Crean una súper E.Coli que sobrevive a base de una dieta de dióxido de carbono

Unos investigadores crearon una cepa de la bacteria Escherichia coli, que crece al consumir dióxido de carbono en lugar de azúcares y otras moléculas orgánicas. El logro es un hecho histórico según dicen los científicos, porque altera drásticamente el funcionamiento interno de uno de los organismos más populares de la biología.

De esta manera, en el futuro, la Escherichia coli, que se alimenta de CO2, podría usarse para producir moléculas de carbono orgánico que podrían utilizarse como biocombustibles o para producir alimentos. Los productos fabricados de esta forma tendrían menos emisiones en comparación con los métodos de producción convencionales, pudiendo llegar a eliminar el gas del aire.

Las plantas y las cianobacterias fotosintéticas –microbios acuáticos que producen oxígeno– utilizan la energía de la luz para transformar o fijar el CO2 en los componentes básicos de la vida que contienen carbono, incluidos el ADN, las proteínas y las grasas. No obstante, estos organismos pueden ser difíciles de modificar genéticamente, lo que ha frenado los esfuerzos para convertirlos en fábricas biológicas.

Por el contrario, E. coli es relativamente fácil de rediseñar, y su rápido crecimiento implica que los cambios se pueden probar y ajustar rápidamente. Sin embargo, la bacteria prefiere crecer en azúcares como la glucosa y, en lugar de consumir CO2, emite el gas como desecho.

Ron Milo, biólogo de sistemas del Instituto de Ciencia Weizmann en Rehovot (Israel), y su equipo han pasado la última década revisando la dieta de E. coli. En 2016, crearon una cepa que consumía CO2, pero el compuesto representaba solo una fracción de la ingesta de carbono del organismo; el resto era un compuesto orgánico que alimentaban las bacterias, llamado piruvato.

En el último trabajo, Milo y su equipo utilizaron una combinación de ingeniería genética y evolución dirigida en laboratorio para crear una cepa de E. coli que puede obtener todo su carbono desde el CO2. Primero, le dieron a la bacteria genes que codifican un par de enzimas que permiten a los organismos fotosintéticos convertir el CO2 en carbono orgánico. Las plantas y las cianobacterias potencian esta conversión con luz, pero eso no era factible para E. coli. En cambio, el equipo de Milo insertó un gen que permite que la bacteria extraiga energía de una molécula orgánica llamada formiato.

Para ajustar aún más la cepa, los investigadores cultivaron sucesivas generaciones de E. coli modificada durante un año, dándoles solo pequeñas cantidades de azúcar y CO2 a concentraciones aproximadamente 250 veces mayores que las de la atmósfera de la Tierra. De esta forma, esperaban que la bacteria desarrollara mutaciones para adaptarse a esta nueva dieta. Después de aproximadamente 200 días, surgieron las primeras células capaces de usar CO2 como su única fuente de carbono; y después de 300 días, estas bacterias crecieron más rápido en condiciones de laboratorio que aquellas que no podían consumir CO2.

Milo y su equipo esperan que sus bacterias crezcan más rápido y vivan con niveles más bajos de CO2. También están tratando de entender cómo evolucionó la E. coli para comer CO2: las modificaciones en solo once genes parecían permitir el cambio, y ahora están trabajando para determinar cómo.

El trabajo, según Cheryl Kerfeld, bioingeniera de la Universidad Estatal de Michigan en East Lansing y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, es un hito y muestra el poder de la ingeniería de fusión y la evolución para mejorar los procesos naturales.

La E. coli ya se usa para hacer versiones sintéticas de químicos útiles como la insulina y la hormona del crecimiento humano. Milo dice que el trabajo de su equipo podría expandir los productos que las bacterias pueden producir, para incluir combustibles renovables, alimentos y otras sustancias.