Microorganismo halófitos y aplicaciones biotecnológicas

Microorganismo halófitos y aplicaciones biotecnológicas

Julián Candamil; Yuly Bravo; Andrés Blanco; Juan Cruz; Daniel Arroyo

La sal común (NaCl) en elevadas concentraciones es considerada generalmente como un inhibidor del crecimiento microbiano, por lo que ha sido ampliamente utilizada como un aditivo para la conservación de alimentos, curtido de pieles, etc. Sin embargo, existe gran cantidad de microorganismos, llamados halófilos, que son capaces de vivir en presencia de altas concentraciones de sal es decir en ambientes hipersalinos (1). Esto es posible porque a lo largo de su evolución los microorganismos halófilos han desarrollado diversas propiedades o mecanismos de adaptación a dichos ambientes, hasta tal punto que más que de una gran afinidad realmente se trata de una gran dependencia por la sal, en este sentido es posible distinguir entre halófilos débiles, como lo son la mayoría de los organismos marinos, considerando que el agua de mar contiene cerca del 3% (w/v) de NaCl; halófilos moderados (hongos filamentosos y protozoos), cuyo crecimiento óptimo se encuentra en un rango del 3 al 15% (w/v) de sal, y halófilos extremos, que presentan un crecimiento óptimo al 25% (w/v) de NaCl la más representativa de ellas la Haloarchaea tiene la capacidad de vivir en las condiciones extremas de los ambientes hipersalinos, hasta 3-4 Molar de NaCI y bajo una intensa radiación solar, condiciones en las que prácticamente ningún otro organismo es capaz de sobrevivir.(2)Las haloarqueas, son por tanto los halófilos extremos y su viabilidad está condicionada a una concentración salina mínima, por debajo de la cual las células se lisan. Esto implica haber desarrollado mecanismos de haloadaptación únicos que se manifiestan en la naturaleza de sus componentes, su metabolismo y su fisiología (3)

En general los ambientes hipersalinos, son  medios inhóspitos para los seres vivos. El problema más importante con que se encuentran los microorganismos en este tipo de ambientes, es la pérdida del agua citoplasmática debida a la elevada osmolaridad del medio. Para combatir este problema los halófilos moderados y extremos, han desarrollado un mecanismo que consiste en acumular en su citoplasma una sustancia para regular su turgencia interna sin producir inhibición del metabolismo celular. Dicha sustancia, que se conoce como soluto compatible, puede tener distinta procedencia dependiendo del tipo de microorganismo .En unos casos el soluto compatible es sintetizado por el microorganismo (azucares, polialcoholes, aminoácidos, etc.). En otros, se trata de sustancias o iones presentes en el medio (betainas, K+) y acumulados activamente en el  interior celular gracias a mecanismos de transporte de membrana. El conjunto de los dispositivos que capacitan a los organismos halófilos para vivir en condiciones de elevada salinidad reciben el nombre de mecanismos de haloadaptaciÓn (4)

Aplicaciones biotecnológicas:

Al igual que otros microorganismos, los halófilos son considerados como una fuente potencial de productos de interés aplicado en diversos sectores de las industrias: Alimentaria, Farmacéutica, Cosmética, Química, etc. alguno de las aplicaciones biotecnológica que podemos destacar son:

 Biorrodopsina:Algunas haloarqueas han desarrollado un mecanismo fotosintético que les permite enfrentar las bajas concentraciones de oxígeno que son capaces de retener estos ambientes hipersalinos, que tiene por consecuencia la drástica disminución de la fosforilación oxidativa y producción de ATP, por lo tanto este mecanismo fotosintético evita la muerte celular por falta de energía (5). Este mecanismo fotosintético produce ATP de una forma similar al realizado en la cadena transportadora, pero a diferencia de ésta los protones expulsados no provienen de los complejos proteicos sino de una bomba de protones fotoexitable. En este mecanismo adaptativo participa la bacteriorrodopsina (bR), una de las primeras proteínas estudiadas por métodos de alta especificidad y sensibilidad como: Infrarrojo, Raman y Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) en estado sólido. En base a los estudios de la bR se han diseñado y elaborado instrumentos sofisticados para detectar cambios conformacionales de las proteínas en tiempo real a longitudes de onda visible con resoluciones que alcanzan los femtosegundos (billonésima parte de un milisegundo). La bR ha recibido la de-nominación de «Molécula Modelo» debido a las más de 5 000 publicaciones descritas durante más de 30 años de investigación, las que han facilitado la comprensión del mecanismo de transporte de esta proteína integral de membrana (6).

La excelente estabilidad termodinámica y fotoeléctrica de la bR la han hecho susceptible de aplicaciones tecnológicas que aprovechan sus propiedades fotoeléctricas, fotoquímicas y protoncinéticas (7) entre las que se destacan:

•  La propiedad fotocrómica y de conversión de luz en energía puede explotarse para el diseño de moduladores de luz y en monitores de alta resolución
•  En microelectrónica se está estudiando a la bacteriorrodopsina como elemento matriz funcional en una nueva tecnología microestructural no tóxica para sustancias a base de silicio o para circuitos integrados. Con estos avances se está llegando a la biocomputación y a la era de los computadores orgánicos
• Sistemas convertidores de energía luminosa en química. En presencia del detergente octiltioglucosido las bR forman espontánea-mente vesículas de 17,9 a 19,0 nm de diámetro, las cuales pueden ser utilizadas como convertidores de energía luminosa en química, considerando que la producción de ATP es de gran utilidad en procesos biotecnológicos que demanden alta energía.
•  Generación de señales eléctricas en los convertidores fotoeléctricos de imágenes, sensores de movimiento y retinas artificiales.

 Producción de Enzimas Los biotecnologos han explotado a los extremófilos como fuente de enzimas denominadas extremoenzimas (9), las cuales Ofrecen nuevas oportunidades para biocatálisis y biotransformaciones como resultado de su extrema estabilidad (10). Las bacterias haló-filas moderadas crecen óptimamente en un rango de salinidad de 0.5 a 2.5 M; además producen una serie de enzimas hidrolíticas extracelulares tales como: amilasas, proteasas, lipasas, nucleasas y esterasas (11). En los últimos años, el interés por el estudio de estas enzimas se ha incrementado debido a sus propiedades catalíticas y potencial de aplicación industrial en la formulación de detergentes, elaboración de productos dietéticos, procesamiento de cuero, papel y alimentos cárnicos, así como también en la síntesis de enantiómeros puros de fármacos, biodegradación de residuos tóxicos y contaminantes industriales, entre otros (12). Aunque el potencial de las halobacterias para catalizar reacciones bajo condiciones extremas de sal es bien conocido, hasta ahora no hay muchos reportes de su aplicación en forma inmovilizada, debido a que estas células son muy frágiles y se lisan con la disminución de sal en el medio externo; sin embargo, se ha observado que la producción de α-amilasa por parte de microorganismos halófilos se ha logrado mantener durante 45 días, inmovilizando los microorganismos en perlas de alginato y películas de alcohol polivinílico (13).

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