Nuevas aplicaciones biotecnológicas

Los aminoácidos son los componentes esenciales de las proteínas, las cuales son, a su vez, una parte fundamental de los seres vivos. La biosíntesis de los aminoácidos aromáticos llamados triptófano, tirosina y fenilalanina, le cuesta a la célula en términos energéticos casi el doble de lo que supone la síntesis del resto de los aminoácidos presentes en las proteínas. Esta parece ser la razón por la que la mayoría de los animales han perdido la capacidad de sintetizar estos aminoácidos aromáticos que, por eso, deben ser ingeridos en la dieta. Sin embargo, las plantas, los hongos, las bacterias y algunas especies animales son capaces de sintetizar los tres aminoácidos aromáticos. Por otro lado, la degradación de fenilalanina y tirosina es un proceso de gran importancia en animales, ya que si falla alguno de los pasos implicados en el metabolismo de estos aminoácidos pueden aparecer importantes enfermedades hereditarias (alcaptonuria, tirosinemias, etcétera). En plantas, en la ruta degradativa de estos aminoácidos interviene un compuesto químico, una enzima, que es la diana de una serie de compuestos con actividad herbicida (la inactivación de esta enzima impide a la planta sintetizar compuestos esenciales para su desarrollo, como pigmentos fotosintéticos y antioxidantes). Por otra parte, esta enzima puede ser empleada en el desarrollo de cultivos transgénicos resistentes a los herbicidas. En microorganismos la degradación de los aminoácidos aromáticos tiene una gran relevancia, pues a partir de un intermediario se generan las piomelaninas, un tipo de melanina bacteriana. Teniendo todos estos datos en cuenta, es fácil imaginar lo interesante que sería poseer modelos microbianos que permitiesen estudiar las enfermedades metabólicas derivadas de la degradación de fenilalanina y tirosina y poseer además cepas bacterianas que pudiesen ser empleadas con aplicaciones biotecnológicas. En el grupo de investigación dirigido por José María Luengo, catedrático del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de León, se ha descrito la ruta completa de degradación de fenilalanina y de tirosina en Pseudomonas putida U, una bacteria que a menudo se emplea como modelo microbiano en el estudio de rutas metabólicas. Además se ha descrito, por vez primera, el mecanismo por el cual un organismo puede oxidar el ácido 3-hidroxifenilacético a ácido homogentísico. Asimismo, se ha identificado la existencia de lo que se ha denominado el catabolón del homogentísico. Enfermedades metabólicas hereditarias Hace pocos años, en este grupo de investigación se definió el término catabolón como el conjunto de rutas catabólicas periféricas que confluyen en un intermediario común, el cual se degrada mediante una ruta catabólica que constituye el núcleo del catabolón. Este concepto se aplicó inicialmente al catabolismo del ácido fenilacético y de una serie de compuestos estructuralmente relaconados que se degradan siguiendo la misma ruta central. En el caso del catabolón del homogentísico se incluyen las rutas catabólicas de Phe, Tyr y ácido 3-hidroxifenilacético. En la degradación de estos tres compuestos se obtiene como intermediario metabólico el ácido homogentísico, cuya degradación constituye el núcleo del catabolón. Gracias a la investigación llevada a cabo sobre la degradación de fenilalanina, de tirosina y del ácido 3-hidroxifenilacético en Pseudomonas putida U, se obtuvieron diversas cepas de dicho microorganismo que pueden ser empleadas como modelos microbianos para el estudio de las tirosinemias, la alcaptonuria y otra serie de enfermedades metabólicas hereditarias que tienen que ver con la degradación de fenilalanina y tirosina y que, aunque suelen paliarse con dietas pobres en determinados alimentos, en otras ocasiones requieren de tratamientos más especializados. Quizá la más conocida de estas enfermedades sea la alcaptonuria, que se caracteriza por la excreción en la orina de ácido homogentísico. Éste se oxida y polimeriza dando lugar a la aparición de un compuesto que proporciona un color oscuro a la orina, lo cual caracteriza esta enfermedad. Alcaptonuria En la actualidad, se están empleando como fármacos para paliar este tipo de enfermedades compuestos que fueron obtenidos o diseñados con vistas a su aplicación en la agricultura, en concreto como herbicidas. Se trata de los denominados herbicidas terapéuticos. Los resultados de la investigación de este grupo de bioquímicos han permitido obtener una cepa modificada que acumula ácido homogentísico y que puede ser utilizada en la identificación de moléculas con posible actividad como herbicidas e incluso como agentes terapéuticos. Con este sistema in vivo seleccionamos compuestos que no resultan tóxicos a los organismos, ya que no estarían impidiendo ninguna de las funciones vitales de éstos, a diferencia de lo que sucede con los sistemas de búsqueda in vitro, con los que se pueden llegar a seleccionar moléculas que una vez que se probasen en seres vivos les resultasen perjudiciales. Este novedoso método se basa en la simple observación de la desaparición de coloración en los medios de cultivo si a éstos se les añade una molécula que impida la acumulación de ácido homogentísico (compuesto que, al igual que sucede cuando se padece alcaptonuria, se oxida y polimeriza proporcionando al medio de cultivo una coloración oscura característica).