Sin embargo, escalar este proceso a niveles mayores, a cientos, miles o decenas de miles de litros, no es sencillo. En un biorreactor de gran escala, la situación es diferente, pues mezclar 250 mil litros no es fácil, explicó Octavio Tonatiuh Ramírez Reivich, director del Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM, con sede en Cuernavaca, Morelos.
“Las células que uno quiere crecer en reactores comerciales están expuestas a fluctuaciones ambientales muy severas y heterogéneas; durante su ‘viaje’ pueden encontrarse con entornos de bajo o alto oxígeno disuelto”, ejemplificó.
Por ello, el grupo de investigación del científico desarrolló, mediante métodos de la ingeniería genética, cepas microbianas más robustas, que sean insensibles a estos problemas y que se comporten tan bien como en las condiciones ideales.
Este desarrollo, que acaba de obtener la patente en México, puede tener múltiples y disímiles aplicaciones, tanto en la industria farmacéutica, como en la obtención de vacunas y la producción de proteínas terapéuticas o de derivados sintéticos que sustituyan a los del petróleo, así como todo lo relacionado con la síntesis de bioproductos por microorganismos que se deseen crecer en grandes escalas.
Respuesta al estrés
Si una célula aerobia (que necesita oxígeno para sobrevivir) se encuentra en un reactor pequeño no tiene problema, pero al estar en uno grande, pasa por una “zona muerta”, donde hay poca agitación y, por lo tanto, poco flujo de oxígeno; entonces se “prende” su metabolismo anaerobio.
Eso significa, refirió el director del IBt, que la bacteria desperdicia la fuente de carbono que puede ser, por ejemplo, glucosa, y en lugar de convertirla en un producto de interés, la excreta como subproductos tóxicos.
Dentro del biorreactor hay secciones que no se abastecen bien de oxígeno disuelto; ahí, las células entran en un metabolismo anaerobio y cambian sus vías metabólicas. En lugar de consumir eficientemente la glucosa, la excretan como ácido acético, láctico, fórmico, propiónico o etanol.
Para evitarlo, “propiciamos que al entrar en condiciones de limitación de oxígeno las células no sobrerreaccionen para evitar el despilfarro metabólico”.
Eso se logra mediante la manipulación de las rutas metabólicas de las células. Por métodos de biología molecular se interrumpen o eliminan genes y así se bloquean algunas vías que se sabe que no son necesarias y que, en caso de “prenderse”, serían perjudiciales. Así se elimina la ruta de las fermentaciones ácido-mixtas o anaerobias.
Tonatiuh Ramírez subrayó que esta última es importante para que una bacteria sobreviva en la naturaleza, “porque ahí nunca se puede anticipar el tiempo que estará en condiciones anaerobias; pero en un biorreactor transitará poco tiempo en zonas con condiciones perjudiciales y nuevamente regresará a la adecuada. Entonces no importa que bloqueemos tales vías”.
Este desarrollo significa que ahora los resultados que se obtienen en el laboratorio serán reproducibles a gran escala y que se pueden otorgar ventajas productivas si un bioproceso se comercializa.
Una vez obtenida la patente, el siguiente paso sería el licenciamiento de esta innovación. “Por años, nuestro grupo de investigación ha tenido una relación estrecha con la industria; hoy el trabajo está patrocinado por un par de empresas y tenemos convenios con media docena de ellas. La relación existe y podrían evaluar si para una aplicación particular de sus procesos este desarrollo puede ser de interés”.
El experto en escalamiento de bioprocesos indicó que su equipo también labora para enfrentar otros retos del área como la temperatura. “No es lo mismo enfriar un reactor pequeño, que uno de 100 mil litros”.
A ese se suman otros problemas: el control del pH o del dióxido de carbono disuelto. “Hay una serie de variables relevantes, cuyo control a nivel industrial se vuelve un desafío y ése es uno de los temas de investigación de nuestro grupo. Seguramente existen otras vetas que explotar en términos de aplicaciones que puedan ser de interés para la industria”, finalizó Octavio Tonatiuh Ramírez Reivich.