En el ámbito de la investigación, Escherichia coli (E. coli) se ha convertido en una herramienta invaluable debido a su versatilidad y facilidad de manipulación. Esta bacteria, comúnmente encontrada en el intestino de animales, incluyendo humanos, ha demostrado ser fundamental en diversos campos, desde el diagnóstico de enfermedades hasta la biotransformación de residuos plásticos.
Diagnóstico de Enfermedades
E. coli se utiliza en el diagnóstico de infecciones provocadas por cepas toxigénicas. Para este efecto, se utilizaron 231 cepas de E. coli de diversos planteles porcinos, evaluando su capacidad de sintetizar toxinas. De las 231 cepas de E. coli examinadas, 24 (10,4%) correspondieron a la producción de LT y 16 (6,9%) a la síntesis de VT.
Este método resulta económico y rápido en la pesquisa de cepas LTEC y VTEC. La detección de E. coli permite identificar rápida y efectivamente las infecciones por cepas de E. coli.
Detección de Toxinas LT y VT
Un método eficaz para la detección de toxinas producidas por E. coli es el descrito por Parreira y col. (1994). Este método, que utiliza líneas celulares Vero cubiertas con agar, ha demostrado excelentes resultados (Microfotografía 1).
El procedimiento implica:
- Siembra de una colonia de E. coli en cada pocillo.
- Incubación a 37º C con 5% de CO2 durante 96 h.
- Observación de la formación de la monocapa celular.
Es imprescindible esterilizar el extracto por filtración para evitar lesionar a las células. Además, de acuerdo con Parreira y col., la cantidad de toxina necesaria para dañar las células es inferior a la que se logra con los medios de cultivos líquidos, y naturalmente, no es necesario extraer la toxina de los cultivos bacterianos.
Biotransformación de Residuos Plásticos
Científicos del Reino Unido han modificado genéticamente la bacteria Escherichia coli para transformar los desechos plásticos en vainillina. La vainillina es la molécula responsable del olor y sabor característicos de la vainilla y se utiliza en alimentos, cosméticos y como plataforma química de importancia industrial.
El tereftalato de polietileno (PET) es uno de los tipos de plástico más utilizados. La mayoría de las tecnologías de reciclaje existentes degradan el PET en sus monómeros sustituyentes, etilenglicol y ácido tereftálico, y luego los reutilizan en materiales plásticos de segunda generación. Wallace y Joanna Sadler, también de la Universidad de Edimburgo, quieren reciclar estos monómeros en productos alternativos.
Su E. coli modificada produce enzimas para convertir el ácido tereftálico en vainillina a través de una oxidación, una metilación y dos pasos de reducción. Estas enzimas se introdujeron en la célula a través de plásmidos, que Wallace describe como «piezas circulares de ADN que son efectivamente un libro de instrucciones para la química que deseas que haga esa célula».
A través de una cuidadosa optimización de las condiciones de reacción y los medios, finalmente encontraron un punto óptimo en el que cada una de las enzimas podía desempeñar su papel en la transformación biocatalítica del ácido tereftálico en vainillina.
Para superar esto, agregaron pequeñas cantidades de alcohol que esencialmente perforan la membrana celular para aumentar su permeabilidad. Otra complejidad fue que la vainillina en sí misma es tóxica para su nueva cepa de E. coli. Para mitigar esos problemas de toxicidad, eliminaron el producto de la mezcla de reacción in situ extrayéndolo en alcohol oleílico. Con condiciones optimizadas en la mano, el equipo convirtió directamente una botella de plástico de desecho, recogida en una calle de Edimburgo, en vainillina en un proceso de un solo recipiente.
Bacteriobots y Detección de Tumores
Se ha observado que, en presencia de tumores cancerígenos, hay una concentración patológica de lactato, por lo cual la bacteria Escherichia coli Nissle 1917 ha sido modificada genéticamente e integrada con el circuito ALPaGA -sistema de biosensor que se diseñó para responder a la presencia de este compuesto en el entorno de la bacteria- permitiendo que ésta lo detecte en condiciones específicas, como ambientes con alta glucosa y baja disponibilidad de oxígeno, características comunes en microambientes tumorales.
En un paso más ambicioso, el equipo de la investigadora Viviana Clavería ha decidido explorar las características de nado de bacterias Echerichia coli por el torrente sanguíneo para detectar tumores situados en otros lugares del organismo, ocupando como modelo la bacteria Echerichia coli MG1655 ∆motAB pBAD-motAB, la que es una cepa mutante no móvil, complementada con un plásmido que expresa motAB recuperando su capacidad de nado cuando es cultivada en un medio enriquecido con un azúcar llamada arabinosa.
El laboratorio de biofísica y dispositivos médicos de la PUCV se enfoca en el estudio de la física del flujo sanguíneo y la dinámica de procesos en sistemas biológicos.
“Somos el primer grupo a nivel mundial que está tomando el desafío de caracterizar cómo es el nado de las bacterias en un ambiente simulado, en un torrente sanguíneo simulado, porque es un asunto extremadamente complejo. Primero tienes que saber cómo es la dinámica del flujo sanguíneo y después acoplarla con la dinámica de las bacterias.
Microbiota y Probióticos
En este contexto la microbiota, la comunidad de microorganismos vivos residentes en un nicho ecológico determinado, como el intestino (colon), actúa como barrera y previene la colonización de microorganismos oportunistas y patógenos.
Hace más de un siglo, Elie Metchnikoff, científico ruso, premio Nobel de Medicina en 1908 y profesor en el Instituto Pasteur en París, postuló que las bacterias ácido lácticas (BAL) eran beneficiosas para la salud, y capaces de promover la longevidad.
El trabajo de Metchnikoff sugirió que la “autointoxicación intestinal” y el envejecimiento resultante podrían suprimirse modificando la microbiota intestinal y reemplazando los microbios proteolíticos (que producen sustancias tóxicas) por microbios útiles.
Por ejemplo, en 1917, antes de que Alexander Fleming descubriera la penicilina, el científico alemán Alfred Nissle aisló una cepa no patogénica de Escherichia coli a partir de las heces de un soldado de la Primera Guerra Mundial que no presentó enterocolitis durante un brote severo de shigellosis.
Años más tarde Henry Tissier, investigador del Instituto Pasteur, logró aislar un Bifidobacterium de un lactante alimentado a pecho con el objetivo de administrárselo a lactantes que padecieran diarrea. De acuerdo a su hipótesis, este germen desplazaría a las bacterias proteolíticas que provocaran diarrea.
Las recomendaciones del uso de probióticos, especialmente en la práctica clínica, deben vincular las cepas específicas con los beneficios declarados, basado en los estudios en humanos. Algunas cepas tienen propiedades singulares que pueden explicar ciertas actividades neurológicas, inmunológicas y antimicrobianas.
Cuadro 1. Efecto citotóxico en el cultivo celular Vero del total de cepas de E. coli examinadas.
| Efecto Citotóxico | Número de Cepas | Porcentaje |
|---|---|---|
| Positivo | 16 | 6.9% |
| Negativo | 215 | 93.1% |
