El ADN y la IA trabajan juntos a favor de los suelos

La biorremediación es una estrategia que utiliza organismos vivos, generalmente bacterias, hongos o plantas, para eliminar o disminuir los contaminantes del suelo, el agua o el aire.

Su integración con la ingeniería genética y las tecnologías de ADN recombinante representa una de las aplicaciones más prometedoras de la biotecnología y microbiología fuera del ámbito médico, enfocándose en la sanidad ambiental y la reconversión industrial.

La biorremediación basada en tecnologías de ADN recombinante se basa en la generación de organismos genéticamente modificados en los cuales se identifica y clona genes o se expresan proteínas o rutas metabólicas que permite acelerar los procesos de degradación y liberación de compuestos tóxicos, como pesticidas, hidrocarburos o metales pesados.

También se modifican bacterias o levaduras que ya se encuentran en zonas contaminadas para que “trabajen” más rápido o sean resistentes a condiciones extremas, entre las que se destacan ambientes ácidos o con falta de oxígeno.

Con técnicas aún más avanzadas, como la biología sintética, se pueden crearsuperbacterias, que combinan múltiples vías metabólicas para degradar mezclas complejas de contaminantes.

Las bacterias o levaduras o hongos modificados se liberan en los ambientes contaminados.De esta manera se potencia la naturaleza con la biotecnología para remediar esos ambientes de forma más eficiente, sostenible y específica. 

Se pueden tratar derrames de hidrocarburosy contaminación con plásticos omicroplásticos, además de pesticidas y fertilizantes, metales pesados como el mercurio, el arsénico o el cadmio, disolventes industriales como tolueno o benceno, o aguas residuales urbanas e industriales.

La aplicación a gran escala de la biorremediación aún enfrenta desafíos, como la regulación de microorganismos modificados genéticamente y la necesidad de estudios más detallados sobre su impacto a largo plazo”

Sus ventajas son el menor costo e impacto ambiental en comparación con los métodos físicos o químicos, la posibilidad de actuar directamente en el lugar contaminado, y el aprovechamiento de recursos naturales como los son las bacterias o plantas.

En el artículo de revisión Biorremediación mediante microorganismos modificados genéticamente para la degradación de contaminantes ambientales, recientemente publicado en la revista Multidisciplinar,José Lázaro Francés MesayNayeris Brito Espinosa recapitularon el uso de microorganismos modificados genéticamente para la degradación de contaminantes ambientales como estrategia de biorremediación.

Concluyeron que “la biorremediación representa una alternativa viable y ecológica para enfrentar la contaminación ambiental. Sin embargo, su aplicación a gran escala aún enfrenta desafíos, como la regulación de microorganismos modificados genéticamente y la necesidad de estudios más detallados sobre su impacto a largo plazo”.

En ese sentido, la liberación de organismos modificados genéticamente en el ambiente impone un estricto mandato de precaución de bioseguridad. Para realizarlo se requiere de una evaluación rigurosa de riesgos potenciales antes de cualquier liberación, abarcando toxicidad, alergenicidad e impacto ecológico.

También Inteligencia Artificial

Los profesionales biotecnólogos o microbiólogos ambientales que llevan a cabo proyectos de biorremediación con tecnologías de ADNr tienen que adquirir competencias avanzadas en ciencia, ética y gestión. Requiere un sólido dominio de biología molecular y microbiología, comprensión de la bioética y legislación vigente, y la capacidad de gestionar proyectos complejos para que sean tan viables económicamente como responsables con el ambiente y la sociedad.

Entre los ejemplos destacados de innovaciones en el área puede mencionarse a XenoBug, una herramienta basada en inteligencia artificial de predicción de enzimas bacterianas para degradar contaminantes. Predice qué enzimas bacterianaspueden romper diferentes contaminantes como pesticidas, fármacos e hidrocarburos.

La desarrolló el Departmento de Ciencias Biológicas del Indian Institute of Science Education & Research, mediante el empleo de 6.814 sustratos involucrados en 141.200 reacciones bioquímicas. Para el entrenamiento, se usaron 1.603 descriptores moleculares y huellas digitales lineales y circulares, 3,3 millones de secuencias enzimáticas derivadas de una base de datos de metagenomas ambientales y 16 millones de enzimas provenientes de unas 38.000 genomas bacterianos.

XenoBug predijo tanto enzimas metabólicas conocidas como enzimas no reportadas previamente para la degradación de moléculas en el conjunto de validación. El uso conjunto de producción de proteínas con tecnologías de ARNr y herramientas de IA ofrecerán nuevos escenarios y desafíos en la biorremediación.

*Directora de la Maestría en Microbiología Ambiental del Instituto Universitario para el Desarrollo Productivo y Tecnológico (IUDPT) 

** investigadora del IUDPT