Dr. Mario Sepúlveda: «Janthi podría significar un bioproducto importante para la industria de los bioplásticos y la manufactura de dispositivos médicos»

El mundo de la microbiología es un universo fascinante que va mucho más allá del silencioso trabajo en el laboratorio. Es una disciplina que despierta la imaginación y la reflexión constante, cuyos avances tienen un impacto profundo y tangible en nuestra vida cotidiana.

A menudo, se subestima su verdadero alcance, relegándola a un plano puramente teórico sin dimensionar que, por ejemplo, el estudio de una simple bacteria puede derivar en la creación de nuevos insumos médicos que revolucionen el área de la salud.

Es precisamente en esta intersección entre la exploración científica y la aplicación concreta donde encontramos al Dr. Mario Sepúlveda. Bioingeniero de la Universidad de Concepción y Doctor en Biotecnología por la Universidad Técnica Federico Santa María y la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.

El Dr. Sepúlveda es también investigador del Laboratorio de Microbiología Molecular y Biotecnología Ambiental USM (LAMMBA) y personal técnico del Núcleo Milenio Bioproductos, Genómica y Microbiología Ambiental (BioGEM). Hoy nos relata parte de su trabajo con la bacteria Janthinobacterium sp. BmR6B, la cual forma parte de la serie documental "Bacterianas y Fantásticas: microaliadas para un mundo mejor".

1.- En la capsula nos relatan que las primeras muestras se realizaron de muestras de calafate de la Patagonia Chilena, ¿podrías contarnos qué fue exactamente lo que motivó a extraer muestras de ese fruto?, ¿qué buscaban específicamente?

En el marco de la tesis doctoral de la investigadora Paulina Vega Celedón, el LabMMBA buscaba muestras de la Cordillera de los Andes y Patagonia. El objetivo fue aislar bacterias psicrotolerantes, es decir que resisten las bajas temperaturas. Dentro de estas bacterias, se esperaba encontrar algunas que permitan promocionar el crecimiento vegetal.

A partir de este trabajo se crea un "cepario" importante, con decenas de aislados bacterianos con diversas cualidades con potencial biotecnológico que tuvo un alcance mayor al de las aplicaciones agrícolas.

2.- ¿Cómo es ese proceso de pasar de una muestra del ambiente a confirmar que tienen frente a ustedes un microorganismo con capacidades únicas? ¿Hubo un experimento o un resultado específico que se les venga a la mente durante la investigación que evidencie aquello?

Es un trabajo continuo y coherente de diferentes investigadoras del LabMMBA. Las muestras obtenidas desde la cordillera de los andes, incluyendo las muestras de la rizosfera de Berberis sp. del Parque Chabunco, fueron procesadas y analizadas por la Dra. Paulina Vega en el marco de su tesis doctoral.

Ella caracterizó decenas de bacterias con diferentes capacidades para potenciar el crecimiento vegetal. Muchos de estos aislados no poseían capacidad de promocionar el crecimiento vegetal, pero sí tenían otras características interesantes, como la coloración y la producción de biopolímeros.

Por su lado, la MSc. Pamela Villegas llegó al LabMMBA en busca de desarrollar los bioplásticos bacterianos biodegradables, polihidroxialcanoatos (PHA). Pamela caracterizó decenas de bacterias, evaluando su capacidad de crecimiento y de producción de PHAs.

Esta búsqueda incluyó aislados de la Dra. Paulina Vega. Algunas bacterias destacaron por su gran capacidad de producir PHA a partir de residuos agroindustriales, como la melaza. En este punto una bacteria del género Janthinobacterium sobresalió por su gran capacidad de producir los PHA, colmatando los sistemas de purificación, alegrando los colegas presentes durante estos análisis.

Ángela González, continuó caracterizando algunas de estas bacterias en su producción de PHA a partir de cáscara de tomate. Mostrando que una bacteria del género Pseudomonas aislada por Pamela y la bacteria del género Janthinobacteirum aislada por Paulina Vega, mostraron gran capacidad de producir PHAs a partir de fuentes de carbono renovables.

Finalmente, dentro de mi tesis doctoral se buscó continuar el desarrollo de esta Janthinobacterium que presentaba esta gran capacidad de síntesis de PHA y además presentaba esta coloración violeta. Por lo que se toma la decisión de desarrollar un proceso de co-producción de PHA y violaceína.

3.- ¿Cuál es su superpoder o la habilidad más asombrosa que posee?, ¿cómo es que esta bacteria genera esta habilidad?

Su habilidad más evidente es su intensa coloración violeta cuando crece en medio sólido. Este compuesto violeta se llama violaceína, y ha sido intensamente estudiada en los últimos 10 años debido a sus propiedades antioxidantes, antimicrobianas, inmunomoduladoras y antitumorales.

Janthi mostró una gran capacidad de crecimiento y de producción de PHA, alcanzando cerca de 10 gramos por cada litro de cultivo, conteniendo 5 g de PHA y 100 mg de violaceína, aproximadamente. Estos múltiples productos pueden ser obtenidos a partir de la biorrefinería. Esta biorrefinería presenta una sinergia ya que las propiedades de biocompatibilidad del PHA y las propiedades antioxidantes y antimicrobianas de la violaceína en materiales combinados podrían tener una aplicación en medicina. Esta sinergia incrementa el valor del producto final.

Ahora, ¿cómo Janthi produce PHA y violaceína? Es muy complejo. De acuerdo con los análisis genómicos y de laboratorio, pudimos observar cómo acumula PHA frente al exceso de fuente de carbono y la carencia de nitrógeno. Así, esta bacteria se puede adaptar cuando hay escasez de nutrientes, almacenando la fuente nutritiva que se encuentra en exceso, para el futuro, cuando esa fuente sea escasa.

Es algo similar a la grasa, los mamíferos que hibernan consumen mucho alimento, acumulando grasa que será reserva energética durante el periodo de hibernación. Janti tiene la capacidad de regular genéticamente este proceso de acumulación de energía en forma de PHA y posee múltiples genes que le otorga plasticidad para adaptarse a ambientes fluctuantes en términos nutricionales.

Por el lado de la violaceína, se desconocen los mecanismos. Janti produce la violaceína cuando come glicerol, un compuesto orgánico de 3 carbonos. Mientras que, con azúcares de 6 carbonos, como la glucosa o fructosa, Janthi no produce la violaceína.

Vimos que Janthi tiene mecanismos de regulación genética que inducen la producción de violaceína cuando come glicerol. Sin embargo, la comunicación bacteriana (quorum sensing), la configuración del metabolismo y la presencia de oxígeno podrían ser importantes en la inducción de la producción de violaceína.

4.- Este descubrimiento no se queda solo en un paper. ¿De qué manera creen que la Janthi puede cambiar las reglas del juego en la sostenibilidad y medio ambiente?, ¿qué problema concreto, de Chile o del mundo, podría ayudar a resolver?

Janthi podría significar un bioproducto importante para la industria de los bioplásticos y la manufactura de dispositivos médicos. Esta bacteria podría transformar el azúcar y nutrientes en el bioplástico PHA y el pigmento violaceína. Además, tiene la capacidad de usar residuos como la cáscara de tomate o la melaza como fuente de azúcar y nutrientes, haciendo que la producción de PHA y violaceína sea más sustentable y de bajo costo.

La producción del bioplástico PHA y el pigmento violaceína podría ayudar a la manufactura de dispositivos médicos en aplicaciones que podrían reducir el tiempo de cicatrización de heridas y el riesgo de infección por bacterias de relevancia clínica.

Sin embargo, aún queda camino por recorrer para alcanzar estas aplicaciones, como pruebas en modelos de mamíferos y pruebas clínicas. En caso de alcanzar este desarrollo la presencia de violaceína ayudaría a disminuir las infecciones intrahospitalarias asociadas a bacterias oportunistas como Staphylococcus aureus.

5.-¿Cuál es el siguiente paso en la investigación con esta bacteria? Y, en una mirada más personal, ¿qué les gustaría que el público se lleve como mensaje principal después de conocer la historia de Janthi?

El siguiente paso es optimizar el proceso de co-producción de PHB y violaceína, evaluando el abanico de tipos de PHA que se pueden obtener (por ejemplo, PHBV) y asi determinar el espectro de posibles aplicaciones que se pueden desarrollar con Janthi.

Para optimizar la producción de violaceína es necesario entender los mecanismos que condicionan su producción, como la comunicación bacteriana, la configuración metabólica y el oxígeno.

Por otro lado, es necesario optimizar el proceso de combinación de PHB y violaceína para mejorar el efecto deseado de antioxidante y antibacteriano. Estas distintas formulaciones deben ser probadas en modelos animales para obtener una formulación final para avanzar en pruebas clínicas para llegar al mercado.

En este sentido también sería útil buscar interesados desde la contraparte médica y de posibles inversionistas que se interesen en el desarrollo de dispositivos médicos y que podrían hacer uso de este bioplástico antioxidante y antibacteriano.

Descubran más sobre Janthi y otras bacterias fascinantes en "Bacterianas y Fantásticas", miniserie documental gratuita disponible en nuestro canal de YouTube que se estrena en octubre y que revelará el rol fundamental de 6 bacterias nativas y los extraordinarios superpoderes que las convierten en aliadas clave para el futuro de nuestro planeta.