Tras la pista de la bacterias lixiviantes.

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Julio 26, 2004
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Tras la pista de las bacterias lixiviantes
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Descifrar las funciones que ocultan los genes de bacterias participantes en la lixiaviación de cobre
y mejorar esas cualidades, es la tarea que se ha propuesto el doctor David Holmes, en el marco de
su investigación en el Centro de Bioinformática y Biología Genómica de la Universidad de Santiago.
Así como Sherlock se preguntaba cuál era el misterio oculto en
cinco pepitas de naranja, el Doctor David Holmes analiza, en trozos
de DNA, cuáles son las funciones que cumplen ciertos genes
pertenecientes a microorganismos. El estudio no es menor, por
cuanto hace veinte años una serie de observaciones realizadas en
plantas mineras, llevaron a un grupo de investigadores a
preguntarse a qué se debía la oxidación de los sulfuros en los
procesos de extracción de cobre. El resultado demostró que el
comportamiento de ciertas bacterias permitiría recuperar este
recurso, dando inicio a un nuevo proceso de explotación por medio
de la biolixiviación.
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David Holmes
El potencial de esta técnica generó una línea ascendente de
investigación impulsada por distintos centros, apoyados por
empresas del área. Actualmente, la Universidad de Santiago lleva
adelante un estudio con el cual mejorarían las técnicas de
biolixiviación, a partir de nuevos descubrimientos en el genoma de
las bacterias involucradas en este proceso. A través del
financiamiento de Fondecyt, inició su proyecto en bioinformática y
genómica funcional.
Acidithiobacillus ferrooxidans en
partículas de oro durante el proceso de
lixiviación.
(Foto: doctor David Holmes)
El doctor David Holmes, líder de esta investigación, señala entusiasta: “lo que hemos realizado en nuestro
laboratorio es identificar los genes y sus funciones en el genoma de la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans y
estamos tratando de reconstruir todo su metabolismo a través de la información derivada de su genoma”.
Página web del
laboratorio del
doctor David
Holmes en la
Universidad de
Santiago
En el año 1994 con la secuenciación completa del primer genoma comenzaron a ser descifrados una serie de
organismos, entre ellos se obtuvo el primer borrador del genoma humano, que tiene cerca de tres millones de
pares de bases. La secuencia del genoma de la Acidithiobacillus ferrooxidans fue descifrada por el “Institute
Genomics Research” y también por “Integrated Genomics”, ambas compañías norteamericanas de renombre en
el área de la genómica. Lo anterior permitió al mundo científico automatizar esta información y remitirse a
estudiar los fragmentos de DNA de la bacteria.
Lo primero que hacen el doctor Holmes y su grupo, a través del uso de programas computacionales, es
identificar los genes de forma automática. Después examinan, gen por gen las identificaciones para mejorarlas
y profundizarlas. Un segundo software los compara y establece una red de combinaciones posibles, entregando
información sobre sus interacciones y funciones en redes metabólicas. Este avance tecnológico ha sido posible
gracias al desarrollo de algoritmos, abstracciones matemáticas que cuantifican la similitud entre secuencias e
información genética, y que llevaron en la década de los noventa a crear programas de modelamiento tridimensionales ab initio y por homología de proteínas.
http://www.bioplanet.net/magazine/bio_julago_2002/bio_2002_julago_genetica2.htm (1 of 3)26-07-2004 18:23:15
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Sobre los avances de esta investigación, el doctor Holmes
relata: “Estamos identificando los genes presentes en esta
bacteria. En esta fase muchas veces el programa arroja una
cantidad de genes que desconoce, hasta aquí no tenemos
antecedentes para asegurar si son genes y, si lo fueran, no
conocemos sus propiedades, pero hay técnicas computacionales
avanzadas que pueden ayudarnos en su identificación y también
hay experimentos, como los microarreglos, que pueden aprobar
o negar nuestras hipótesis”.
Los aportes de
este estudio
apuntan a la
posibilidad de
mejorar los genes
de
Acidithiobacillus ferrooxidans, para aumentar su capacidad de
biolixiviacion. “Con esta información podemos reconstruir su
metabolismo, porque como bien sabemos biolixiviar minerales es
muy difícil, pero podemos estudiar sus genes, incluso sacarlos y
ponerlos bajo observación para cambiar y aumentar sus
funciones”, puntualiza Holmes.
El doctor Holmes considera que se podrá
tener la plataforma para hacer sugerencias
a las empresas de cobre, en orden de
implementar nuevas técnicas de
biolixiviación.
Preparación de pilas para realizar el
proceso de lixiviación bacteriana.
“Un fenómeno que descubrimos en esta bacteria que es
(Foto: www.titanresources.com.au)
bastante interesante, es el de la quorum sensing y su posible
relación con la formación de biopelículas. Muchos organismos
tienen un sistema en el cual un gen que codifica una molécula lactona, al pasar a través de la membrana
resplandece. Cuando las bacterias empiezan a crecer en concentraciones más altas, estas lactonas pueden
volver a entrar a la célula (estado dinámico) y comienzan a controlar la expresión de muchos genes, incluyendo
a los responsables de la formación de biopelículas, un concepto importante para la biolixiviación de cobre”.
“Sabemos que biolixiviar minerales es
muy difícil, pero podemos estudiar sus
genes, incluso
sacarlos y ponerlos
bajo observación para cambiar y
aumentar
sus funciones”.
Con la generación de conocimiento básico, el doctor Holmes
considera que se podrá tener la plataforma para hacer
sugerencias a las empresas de cobre, en orden de
implementar nuevas técnicas de biolixiviación. Considerando
que en los últimos veinte años la participación de Chile en la
producción mundial aumentó fuertemente al punto de
desplazar a EE.UU. como primer productor, y sumando a esto
la sostenida baja en la ley del cobre, esta alternativa se perfila
como la técnica que podrá lixiviar la calcopirita, aplicando
ingeniería genética en bacterias, lo que abre interesantes
proyecciones científicas y económicas.
“Al conocer el genoma de estos organismos -señala Holmes- sabremos cuáles controlar para mejorar la
extracción de cobre, incrementando de paso la producción de biomasa. Si se lixivia el uno o dos por ciento de
calcopirita significaría un aumento económico importante para el país”.
Investigación
Esta línea de investigación consiste en descifrar la funcionalidad de los genes que componen el
Acidithiobacillus ferrooxidans, microorganismo de importancia industrial, que oxida hierro a pH ácido. El
análisis molecular de la vía metabólica de la oxidación de hierro, en conjunto con el análisis de las secuencias
de inserción de este microorganismo, revelan una visión novedosa sobre los orígenes de la vida, la evolución
de los genes y genomas.
Este trabajo apunta a entregar aplicaciones prácticas en los procesos de biolixiviación del cobre, aportando
con un importante incremento de biomasa.
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