Éxitos transgénicos: producción de ácido ascórbico

En el artículo anterior de la serie “Éxitos transgénicos” vimos cómo se podían utilizar organismos genéticamente modificados para producir una proteína de interés, como la insulina. En este caso, la utilización de técnicas de ingeniería genética permitía producir un compuesto de forma rápida, sencilla y fácil de purificar para su administración como fármaco en personas.

Son muchos los ejemplos de productos que se obtienen hoy en día de este modo, como interferones, anticuerpos, vacunas, enzimas industriales (¿nunca os habéis preguntado qué llevan los detergentes que se anuncian “¡ahora con enzimas!”?)… No obstante, muchas veces no se requiere producir una proteína recombinante para su utilización directa, sino ser capaz de transformar un compuesto en otro más interesante económicamente. Para ello entra en juego la denominada Ingeniería Metabólica1, entre cuyas finalidades encontramos la alteración racional y dirigida de las rutas metabólicas de un organismo para comprenderlas y utilizarlas mejor, modificando o introduciendo nuevas reacciones bioquímicas específicas. Estas técnicas de fueron utilizadas para la producción de ácido ascórbico, pero antes de pasar a explicar cómo se realizó vamos a ver qué es este ácido y para qué se utiliza.

El enantiómero L del ácido ascórbico (o vitamina C para los amigos) es un compuesto que, en el caso de los humanos, debe ser ingerido en la dieta, pues somos incapaces de sintetizarlo. Es un nutriente esencial para la salud humana, requerido en determinadas reacciones metabólicas, evita el daño oxidativo en los tejidos, participa en la síntesis del colágeno, y su ausencia es causante del escorbuto2,3,4. Además, es una de las sustancias más importante de la industria alimentaria, pues también se utiliza como aditivo antioxidante y estabilizante en forma de distintas sales (E300, E301, E302, E303 y E304) y está presente en un gran porcentaje de alimentos que consumimos día a día, como se puede observar en los enlaces anteriores (carne, verduras, vino, cerveza, zumos de frutas, mantequilla, salsas, sopas…). Vamos, que está presente hasta en la sopa.

Como se puede observar en la imagen posterior, el ácido ascórbico se obtiene a partir del enantiómero D de la glucosa (D-glucosa) gracias a una serie de etapas químicas (resaltadas en gris) o de transformaciones microbianas (en cuadros).

En 1934, Reichstein y Grüssner publicaron en la revista Helvetica Chimica Acta un artículo titulado “Una buena síntesis de ácido L-ascórbico (vitamina C)” (A good synthesis of L-ascorbic acid (vitamin C))5. Este proceso, denominado síntesis de Reichstein-Grüssner, consta de varias etapas químicas y una conversión enzimática. Esta última etapa, que consiste en la transformación de D-sorbitol a L-sorbosa, es llevada acabo por una bacteria, Acetobacter suboxydans, en un proceso sumergido a 30-35°C, con agitación y aireación vigorosas. No obstante, este método de síntesis implica el uso de compuestos peligrosos para el medio ambiente, así como un gran consumo de energía.

En 1982, Sonoyama desarrolló un proceso de fermentación en dos etapas6. El primer paso implica la oxidación de la glucosa mediante actividades enzimáticas presentes en la enterobacteria Erwinia herbicola,que producen ácido 2,5 diceto-D-glucónico (2,5-DKG). La segunda etapa, una reducción de 2,5-DKG a ácido 2-ceto-L-gulónico (2-KLG), es llevada a cabo por un cultivo de Corynebacterium al que se añade el cultivo anterior de Erwinia esterilizado. El 2-KLG obtenido es transformado químicamente con facilidad a ácido L-ascórbico, siendo el balance total, basado en consumo de glucosa, del 86%.

No obstante, el problema es que las actividades encargadas de llevar a cabo las dos etapas enzimáticas se encuentran en dos bacterias diferentes que no pueden ser cultivadas conjuntamente pues cada una posee un óptimo de crecimiento diferente (temperatura, alimento, pH, oxígeno…). Desde un punto de vista técnico y económico, el hecho de tener que crecer inicialmente una bacteria y a continuación transferir el producto a otro cultivo implica pasos intermedios y tiempos muertos que disminuyen la productividad del proceso.

Y aquí es donde entra en juego la Ingeniería Genética. Un estudio detallado del proceso mostró que la transformación llevada a cabo por Erwinia incluye varios pasos enzimáticos, mientras que la producida por Corynebacterium estaba catalizada por una única actividad enzimática, la 2,5-DKG reductasa. La solución es aparentemente sencilla: basta con identificar el gen responsable en Corynebacterium, aislarlo y clonarlo (introducirlo) en Erwinia. Bueno, en realidad no es tan sencillo, pues antes de introducirlo en Erwinia se hizo lo propio en Escherichia coli, la bacteria modelo, para ver que el enzima introducido poseía actividad real. Los científicos de la compañía Genentech fueron los que llevaron a cabo en 1985 estas modificaciones, abriendo la posibilidad de un proceso de obtención de ácido 2-ceto-L-gulónico a partir de glucosa en una única etapa7.

Actualmente se producen más de 110.000 toneladas de L-ácido ascórbico al año, de las cuales la mayoría corren a cargo de microorganismos genéticamente modificados, generando más de 400 millones de dólares. Como podemos ver, y sin ánimo de entrar en polémicas, pese al miedo aparente que envuelve todo lo que tenga lo más mínimo que ver con ingeniería genética, biotecnología u organismos modificados genéticamente, la verdad es que los utilizamos día a día para nuestro provecho, haciendo que cosas que antes eran complicadas o imposibles de hacer ahora sean sencillas y baratas. La barrera parece encontrarse en los organismos transgénicos para el consumo humano. El tiempo nos dirá.

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Este artículo participa en los Premios Tesla de divulgación científica y nos lo envía Vicente Planelles (@apoptosome en twitter) estudiante de Bioquímica en la Universitat de València.

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Referencias:

ResearchBlogging.orgStephanopoulos, G. (1999). Metabolic Fluxes and Metabolic Engineering Metabolic Engineering, 1 (1), 1-11 DOI: 10.1006/mben.1998.0101

2 Padayatty, S., Katz, A., Wang, Y. et al. 2003. ”Vitamin C as an Antioxidant: evaluation of its role in disease prevention”. J Am Coll Nutr 22 (1):18–35.

3 Padh, H. 1990. “Cellular functions of ascorbic acid”. Biochem. Cell Biol. 68:1166-1173.

4 Padh, H. 1991. “Vitamin C: newer insights into its biochemical functions”. Nutr. Rev. 49:65-70


16 Comentarios

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JesúsJesús

Uf, acabas de decir que las vacunas se fabrican mediante transgénicos… Pese a la seriedad del tema y a que la cosa tiene muchos más beneficios que riesgos, auguro hordas de hippie-padres des-vacunando a sus hijos para no meterles esas porquerías…

VerónicaVerónica

Claro, vacuna y biotecnología, debe de dar el doble de niños autistas XDD

AndreaAndrea

te falto la palabra “transgenico”….imaginate: vacuna + biotecnologia + transgenico!!!

pasaba por aquípasaba por aquí

¿las vacunas se hacen modificando ADN? No era mi idea. No lo sé, sólo pregunto.

ApoptosomeApoptosome

Existen muchas opciones para crear vacunas en las que interviene la ingeniería genética (anticuerpos humanizados, inactivación de patógenos…) pero en este caso concreto me refería a la producción de proteínas típicas del patógeno (virus, bacteria y lo que sea) que se inyecta para su uso como vacuna. De esta forma se administra únicamente los fragmentos adecuados para producir la respuesta deseada, evitando tener que inactivar el patógeno y es mucho más fácil y barato de producir.

Si alguien quiere más información, he encontrado este enlace que parece estar bien: http://www.porquebiotecnologia.com.a...038;note=71

Milú el BárbaroMilú el Bárbaro

Sin saber como es el proceso, me imagino que lo que se modifique es el ADN de una bacteria inofensiva para que muestre proteínas de membrana (es decir, el blanco de las células del sistema inmune, lo que usan para “memorizar” patógenos) de una bacteria dañina.
Eso, o que se modifiquen los genes de virulencia de bacterias dañinas para inocularlos en el organismo sin causar daños.

GabiGabi

La vacuna para la hepatitis B se produce por técnica de ADN recombinante. Se obtiene un antígeno de superficie del virus B a partir de una levadura a la que se le ha insertado el gen correspondiente.

Simplicius simplicisimusSimplicius simplicisimus

Buena entrada. Enhorabuena, colaborador invitado. ¡Yo no sé por qué no ponéis el nombre del colaborador en el encabezamiento, como cuando escriben los titulares de Amazing! Ya lo he dicho en otras ocasiones y nada: Predicar en el desierto. También es curioso que, sin que nadie haya hecho crítica de los OMGs para estas utilidades, aparezcan comentariastas advirtiendo que esta entrada puede ser trolleada. Yo quiero tener el honor de ser el primero. Esto es un ejemplo de biotecnología útil para la sociedad. Pero otra cosa es liberar OMG al medio. ¡Chicos, aquí tenéis el primero para que os despachéis a gusto un rato!

scalpeloscalpelo

La vitamina C en el cuerpo humano esta involucrada en los siguientes fenomenos:
Estimulación de leucocitos, sintesis de inmunoglobulinas,sistema del complemento,sintesis del Interferon, sistesis de prostaglandinas, neutralización de carcinógenos y sustancias tóxicas, captura de radicales libres, degradación del colesterol, disminuye el LDL y aumenta HDL, disminuye los trigliceridos, estimula la producción de H. adrenocorticales, eliminación y degradación de la histamina. Sistesis de Carnitina, POR LO QUE EXPLICA LA GRAN UTILIDAD EN LA MEDICINA ORTOMOLECULAR,como agente quelante.
Los seres humanos perdimos la capacidad de sistetizar vitamina C en el hígado por la falta de una enzima llamada L-Glucoronolactona Oxidasa.
Scalpelo

lupe torreslupe torres

me parece una opinion muy limitada. los organismos geneticos modificados solo hacen ricos a las megaempresas transnacionales. la vitamina c por ejemplo no a disminuido las gripes, ni a aliviado los sintomas radicalmente, la gente muere de gripe con esas pandemias. la vitamina c tiene el deber de subir las defensas. claro y la vitamina c transgenica lo hace en el momento pero no a largo plazo, mientras lo encontrado en frutas y verduras subsiste. el hombre, bacterias, flora y fauna han evolucionado con el tiempo juntos,,, queremos cambiar la genetica cual si fuesemos el tiempo, la naturaleza, genios geneticos que saben manejar hasta los ultimos detalles de la quimica y biologia, fatuos…. hombres de ciencia sin dios

Cabezón

Millones de diabéticos sobreviven en el mundo gracias a la ingeniería genética. La insulina, que antes se obtenía del páncreas de vacas o cerdos, hoy lo producen las bacterias, creo que E. coli es la más usada. Y se trata de insulina humana, sin los problemas de impurezas de las insulinas de origen animal.
Aún más, la molécula de insulina ha sido manipulada y se ha mejorado, por ejemplo la Lis-pro es de efectos mucho más rápidos y la insulina-arginina va muy bien para el metabolismo basal. Simplemente se cambian uno o dos aminoácidos en la secuencia… y al final el ADN correspondiente es el que se inserta en las bacterias transgénicas.

BernardoBernardo

Mientras apliquen el mismo rigor y seriedad al análisis y mitigación de riesgos, por mí no hay ningún problema.

MarioMario

Muy buena nota, una muestra más del éxito de las modificaciones genéticas y organismos recombinantes. pero tengo una observación, las referencias están incompletas.

4 Trackbacks

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