En el Laboratorio de Ondas de Choque del Centro de Física
Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) de la UNAM, con
sede en Juriquilla, Querétaro, un grupo de científicos
ha logrado la transformación genética de bacterias
con una eficiencia 50 veces mayor a los métodos convencionales.
El avance del equipo encabezado por Achim Loske –que
podría ser útil en las industrias farmacéutica
y agrícola, para la obtención de fármacos
u hormonas como la insulina, o para eliminar el efecto nocivo
de las propias bacterias–, fue posible gracias al desarrollo
de un novedoso generador de esas ondas, llamadas tándem.
Los resultados obtenidos hasta ahora, dados a conocer
en la revista Ultra-sound in Medicine and Biology, han
sido bien recibidos por la comunidad internacional, “como
un desarrollo al que se le ve un futuro y una aplicación
directa y útil”, relató el universitario.
Loske definió a las ondas o frentes de choque
como un pulso de presión; es decir, en rigor se trata de
un aumento súbito y reducción de presión
sumamente rápida, de nanosegundos o millonésimas
de segundo.
Ello puede ocurrir en cualquier medio, aire o agua. “En
medicina, biología molecular, química y física,
usamos las que son de, relativamente, baja energía, es
decir, hasta mil veces la presión atmosférica”.
Se trata de un fenómeno difícil de imaginar,
pues en cuestión de nanosegundos aumenta la presión
desde el llamado valor de equilibrio, hasta 500 ó mil atmósferas,
y después disminuye en un tiempo de entre tres y 10 microsegundos.
Para generarse, requieren de mucha energía, en
un tiempo sumamente corto y en un espacio muy reducido. Se producen
por diferentes métodos: en medicina se emplean, en esencia,
tres sistemas: electrohidráulico, electromagnético
y piezoeléctrico. Este último es el que utilizan
Loske y sus colaboradores.
En tanto, para modificar la información genética
de las bacterias se ha recurrido a métodos tradicionales,
como la electroporación (o un aumento significativo de
la conductividad eléctrica y la permeabilidad de la membrana
plasmática celular, causado por un campo eléctrico
aplicado de forma externa). No obstante, presenta la desventaja
de ser laboriosa y tardada, y por lo mismo, costosa, además
de poco eficiente.
Logramos aumentar la eficiencia 50 veces, y con ello,
reducir los costos. Así ocurrió con la enterobacteria
Escherichia coli (E.coli). Asimismo, con mucha probabilidad
se podrá lograr la transformación de especies, que
anteriormente no había sido posible, como Bacillus
subtilis, indicó.
Uno o dos grupos en el extranjero ya habían probado
la aplicación de ondas de choque para estos fines, pero
sin éxito. El acierto de los universitarios fue desarrollar
un generador que produce las tándem, que son “especiales”.
Aquí, las bacterias se transforman, no debido a la onda
en sí, sino por el efecto secundario que se produce a su
paso, o una vez que ocurrió.
Los experimentos se hacen en suspensión: las bacterias
se colocan dentro de un pequeño vial, de cinco o seis mililitros
de solución. “Esta última, e incluso el agua
potable, tiene microburbujas, que por su tamaño no vemos;
en el momento en que pasa la onda de choque son comprimidas”.
Así, se vuelven mucho más pequeñas;
la presión dentro de ellas aumenta muchísimo, pero
en el momento que desparece la onda, se incrementa su tamaño
y volumen cientos de veces, hasta que la presión interna
es menor que la del fluido en el exterior, y colapsan de forma
violenta. Ello produce, a su vez, ondas secundarias, y micro-jets
o chorros de agua pequeñísimos.
Estos últimos son proyectiles de fluido, capaces
de dañar las membranas de las bacterias de manera reversible,
pero suficientes para permitir que las moléculas que se
encuentran en la suspensión (y que son las que se desea
introducir) entren al microorganismo.
Posteriormente, por mecanismos naturales la membrana
se repara y las macromoléculas permanecen dentro de la
bacteria, y modifican su estructura genética. “A
ese fenómeno se le llama transformación bacteriana”.
La aplicación de una onda es de millonésimas
de segundo. En tanto, la que se genera en el fluido viaja a través
de él a una velocidad de mil 500 metros por segundo. A
pesar de ello, aclaró Loske, no es suficiente con una onda
de choque, sino que se aplican entre 50 y hasta 500 ó mil,
cada segundo o dos, y de acuerdo con las necesidades.
De ese modo, para la transformación de una suspensión
bacteriana se requerirían máximo 15 minutos. “A
futuro se puede pensar en aumentar los volúmenes y diseñar
un generador que trabaje más muestras. En este momento,
a nivel experimental, es suficiente”.
Las tándem aumentan la energía de los micro-jets;
esa es la innovación y nuestra contribución, que
podría transferirse rápida y fácilmente a
la industria, precisó Achim Loske.
En el grupo de investigación multidisciplinario
CFATA-Universidad Autónoma de Querétaro, también
participan Francisco Fernández, Juan Campos Guillén,
Eduardo Castaño Tostado y Xóchitl Pastrana.
En el futuro cercano, se pretende explorar nuevas cepas
de bacterias, sobre todo aquellas que han costado mucho trabajo,
o que no se pueden transformar por métodos convencionales.
Al mismo tiempo, optimizar y ajustar variables, para mejorar su
eficiencia. “Aunque los resultados hasta ahora son muy buenos,
no estamos seguros de tener los parámetros óptimos”,
finalizó el científico.