sus posibles recursos”, señaló Asenjo.

Los datos han sido recopilados, curados y organizados en varias categorías para generar un registro único para cada microorganismo. Algunas de las variables de clasificación consideran parámetros como metadatos de aislamiento, morfología, información sobre fisiología, genoma y metabolismo. La plataforma, actualmente en su versión prototipo, es de acceso abierto y gratuito en la web atacamadb.cl.

La página brinda fácil acceso a las principales opciones de consulta: búsquedas básica, de árbol taxonómico, avanzada y por geolocalización. El académico detalló que las bacterias son distintas en los diversos niveles de altura del desierto de Atacama, lo que demuestra una riqueza única.

“Los organismos se distribuyen en bacterias, arqueas o dominios eucariotas, junto con aquellos que no están clasificados taxonómicamente. Este esfuerzo ayudará a la comprensión de los microbios. ecología del desierto, dinámica de poblaciones microbianas, comportamiento estacional, impacto del cambio climático sobre el tiempo, y revelar más aplicaciones biotecnológicas de estos microorganismos”, concluyó el Premio Nacional de Ciencias.

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