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

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