En uno de los entornos más secos y hostiles de la Tierra, los científicos han descubierto un micromilagro. En la Bahía Fumarole en la Isla Decepción de la Antártida, los científicos descubrieron la cepa F2LB de Bacillus licheniformis, una bacteria que produce un increíble polímero de azúcar conocido como exopolisacárido o EPS. Este notable compuesto podría transformar la forma en que las industrias producen alimentos, cosméticos, productos farmacéuticos y productos biodegradables.
La investigación, dirigida por Aparna Banerjee y colaboradores internacionales de Chile, Brasil e India, fue publicada recientemente en el International Journal of Biological Macromolecules. El proyecto también contó con el financiamiento de la Universidad Brasileña de São Paulo y el Instituto Antártico Chileno con el apoyo financiero del Centro de Investigaciones Alimentarias (FoRC) de la FAPESP.
La Isla Decepción, una caldera volcánica rodeada de hielo antártico, podría estar muerta a simple vista. Pero sus puntos geotérmicos crean islas de calor y suelos ricos en nutrientes, constituyendo lo que los científicos llaman un ambiente “poli-extremo” (extremo en términos de temperatura, acidez y radiación ultravioleta). La supervivencia de un microbio como Bacillus licheniformis aquí es una cuestión de inteligencia evolutiva.
El 17 de marzo de 2023, uno de los satélites Copernicus Sentinel-2 capturó esta rara imagen sin nubes de la Isla Decepción. (CRÉDITO: Unión Europea, imágenes de Copernicus Sentinel-2)
Microbios creados para sobrevivir
Cuando los investigadores se aventuraron a recolectar muestras de suelo y agua fumarólica, o agua caliente de las salidas volcánicas, descubrieron que los microorganismos prosperaban en condiciones donde las temperaturas superan los 100°C en ambientes frígidos. El análisis genómico de la cepa F2LB mostró que existen genes de resistencia a los rayos ultravioleta y de termoadaptación. Estas características, desarrolladas a lo largo de millones de generaciones, permiten a las bacterias producir exopolisacáridos como barrera térmica, radiativa y deshidratante.
João Paulo Fabi, profesor universitario de la Universidad de São Paulo y coautor de la investigación, dijo que la estructura molecular y la función de la cepa antártica superaron a los polímeros comerciales como la goma xantana.
“Brinda protección antioxidante, mayor vida útil, estabilidad de la emulsión y mejora de la textura, especialmente en alimentos funcionales”, explicó Fabi. “Su estabilidad térmica y resistencia a niveles extremos de pH también lo hacen aplicable en cosméticos, productos farmacéuticos y productos biodegradables”.
Una inspección más cercana de la molécula
Después de aislar las bacterias, los científicos utilizaron máquinas avanzadas (espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, resonancia magnética nuclear y cromatografía de gases (espectrometría de masas) para descubrir el secreto de la estructura del EPS. Se descubrió que el polímero contiene principalmente glucosa y galactosa en un patrón típico que le permite ser flexible, fuerte y gelificable.
A. Vista lateral del sitio de estudio remoto que muestra vapor B. Vista directa del sitio de estudio que muestra la temperatura superficial y subsuperficial C. Mapa que muestra la ubicación de la Bahía Fumarola ubicada en la Isla Decepción, Antártida. (CRÉDITO: Revista de Macromoléculas Biológicas)
Visto al microscopio, el EPS tenía una textura porosa similar a una red que absorbía agua, unía metal y formaba biopelículas. Son estas propiedades las que lo hacen particularmente codiciado para usos en el mundo real, desde mantener la textura de los alimentos hasta descontaminar el agua sucia.
En la experimentación, el polímero Se encontró que era estable en un amplio rango de pH y resistente a altas temperaturas, sin perder su estructura incluso por encima de 250°C. También exhibía considerables propiedades emulsionantes, que permitían que el aceite y el agua se mezclaran suavemente, una característica muy importante para la alimentación, el cuidado de la piel y el uso medicinal.
Potencia en el rendimiento
El grupo no se detuvo ahí. Probaron la actividad antioxidante, antimicrobiana y emulsionante del EPS y los resultados fueron impresionantes. Elimina más del 60% de los radicales libres, lo que es comparable a algunos antioxidantes comerciales. A diferencia de las bacterias patógenas como Estafilococo aureusse ha demostrado que es muy eficaz contra ellos mediante la destrucción de membranas o la inhibición del metabolismo bacteriano.
Aún más impresionante, se descubrió que el EPS atrapa metales pesados tóxicos como el cadmio y el plomo en muestras de agua, una señal de que podría usarse en biorremediación, la eliminación de contaminantes de ambientes tóxicos utilizando organismos naturales.
La filogenia de máxima probabilidad del aislado F2LB muestra similitud con Bacillus licheniformis. (CRÉDITO: Revista de Macromoléculas Biológicas)
Esta flexibilidad constituye una gran ventaja del polímero antártico en comparación con los polímeros sintéticos. Es renovable, biodegradable y respetuoso con el medio ambiente, todo ello en línea con la creciente tendencia hacia la producción sostenible.
Evolución al extremo
En el cruel clima de Isla DecepciónLa supervivencia se basa en el ingenio. Los microorganismos de la isla han desarrollado soluciones bioquímicas que no sólo sustentan la vida, sino que también podrían beneficiar a los humanos. Los exopolisacáridos como los del Bacillus licheniformis se utilizan como armadura microscópica para proteger las células de las toxinas, la radiación y el estrés por calor, al tiempo que regulan la humedad interna.
Los científicos creen que estas moléculas evolucionaron como un mecanismo de defensa, pero su valor terapéutico y comercial acaba de descubrirse. El EPS único de la cepa F2LB muestra cómo los laboratorios naturales más extremos (los volcanes de hielo de la Antártida) pueden proporcionar respuestas que la tecnología actual aún no es capaz de alcanzar.
Del laboratorio a las aplicaciones del mundo real
Para probar el estrés de escalabilidad, el grupo de Banerjee cultivó la bacteria en condiciones de fermentación a gran escala. Las cosechas iniciales produjeron unos respetables tres gramos de EPS por litro y podrían aumentarse aún más mediante la optimización del proceso. Las propiedades de fluidez del material (la forma en que tiende a fluidificarse cuando se agita) lo hacen particularmente adecuado para aplicaciones en recubrimientos, pinturas y espesantes de alimentos, donde una textura suave es esencial.
Vías metabólicas previstas de Bacillus licheniformis F2LB basadas en las bases de datos KEGG (Enciclopedia de genes y genomas de Kyoto). La flecha punteada indica la ausencia del gen. (CRÉDITO: Revista de Macromoléculas Biológicas)
A medida que las empresas de todo el mundo abandonan los productos derivados del petróleo, polímeros naturales como este podrían allanar el camino para alternativas más respetuosas con el medio ambiente. El EPS Antártico combina fuerza, biodegradabilidady funcionalidad en un paquete que pocos materiales sintetizados igualan.
Un esfuerzo global para la innovación polar
El descubrimiento fue posible gracias a la colaboración entre instituciones chilenas, brasileñas e indias, lo que resalta la fuerza de la ciencia como esfuerzo transfronterizo. Banerjee describió la Antártida como un “laboratorio viviente” donde los microorganismos prosperan y eventualmente podrían ser la clave para cuestiones de salud, sostenibilidad y ciencia de materiales.
Según los científicos, proteger este frágil entorno es tan crucial como su descubrimiento. Cada nuevo microbio descubierto contribuye a la comprensión humana de cómo se adapta y desarrolla la vida, y podría contener pistas sobre tecnologías nunca antes imaginadas.
Importancia práctica de los resultados.
El descubrimiento de Bacillus licheniformis F2LB y su exopolisacárido de resistencia presagia un futuro sostenible para muchas industrias.
Su estabilidad intrínseca, biodegradabilidad y actividad antioxidante lo convierten en un candidato para reemplazar los polímeros sintéticos en productos alimenticios. productos de bellezay drogas. Su capacidad para quelar metales pesados también presenta un camino ecológico hacia la rehabilitación ambiental.
A medida que evoluciona la investigación, los bioingenieros pueden potencialmente diseñar sus moléculas para hacerlas más efectivas, allanando el camino para procesos de producción más ecológicos y productos más seguros para los consumidores.
Los resultados de la investigación están disponibles en línea en el Revista internacional de macromoléculas biológicas.
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