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Dirigir la evolución de la maquinaria de la biodegradación

Un equipo de científicos decidió poner en marcha un proyecto, bajo los auspicios de la Unión Europea, para dar solución a la persistencia de un nutrido grupo de contaminantes orgánicos mediante la modificación de las enzimas responsables de su degradación. Tras identificar los posibles mecanismos que intervienen en la evolución de estas enzimas, los investigadores propusieron protocolos de tratamiento de los suelos y las aguas contaminadas.
Dirigir la evolución de la maquinaria de la biodegradación
Los microorganismos son esenciales para el ciclo bioquímico de muchos compuestos tanto naturales como sintéticos. El proceso de descomposición se conoce como biodegradación. Por lo general, las sustancias resultantes de la descomposición se emplean como fuentes de energía, carbono, nitrógeno u otros nutrientes.

Sin embargo los xenobióticos, esto es, los compuestos ajenos a la biosfera, podrían resistir a la biodegradación o la transformación y acumularse en el entorno, con los peligros que ello conlleva. El proyecto «Programmed acceleration of evolution of the biodegradative gene inventory» (PROACTIVE) se puso en marcha para abordar la persistencia de los compuestos xenobióticos sirviéndose del mecanismo natural de generación de diversidad y selección. El fin último de la iniciativa era acelerar la evolución de las vías de biodegradación de estos compuestos.

Los científicos comenzaron por realizar análisis bioinformáticos para identificar las familias de enzimas que intervienen en la biodegradación y reconstruir su filogenia. Hicieron especial hincapié en las oxigenasas aromáticas, que podrían emplearse para inducir la biodegradación de xenobióticos aromáticos. Las secuencias proyectadas resultantes de la primera aplicación de técnicas ancestrales de reconstrucción a las enzimas inductoras de la biodegradación, se incorporaron por mutagénesis a varias vías catabólicas (vía del tolueno, vía del 2,4-diclorofenoxiacetato y vía del 2,4-dinitrotolueno).

A medida que avanzaba el proyecto se hizo evidente la necesidad de ajustar las vías metabólicas para evitar el estrés oxidativo. Los científicos, que se centraron en la evolución de los genes de DNT que intervienen en la vía del 2,4-dinitrotolueno, descubrieron una asociación entre la producción endógena de especies reactivas de oxígeno (ROS) y los mecanismos de reparación del ADN. Este hallazgo parece indicar que la evolución de la biodegradación del compuesto xenobiótico podría estimularse mediante el estrés mutagénico provocado por la acción deficiente de las enzimas ya existentes en sustratos subóptimos.

Los resultados de PROACTIVE en su conjunto describen la evolución de los microorganismos que intervienen en la degradación de los xenobióticos y las vías catabólicas de los xenobióticos aromáticos. Dicha información podría aplicarse a estudios de ingeniería evolutiva para abordar la biodegradación de este tipo de compuestos.

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