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Un día en Biotecnología: AH

Como la gallina inconsciente del valor de sus huevos dorados, el ser humano es toda una fábrica de sustancias de lo más valiosas. Una de ellas es el ácido hialurónico (AH). Esta molécula es sintetizada por nuestras células para formar parte de nuestros tejidos, predominando en la piel, ojos, articulaciones y cordón umbilical. También se produce en el resto de vertebrados. Igual que un largo collar de cuentas, está formado por dos componentes enlazados: ácido glucurónico y N-acetilglucosamina, a los que nos referiremos como AGlc y NAG, respectivamente. El orfebre no es otro que una proteína (ácido hialurónico sintasa o HAS por sus siglas en inglés) que se encuentra en la membrana de las células.

Igual que un largo collar de cuentas, está formado por dos componentes enlazados: AGlc y NAG. Fuente: Seikagaku Corporation

Igual que un largo collar de cuentas, está formado por dos componentes enlazados: AGlc y NAG. Fuente: Seikagaku Corporation

Se ha estimado que, en 2010, el mercado de AH superó el billón de dólares americanos (USD). ¿Por qué interesa? ¿Qué aplicaciones tiene? El sector que más demanda AH es el de la cosmética, y no sería de extrañar que hayas oído el nombre de esta sustancia en anuncios televisivos, como componente hidratante e incluso rejuvenecedor. Otro uso extendido es el clínico: el AH es clave para operaciones de microcirugía ocular o para el tratamiento de osteoartritis. ¿Qué más? Pues desde relleno para tener los labios de la Jolie hasta aditivo alimenticio (como sustituto de clara de huevo en pastelería).

¿Cómo se obtiene el AH? Siento desmotivar a quien estuviera pensando en hacerse rico con el primer párrafo de este artículo, pero aislar una molécula de un organismo no es tan sencillo. Requiere precisos métodos de laboratorio y una serie de controles para asegurarnos de que hemos obtenido el componente exacto que buscamos, a partir de una muestra de tejido.

Mayoritariamente, el AH se ha obtenido a partir de fuentes animales como las crestas de gallo o el cordón umbilical. Sin embargo, la creciente demanda de esta molécula ha exigido el surgimiento de una alternativa más eficiente: la producción en masa.

Veamos: queremos producir una sustancia en grandes cantidades y de manera barata. ¿Qué hacen los científicos? Optan, siempre que las circunstancias lo permiten, por meter de por medio microorganismos. Y así se ha hecho. La HAS, nuestra proteína orfebre, está presente de manera natural en unas bacterias del grupo estreptococos. Atrás quedaron las fuentes animales y hoy día la gran mayoría de AH que se comercializa se obtiene gracias a bacterias.

Antes de seguir, revelaremos un dato crucial. Las propiedades, y con ello aplicaciones (y demanda y dólares) del ácido hialurónico dependen fuertemente de su peso molecular, es decir, del número de AGlc y NAG que posea nuestro collar de cuentas: de su longitud. AH de gran extensión posee viscoelasticidad, capacidad hidratante y adhesiva, que lo hacen idóneo para campos como la oftalmología, ortopedia, reparación de heridas o industria cosmética. Esto es definitivo a la hora de elegir y refinar la forma de producir en masa. No solo queremos cantidad; también el máximo de quilates.

Levadura Pichia Pastoris. Fuente: El núcleo blog.

El AH obtenido mediante bacterias no es de la suficiente longitud (y además juega el riesgo de infección que puede tener lugar al manipular estas bacterias, responsables de enfermedades como amigdalitis). Por ello se ha apuntado en diversas direcciones para la producción en masa. Un reciente artículo (2014) ha empleado levaduras, concretamente un tipo llamado Pichia pastoris. ¿Qué tiene de especial esta levadura? A diferencia de la famosa levadura Saccharomyces cerevisiae (su apellido proviene de la adorada bebida que produce), P. Pastoris no genera sino que consume alcohol. Es un microorganismo metilotrófico – puede vivir a partir de compuestos como el metanol. Esta es una de sus múltiples ventajas, ya que permite crecer estas levaduras económicamente.

Ahora bien, ¿cómo realizamos esta producción en masa? Para empezar, Pichia Pastoris NO produce ácido hialurónico de manera natural. Por lo tanto, necesita que le demos los ingredientes para llevar a cabo esta función. Como sí que posee la materia prima (NAG y AGlc), lo que necesita es la renombrada proteína: HAS. Así, el equipo de científicos le ha aportado las instrucciones: un gen para fabricar HAS, en concreto uno llamado xhasB. La x delante de ‘has’ indica que procede de Xenopus laevis, una especie de rana que produce de manera natural esta proteína.

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Fuente: Isabel López (Alfa Hélice)

Siguiente paso: el promotor borracho. Los promotores son secuencias que tenemos en nuestro material genético cuya función es controlar la expresión de los genes. Pensemos en un interruptor. Queremos regular la producción de AH, que sabemos que depende de la proteína HAS, y esta a su vez de que esté activo el gen xhasB. Este efecto dominó lo inician los promotores. Existe un promotor en Pichia Pastoris que posee unas características idóneas para nuestro fin: es débil (va a hacer que se fabriquen pocas proteínas HAS), y se activa cuando hay metanol en el medio.

¿Qué utilidad tiene todo esto? Recordemos que lo que nos interesa no es tanto la cantidad como la longitud o peso de este polímero. Si además de aportar el gen xhasB a nuestras levaduras, usamos este ‘interruptor’ en presencia de metanol, conseguiremos que nuestras levaduras dispongan de HAS,  aunque en muy baja cantidad. Así, tenemos muchas cuentas para nuestro collar a repartir entre muy pocos orfebres: cada HAS puede crear ácido hialurónico de gran longitud.

Objetivo conseguido. Con este tipo de estrategias juegan los investigadores en el día a día del laboratorio. Este equipo ha conseguido el ácido hialurónico de mayor peso molecular en la historia de la biotecnología usando microorganismos. Este es solo un ejemplo de las variadisimas aplicaciones de la biotecnología y de los métodos para perseguir metas en el mundo de la investigación científica.

Índice de abreviaturas:

AH – ácido hialurónico

HAS – proteína creadora de ácido hialurónico

AGlc – ácido glucurónico

NAG – N-acetilglucosamina


BIBLIOGRAFÍA

El artículo está basado en el estudio:

Jeong, E., Shim, W.Y. y Kim, J.H. (2014) Metabolic engineering of Pichia Pastoris for production of hyaluronic acid with high molecular weight. Journal of Biotechnology, 185 (28-36).

(Abstract disponible online: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168165614002648)

Otras fuentes consultadas

Izquierdo M. (2014) Curso de Genética Molecular e Ingenería Genética. Ediciones Pirámide.

http://www.seikagaku.co.jp/english/ha/ha04.html

http://mmegias.webs.uvigo.es/5-celulas/ampliaciones/2-hialuronico.php

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