Las sorprendentes y variadas formas en las que la bacteria E.coli ha contribuido al avance de la ciencia
Es famosa, y temida, como un riesgo grave para la salud; pero no todas las cepas son patogénicas y algunas ayudaron a develar hasta secretos de la vida
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La Escherichia coli, más conocida como E. coli, es una de las pocas bacterias popularmente conocidas con nombre y apellido.
La razón no es muy positiva: E. coli es un grupo diverso de bacterias que normalmente viven en los intestinos humanos y animales, y algunos tipos pueden enfermar gravemente a las personas.
Es por eso que, desafortunadamente, aparece con cierta frecuencia en los medios. Pero no todas las E. coli son iguales.
“Algunos miembros de la familia E. coli le han dado mala fama al grupo”, señaló el escritor Carl Zimmer, autor de Microcosmo: E. coli y la nueva ciencia de la vida (2008).
No obstante, muchas de las que hacen parte de nuestra microbiota del tracto gastrointestinal son esenciales para el funcionamiento correcto del proceso digestivo, y además participan en la producción de las vitaminas B y K.
Más que eso, algunos científicos afirman que E. coli nos ha dado la respuesta al secreto de la vida misma. “Nos ayudó a entender quiénes somos”, señaló Zimmer.
Y es que fuera de los intestinos, durante más de un siglo y medio, su rol ha sido sorprendentemente honorable.
Esa bacteria tan común tiene un historial extraordinario, pues ha sido clave en descubrimientos científicos tan cruciales como los fundamentos de la vida.
Fue uno de los primero organismos de los que se obtuvo la secuencia de su código genético, profundizando nuestra comprensión del ADN, y por ende incrementando nuestro conocimiento sobre cómo funcionamos.
Muchas de las propiedades genéticas que gobiernan a la bacteria son válidas para nosotros y varios otros animales.
El científico Jacques Monod lo resumió diciendo: “Lo que es válido para el E. coli es válido para el elefante”.
Conocimientos en la microbiología, la genética molecular y la bioquímica han sido posibles gracias al E. coli, incluyendo cómo se replica el ADN, cómo los genes crean proteínas y cómo las bacterias comparten material genético entre sí, una de las principales causas de resistencia a los antibióticos.
En biotecnología ha sido clave para múltiples hallazgos.
Uno de los más recientes involucraba E. coli diseñada genéticamente para que tras consumir una molécula derivada del plástico produjera paracetamol.
El autor de esa nueva manera de utilizar los residuos plásticos fue Stephen Wallace, de la Universidad de Edimburgo, quien le dijo a Zoe Corbyn de la BBC que eligió automáticamente esa bacteria, pues ciertas cepas que no son patógenas se utilizan ampliamente en laboratorios para probar si algo puede funcionar.
La E. coli es el principal “caballo de batalla” del campo, señaló el experto en biotecnología química, quien también la ha modificado genéticamente en el laboratorio para convertir los desechos plásticos en sabor a vainilla y los desechos de las alcantarillas en perfume.
Un caballo de batalla es un organismo modelo que se utiliza frecuente y consistentemente en los laboratorios.
Otros organismos modelo conocidos son los ratones, las moscas de la fruta y la levadura de panadería.
La levadura, al igual que la E. coli, también ha sido una herramienta invaluable en biotecnología, tanto en el laboratorio como a nivel industrial, pero tiene una estructura celular más compleja y diferentes aplicaciones.
“Si quieres demostrar que algo es posible con la biología, E. coli es el primer paso natural”, afirma Wallace. El uso del microbio no se limita al laboratorio.
Industrialmente, tanques de E. coli genéticamente modificados funcionan como fábricas vivientes que producen diversos productos, desde fármacos hasta diversas sustancias químicas de base para la fabricación de combustibles y disolventes.
Pero ¿cómo llegó la E. coli a convertirse en un pilar de la ciencia?
El organismo favorito
El predominio de E. coli se debe a su papel como organismo modelo para comprender los principios biológicos generales, explica Thomas Silhavy, profesor de biólogo molecular en la Universidad de Princeton, que ha estado realizando estudios en la bacteria durante unos 50 años y ha documentado su historia.
La E. coli fue aislada por primera vez en 1885 por el pediatra alemán Theodor Escherich, quien estudiaba la microbiota intestinal infantil.
Debido a su rápido crecimiento y su fácil manejo, los científicos comenzaron a utilizarla para estudiar la biología bacteriana básica.
Luego, en la década de 1940, fue catapultada al estrellato, cuenta Silhavy.
Se utilizó una cepa de E. coli no patógena (K-12) para demostrar que las bacterias no solo se dividían, sino que podían experimentar “sexo bacteriano”, donde comparten y recombinan genes para obtener nuevas características.
Fue un descubrimiento histórico y E. coli se convirtió en el “organismo favorito de todos”, afirma. Posteriormente, E. coli desempeñó un papel central en muchos más descubrimientos e hitos en genética y biología molecular.
Se utilizó para ayudar a descifrar el código genético, y en la década de 1970 se convirtió en el primer organismo modificado genéticamente al insertarle ADN extraño, sentando las bases de la biotecnología moderna.
También solucionó un problema con la producción de insulina.
La insulina de ganado vacuno y porcino se había utilizado para tratar la diabetes, pero causaba reacciones alérgicas en algunos pacientes.
Pero en 1978 se creó la primera insulina humana sintética, y se produjo utilizando E. coli, un gran avance.
En 1997, se convirtió en uno de los primeros organismos en tener su genoma completo secuenciado, lo que facilitó su comprensión y manipulación.
Varias formas de E. coli han sido modificadas para el beneficio de la humanidad. La bacteria se ha replicando en decenas de miles de institutos científicos en todo el mundo.
Es usada como una microfábrica: con las instrucciones correctas, puede ser modificada para producir rápidamente cientos de genes de proteínas específicas.
Además, es fácil de cultivar, no requiere mucha energía ni demanda condiciones de vida sofisticadas. Y algo más es crucial para los científicos: puede ser modificada con facilidad y replicada rápidamente.
Como resultado, la bacteria ha sido usada en la producción de antibióticos, vacunas y muchas otras terapias.
Adam Feist, profesor de la Universidad de California en San Diego que desarrolla microbios para aplicaciones industriales, le explicó a la BBC por qué valora tanto este particular microbio.
Más allá del vasto conocimiento acumulado sobre su genética y las herramientas que facilitan su ingeniería, la bacteria crece rápida y predeciblemente en una amplia variedad de sustratos.
No es tan quisquillosa como otras, puede congelarse y revivirse sin problemas, y es excepcionalmente buena para albergar ADN extraño.
“Cuanto más trabajo con más microorganismos, más aprecio lo robusta que es la E. coli”, afirma. No es el único.
Sin embargo, algunos se preguntan si el predominio de E. coli podría estar impidiendo encontrar las mejores soluciones biotecnológicas para nuestros problemas.
¿Otras mejores?
Paul Jensen, microbiólogo e ingeniero de la Universidad de Michigan que estudia las bacterias que viven en nuestra boca, analizo recientemente cuán poco estudiadas han sido la mayoría de las otras bacterias en comparación con E. coli.
Su punto es que, si bien cada vez descubrimos más cosas notables que se pueden hacer con E. coli, podría haber otros microbios que hagan lo mismo de forma natural (y mejor) que no están recibiendo atención y nos estamos perdiendo sus beneficios porque no se los busca ni se los estudia.
La bioprospección en vertederos, por ejemplo, podría revelar microbios que han empezado a consumir no solo plástico, sino todo tipo de residuos, afirma.
Y podría haber bacterias que realizan actividades que ni siquiera hemos imaginado. “Estamos tan metidos en el tema de E. coli que no investigamos lo suficiente”, afirma.
Hay algunas alternativas en las que se está trabajando para aumentar las opciones, entre ellas Vibrio natriegens (V. nat), que ha comenzado a ganar atención como un potencial competidor de E. coli.
V. nat fue aislada por primera vez en un pantanal salado en el estado de Georgia, Estados Unidos, en la década de 1960, pero permaneció en gran medida ignorada en las colecciones de cultivos y congeladores hasta mediados de la década de 2010, cuando fue reconocida por su tasa de crecimiento ultrarrápida (el doble que la de E. coli), lo que podría ser una ventaja industrial significativa.
También es mucho más eficiente a la hora de absorber ADN extraño, dice Buz Barstow, ingeniero biológico y ambiental de la Universidad de Cornell, que se cuenta entre quienes desarrollan el organismo, y dice que su capacidad en comparación con la de E. coli es como “pasar de un caballo a un automovil”.
El enfoque de Barstow en V. nat radica en su deseo de que los microbios se utilicen para abordar grandes desafíos de sostenibilidad, desde la producción de combustible para aviones a partir de dióxido de carbono y electricidad verde hasta la extracción de tierras raras.
“La E. coli no nos ayudará a lograr ninguna de estas visiones. La V. natriegens sí podría”, afirma. Este año, su laboratorio creó una empresa, Forage Evolution, que está trabajando en herramientas que facilitarán a los investigadores su diseño en el laboratorio.
Feist reconoce que V. nat ofrece propiedades atractivas, pero aún faltan las herramientas genéticas necesarias para un uso generalizado, y aún no ha demostrado su eficacia a gran escala.
En eso y otros aspectos, E. coli le lleva ventaja. Es quizás uno de los organismos más estudiados, tanto que algunos científicos dicen que sabemos más de ella que de nosotros mismos. “Es difícil reemplazar a E. coli”, concluye Feist.
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