Resolver ese asunto motivó en 2014 a los estudiantes Simón Robledo Cardona y Sabina Ramírez Hincapié a integrarse al semillero de investigación en Biología Computacional de la Universidad EAFIT.
Este espacio es coordinado por Javier Correa Álvarez, docente del programa de Biología, al que acompañan Nicolás David Franco Sierra (estudiante coordinador) y los profesores Sergio Pulido Tamayo y Juan Fernando Díaz Nieto. Su principal aliado es el Centro de Computación
Científica Apolo de EAFIT.
“La idea surgió para el proyecto final del curso de química orgánica en el segundo semestre de la carrera. Sabina y yo ya éramos equipo, le consultamos al profesor Álex Sáez Vega y este nos habló de las propiedades y la aplicación de un lactobacilo en particular”, recuerda Simón.
Para la salud pública
Para comprender la importancia de dicho lactobacilo, Javier Correa Álvarez, profesor del programa de Biología de EAFIT y coordinador del semillero, explica: “todos los animales tenemos microorganismos asociados a tejidos, especialmente en el intestino grueso de aves y mamíferos. Muchos de estos pueden ser benéficos para la salud porque ayudan a controlar poblaciones de microorganismos patógenos u oportunistas en estos tejidos. Esto favorece la presencia de microorganismos benéficos y compiten por el ambiente con los malignos”.
El
Lactobacillus salivarius es una bacteria de ácido láctico y es susceptible de convertirse en probiótico, es decir, en alimento natural para mejorar las defensas.
A esta capacidad de los organismos vivos de mantener una condición interna estable se le llama homeostasis que, como está relacionada con el medio ambiente, favorece más a las aves naturales o libres que a las que están en cautiverio. Por ende, para mejorar su salud e incentivar su crecimiento, a las aves de la industria avícola se les debe suministrar constantemente antibióticos y hormonas.
“El problema –puntualiza Simón– es que las aves de cultivo, por su encierro y la administración continua de antibióticos y hormonas, no desarrollan estas bacterias benéficas como parte de su ecosistema intestinal. De manera que las aves de galpón son mucho más vulnerables a infecciones que las aves de corral”. Esto debido a la bioacumulación de dichas sustancias sintéticas en la cadena alimenticia que crean resistencia a antibióticos y pueden tener efectos secundarios.
Por eso las cepas de bacterias resistentes a antibióticos pueden causar enfermedades en humanos, por ejemplo, gastroenteritis, hemorragias o salmonelosis mediante la ingesta de leche, carnes, huevos y agua no potable. De ahí que una medida para la salud pública sea reducir el uso de antibióticos en las aves de cultivo (y en el ganado en general).
Sin embargo, existe una alternativa más natural que fortalece las defensas de mamíferos y aves, al adicionarles a sus alimentos microorganismos vivos, considerados benéficos. A estos alimentos adicionados se les conoce como probióticos, que contienen diferentes tipos de bacterias, la más común: el lactobacilo.
“Nuestro objetivo es crear un producto probiótico con esos lactobacilos, que pueda suministrarse en masa a las aves de cultivo para reducir el uso de antibióticos que promueven la formación de bacterias resistentes”, acota el estudiante Simón.
A buscar gallinas
Estudio de bacterias acidófilas del tracto digestivo de aves domésticas con capacidad antagonista a microorganismos patogénicos se llama la investigación emprendida por Simón y Sabina, quienes el primer paso que dieron fue salir al campo a buscar gallinas libres. En Santa Fe de Antioquia, Rionegro y en la reserva privada de San Guaré en el Golfo de Morrosquillo (Sucre) recolectaron las muestras de heces fecales de las aves.
En el laboratorio de biología molecular de EAFIT decantaron el universo de microorganismos que viene en las heces fecales. Una vez seleccionada la muestra, hicieron una identificación molecular más precisa con el instrumento espectrometría de masas y secuenciamiento de ácidos nucleicos. ¡Y eureka! Estos estudiantes de sexto semestre de biología lograron aislar el
Lactobacillus salivarius, identificado como benéfico y que se encuentra comúnmente en el tracto digestivo de mamíferos y aves.
El segundo paso consistió en comprobar en laboratorio si ese lactobacilo tenía la capacidad de combatir esos organismos perjudiciales para la salud. Para esto crearon un ecosistema en el que pusieron a convivir el
Lactobacillus salivarius con bacterias de las familias de E. coli, Pseudomonas spp* y Klepsiella spp, microorganismos reconocidos como patógenos o causantes de enfermedades en aves y seres humanos.
Hallazgos
De esta manera, encontraron que el lactobacilo sí controla el crecimiento de los microorganismos pató- genos, afirma Javier Correa, doctor en Genética y Biología de la Universidad Estatal de Campinas (Brasil). Sin embargo, aunque el
Lactobacillus salivarius controló especialmente hongos y bacterias conocidas como enterobacterias –en pacientes hospitalizados algunas causan infección del tracto urinario y del tracto respiratorio–, los investigadores detectaron una desventaja: es un microorganismo de lento crecimiento y aún está por comprobarse su eficacia en medios de cultivo más grandes.
El proyecto obtuvo la distinción sobresaliente en el XVIII Encuentro Nacional de Semilleros de Investigación.
Al respecto, Simón explica que los microorganismos son muy sensibles al ambiente en el que se encuentran: “En otros ensayos con diferentes bacterias también ha sido difícil obtener la misma respuesta de los lactobacilos. Por eso, el principal reto es optimizar el cultivo de los lactobacilos aislados”.
En este contexto, afirma el profesor Correa, es necesario profundizar en el entendimiento de los mecanismos básicos para crear antibióticos a partir de estos microorganismos. El objetivo es lograr introducirles capacidades adicionales para que no solo ayuden a controlar bacterias, sino también virus.
Reciben reconocimientos
“Hacer investigación no es fácil, pero es posible y muy gratificante. Solo se tiene que empezar con una idea y trabajar en ella con paciencia y dedicación. La satisfacción viene cuando, después de muchos intentos, por fin un experimento funciona. Hemos tenido la oportunidad de participar en eventos regionales y nacionales, de trabajar en el laboratorio y de interactuar con diferentes equipos, lo que ha aportado de una manera muy positiva a nuestra formación profesional”, aduce Sabina.
Ese esfuerzo y dedicación de los estudiantes Sabina y Simón, con la orientación del profesor Correa, fue reconocido como mejor proyecto en curso en la segunda edición de la Feria Bioinnova, organizada en 2014 por el Departamento de Ciencias Biológicas de EAFIT. También recibieron la distinción sobresaliente en el XVIII Encuentro Nacional de Semilleros de Investigación, realizado en octubre de 2015 en Cali.
Aunque la
investigación todavía está en marcha, sus avances representan los mayores logros a la fecha del semillero de Biología Computacional de EAFIT. “Sabina y Simón se han tomado muy en serio este trabajo, tanto que hicieron un semestre de intercambio con los programas de biología de las universidades de Concordia en Canadá (Sabina) y de Delft en Holanda (Simón) para obtener conocimientos que les permitan avanzar en la investigación y, posiblemente, este sea su trabajo de grado”, puntualiza el docente Javier Correa.
*En un nombre científico,
spp significa especie. Si se ubica después del nombre del género, quiere decir que incluye a todas las especies de ese género.
Indagan desde caña de azúcar hasta códigos genéticos de mamíferos
En la actualidad, el semillero de investigación en Biología Computacional desarrolla otro proyecto relacionado con el Fusarium verticillioides, un hongo que afecta a la caña de azúcar y que puede ocasionar cáncer de estómago en los seres humanos. Sería el primer reporte nacional de confirmar esta enfermedad en Antioquia. Así mismo, junto con el profesor Juan Fernando Díaz Nieto, del Departamento de Ciencias Biológicas de EAFIT, desarrollan un proyecto que busca rastrear los códigos genéticos de los mamíferos presentes en el Valle de Aburrá.
¿Por qué es importante la biología computacional para estudiar microorganismos?
Esta disciplina requiere el trabajo interdisciplinario de bió- logos con científicos de la computación para resolver o entender los procesos biológicos complejos en seres vivos.
Al igual que la bioinformática, la biología computacional ha facilitado la secuenciación de ADN y la anotación de genomas, lo que contribuye a entender procesos patológicos (desarrollo de enfermedades) o la filogenética, la parte de la biología evolutiva que estudia las relaciones de parentesco entre distintos grupos de seres vivos.
Así mismo, permite el modelamiento de proteínas para conocer su estructura química, la simulación de procesos biológicos e, incluso, predecir cómo se relacionan o interactúan las proteínas o moléculas en las células. Es útil para descubrir medicamentos y vacunas.
Investigador
JAVIER CORREA ÁLVAREZ
Biólogo y magíster en Biología, Universidad de Antioquia. Doctor en Genética y Biología Molecular, Universidad Estatal de Campinas (Unicamp), Sao Paulo, Brasil. Coordina el semillero de investigación en Biología Computacional de EAFIT y pertenece al Grupo de Ciencias Biológicas y Bioprocesos (Cibiop). Es docente de gené- tica, biología molecular y bioinformática.