Nueva patente de invención para EAFIT y para la Asociación de Bananeros de Colombia (Augura). Esta vez por un proceso biotecnológico para el desarrollo de nuevos antibióticos que podrían servir para combatir patógenos como el moko (Ralstonia solanacearum) que se produce en la planta de banano y otros cultivos agrícolas, así como enfermedades causadas por otras bacterias en animales y seres humanos. Por parte de la Universidad participaron en el desarrollo científicos del grupo de investigación en Ciencias Biológicas y Bioprocesos (Cibiop), del Departamento de Ciencias Biológicas.
Proceso para la inducción de actividad antimicrobiana en bacterias aeróbicas formadoras de endospora es el título de este método patentado por la Superintendencia de Industria y Comercio de Colombia con la resolución número 26866 del 8 de junio de 2020. El procedimiento tecnológico permite obtener compuestos activos a partir de microorganismos de las familias Bacillaceae y Paenibacillaceae, en presencia del inductor cloruro de trifenil tetrazolio (TTC), difiriendo del estado de la técnica actual.
Esta investigación realizada por EAFIT y Augura hace parte de la historia de más de una década de trabajo conjunto para el desarrollo de este tipo de innovaciones biotecnológicas con posibilidades de aplicarse en la agroindustria. Sus inventores son los eafitenses expertos en ciencias biológicas Valeska Villegas Escobar, Laura Sierra Zapata y Javier Correa Álvarez.
“La patente se trata de un proceso en el que unas bacterias, bajo unas condiciones específicas de crecimiento, se inducen para que produzcan unos compuestos antibióticos que son activos contra patógenos de plantas y animales. Si se cultivan en un medio tradicional ellas no producen ninguna actividad antibacteriana, pero si se adiciona un componente a este medio de cultivo (sal de tetrazolio) haces que estas bacterias induzcan la producción de unos compuestos antimicrobianos", explica Valeska Villegas, doctora en Biotecnología de la Universidad Nacional de Colombia y profesora del Departamento de Ciencias Biológicas de EAFIT, quien inició las investigaciones en este tema como parte de su trabajo de doctorado.
Para Agura, el avance biotecnológico que se logra con este proceso significa una innovación muy importante para la industria bananera, pues la Ralstonia solanacearum es una bacteria que tradicionalmente ha sido considerada un problema fitopatológico en las regiones productoras del fruto como Urabá y Magdalena. Mediante el proceso de inducción de actividad antimicrobiana se podría controlar, de esta manera, la bacteria causal del moko que es una enfermedad que genera grandes pérdidas en la producción agrícola, siendo el banano el tercer producto de mayor exportación del país después del café y las flores.
“Los resultados tiene un gran potencial como posible alternativa para el manejo de enfermedades de importancia económica del cultivo del banano, como es el caso específico del moko. Es una de las enfermedades más devastadoras de origen bacteriano y genera impacto por las grandes pérdidas en la producción de esta fruta en el mundo. La patente es producto del esfuerzo y el trabajo que se viene desarrollando en conjunto, desde hace aproximadamente 12 años, entre EAFIT y Augura”, destaca Marcela Cadavid Ordóñez, directora del Centro de Investigaciones del Banano (Cenibanano).
En el año 2019, EAFIT y Augura también recibieron patente de la Superintendencia de Industria y Comercio por la invención titulada Proceso para incrementar la producción de biomasa y esporas de bacterias promotoras del crecimiento vegetal del género Bacillus – Bioestimulante, un proceso que se aplica a cultivos agrícolas y que estimula la producción de banano, creado con el apoyo de Colciencias. Este mismo desarrollo biotecnológico recibió en el año 2017 registro de invención por parte de la Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos.
Así va el proceso
Esta investigación comenzó a ser desarrollada por Valeska Villegas en el año 2009, como parte de sus estudios de doctorado en Biotecnología. En ese entonces estudiaba el patógeno de plantas Ralstonia solanacearum en busca de microorganismos que inhibieran la bacteria. Unos años después, la investigadora Laura Sierra continuó este estudio como parte de su doctorado en Ingeniería de Bioprocesos con el objetivo de identificar cuáles compuestos activos se estaban generando en el proceso de inducción de actividad antimicrobiana.
"Estos compuestos nitrogenados, de alguna manera, se identificaron. Parece ser que hay una reacción entre la sal (cloruro de trifenil tetrazolio) y estos compuestos como proceso de biosíntesis donde se produce otra molécula que es activa. La estructura de esa molécula no la tenemos identificada del todo, la idea es continuar con un proyecto de investigación que se está formulando para identificar la estructura química completa”, complementa Valeska Villegas.
Los resultados de esta investigación, recientemente, fueron destacados en la revista de alto impacto Scientific Reports, una de las publicaciones científicas del grupo Nature Research, donde se presenta las principales conclusiones de este procedimiento biotecnológico que impulsa el uso de señales químicas como inductores para descubrir el potencial metabólico de los microorganismos.
“En estos tiempos estamos en búsqueda de nuevos antibióticos, tenemos una guerra declarada contra los microorganismos que nos causan tantos problemas, como es el caso de las bacterias, muchas de estas con una resistencia a los antibióticos que antes no se conocía”, manifiesta Javier Correa Álvarez, doctor en Genética y Biología de la Universidad Estatal de Campinas (Brasil), docente e investigador del Cibiop de EAFIT.
Precisamente, destaca el investigador, la nueva patente va direccionada hacia un mecanismo que permite la inducción de nuevas moléculas antibióticas que controlan a otros microorganismos, entre estos las bacterias que causan enfermedades en plantas, animales y seres humanos. El control de estos patógenos se ha logrado, principalmente, por medio de productos naturales como los antimicrobianos que se aplican para enfrentar las infecciones de origen bacteriano.
"Mi participación en la investigación fue en el análisis de los datos genómicos y metabolómicos. Se encontró un mecanismo con el que se puede inducir a cierto grupo de bacterias a producir moléculas antibióticas novedosas, útiles para el tratamiento de enfermedades que hoy son difíciles de contener. En la cantidad de muertes debidas a infecciones por bacterias en hospitales y en la salud pública, en general, se va a encontrar que muchas de estas son resistentes a los antibióticos”, indica Javier Correa.
Para los investigadores del Cibiop, las industrias que se pueden beneficiar con esta patente son, en especial, las de los bio-insumos y los bio-pesticidas con el desarrollo de antibióticos útiles para controlar bacterias como R. Solanacearum que ataca cultivos en cerca de 50 familias vegetales, muchas de relevancia económica como el banano, el tomate, el tábano o la papa.
También la industria veterinaria con la producción de proteína animal y la farmacéutica para el desarrollo de posibles tratamientos terapéuticos. Según el resultado de las pruebas biológicas realizadas durante esta investigación se detectó actividad de los antibióticos contra patógenos de mamíferos, en especial, la bacteria Staphylococcus y Escherichia coli (E.coli).
“En ese punto estamos haciendo un aporte importante desde la ciencia colombiana, pues son sustancias que no se han reportado porque se derivan de la interacción de una molécula con un microorganismo. Se han reportado antibióticos producidos por interacciones pero no con esta sustancia que usamos y en estas especies que trabajamos”, comenta Laura Sierra, experta en el estudio de sustancias activas producidas por microorganismos.
Alerta global por los antimicrobianos
Esta investigación se realizó en medio de la actual crisis mundial de resistencia a los antimicrobianos, que ha sido mencionada por entidades globales como la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), que han hecho un llamado para descubrir nuevas sustancias antibióticas y tecnologías antimicrobianas para enfrentar patógenos de incidencia clínica, veterinaria y agrícola.
Por esta razón existe en la actualidad un creciente interés por la comprensión del contexto ecológico en el que se forman las pequeñas moléculas y por el descubrimiento de nuevas familias de compuestos con mecanismos de acción novedosos para tratar patógenos resistentes a los fármacos. Este interés, además, ha sido motivado por la aparición de técnicas y metodologías para descubrir estos antimicrobianos como los estudios de transcriptómica y metabolómica.
“Fue muy valiosa la colaboración científica que logramos establecer, a través de mis pasantías de investigación en Estados Unidos, donde científicos nos permitieron acceder a técnicas muy avanzadas en sus laboratorios. Esto le dio una profundidad al fenómeno que nos permite sacar conclusiones muy valiosas. Lo que sigue es descubrir la estructura química de esta sustancia y para eso tenemos una propuesta de investigación para lograr descifrar esa naturaleza química”, comenta Laura Sierra.
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Alejandro Gómez Valencia
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