La Capsula Informativa: la bacteria que enfermó al mundo, pero revolucionó la investigación médica
Escherichia coli, más conocida como E. coli, es una de las pocas bacterias con nombre y apellido.
Las razones no son exactamente positivas: E. coli es un grupo diverso de bacterias que normalmente viven en los intestinos de humanos y animales, y algunos tipos pueden enfermar gravemente a las personas.
Desafortunadamente, es por eso que aparece con tanta frecuencia en los medios.
Pero no todas las bacterias E. coli son iguales.
«Algunos miembros de la familia E. coli le han dado mala fama al grupo», dijo Carl Zimmer, autor de «Microworlds: E. coli and the New Science of Life» (2008).
Sin embargo, muchos microorganismos de la microbiota gastrointestinal son esenciales para el buen funcionamiento del proceso digestivo y también intervienen en la producción de vitaminas B y K.
No sólo eso, algunos científicos afirman que E. coli tiene respuestas a los secretos de la vida misma.
«Nos ayuda a comprender quiénes somos», dijo Zimmer.
Y fuera del intestino, su papel ha sido sorprendentemente glorioso durante siglo y medio.
Esta bacteria común tiene una historia notable, ya que ha sido clave para el descubrimiento científico, tan importante como la base de la vida.
Fue uno de los primeros organismos en obtener una secuencia de su código genético, profundizando nuestra comprensión del ADN y, por tanto, nuestro conocimiento de sus propias funciones.
Muchos de los rasgos genéticos que controlan las bacterias son eficaces en nosotros y en otras especies de animales.
El científico Jacques Monod concluyó: «Lo que es cierto para E. coli también lo es para los elefantes».
E. coli nos permite obtener conocimientos sobre microbiología, genética molecular y bioquímica, incluido cómo se replica el ADN, cómo los genes producen proteínas y cómo las bacterias comparten material genético entre sí (una de las principales causas de resistencia a los antibióticos).
En el campo de la biotecnología, ha sido clave para varios descubrimientos.
Un estudio reciente involucró la modificación genética de E. coli para producir paracetamol después de consumir una molécula derivada del plástico.
El autor de la nueva forma de utilizar los residuos plásticos, Stephen Wallace de la Universidad de Edimburgo, le dijo a Zoe Corbyn de la BBC que automáticamente eligió la bacteria porque ciertas cepas no patógenas se utilizan ampliamente en los laboratorios para probar si algo funciona.
E. coli es un importante «caballo de batalla» en este campo, según el biotecnólogo químico, que también la ha modificado genéticamente en su laboratorio para convertir los residuos plásticos en vainilla y los residuos de alcantarillado en perfume.
Un caballo de batalla es un organismo modelo que se utiliza frecuente y continuamente en los laboratorios.
Otros organismos modelo conocidos incluyen ratones, moscas de la fruta y levadura de panadería.
Al igual que E. coli, la levadura es una herramienta valiosa en biotecnología tanto a nivel de laboratorio como industrial, pero tiene una estructura celular más compleja y diferentes aplicaciones.
«Si se quiere demostrar que algo es posible en biología, la E. coli es un primer paso natural», afirmó Wallace.
El uso de microorganismos no se limita a los laboratorios.
Industrialmente, los frascos de E. coli genéticamente modificada actúan como fábricas vivientes, produciendo de todo, desde productos farmacéuticos hasta una variedad de químicos básicos utilizados para fabricar combustibles y solventes.
Pero, ¿cómo llegó a convertirse E. coli en un pilar de la ciencia?
También te puede interesar: Cuatro análisis de sangre que toda persona mayor de 40 años debería hacerse, dicen expertos
criatura favorita
Thomas Silhavy, profesor de biología molecular en la Universidad de Princeton, explicó que E. coli domina porque es un organismo modelo para comprender los principios biológicos generales. Estudió la bacteria durante unos 50 años y documentó su historia.
E. coli fue aislada por primera vez en 1885 por el pediatra alemán Theodor Escherich, que estudiaba la microbiota intestinal de los niños.
Debido a que crece rápidamente y es fácil de manipular, los científicos comenzaron a usarlo para estudiar la biología bacteriana básica.
Luego, en la década de 1940, saltó al estrellato, dijo Silvey.
Utilizando una cepa de E. coli no patógena (K-12), demostraron que las bacterias no sólo pueden dividirse sino también participar en el «sexo bacteriano», en el que comparten y recombinan genes para adquirir nuevas características.
Fue un descubrimiento histórico, dijo, y E. coli se convirtió en «el organismo favorito de todos».
Posteriormente, E. coli desempeñó un papel central en otros descubrimientos e hitos de la genética y la biología molecular.
Se utilizó para ayudar a descifrar el código genético y en la década de 1970 se convirtió en el primer organismo genéticamente modificado al insertarle ADN extraño, sentando las bases de la biotecnología moderna.
También resuelve el problema de la producción de insulina.
La insulina de vacas y cerdos se ha utilizado para tratar la diabetes, pero ha provocado reacciones alérgicas en algunos pacientes.
Pero en 1978 se produjo un gran avance con la creación de la primera insulina humana sintética, producida a partir de E. coli.
En 1997, se convirtió en uno de los primeros organismos en cuyo genoma se secuenció todo, lo que lo hizo más fácil de entender y manipular.
Se han diseñado varias formas de E. coli para beneficio de los humanos.
La bacteria se ha replicado en decenas de miles de instituciones científicas de todo el mundo.
Se utiliza como una microfábrica: con las instrucciones adecuadas, se puede modificar para producir rápidamente cientos de genes para una proteína específica.
Además, es fácil de cultivar, no requiere grandes cantidades de energía ni requiere condiciones de vida complejas.
Lo más importante para los científicos es que se puede modificar fácilmente y replicar rápidamente.
Como resultado, estas bacterias se han utilizado para producir antibióticos, vacunas y muchos otros tratamientos.
Adam Feist, profesor de la Universidad de California en San Diego que trabaja en el desarrollo de microorganismos para aplicaciones industriales, explicó a la BBC por qué valora tanto este microbio en particular.
Además de la gran cantidad de conocimiento acumulado sobre su genética y las herramientas que facilitan su ingeniería, las bacterias pueden crecer rápida y predeciblemente en una variedad de sustratos.
No es tan delicado como otras cosas, se puede congelar y revivir sin problemas y es muy bueno para ocultar ADN extraño.
«Cuanto más estudio los microbios, más aprecio de lo que es capaz la E. coli», dijo.
Él no es el único.
Sin embargo, algunos se preguntan si el predominio de E. coli nos impedirá encontrar las mejores soluciones biotecnológicas al problema.
También te puede interesar: Cómo aliviar el sufrimiento de los enfermos terminales
¿Hay algo más mejor?
Paul Jensen, microbiólogo e ingeniero de la Universidad de Michigan que estudia las bacterias que viven en nuestra boca, analizó recientemente cuán poco estudiadas están la mayoría de las otras bacterias en comparación con E. coli.
Su punto es que mientras descubrimos que E. coli puede hacer cosas cada vez más extraordinarias, puede haber otros microorganismos que hacen lo mismo de forma natural (y mejor) que no reciben ninguna atención y que nos estamos perdiendo de sus beneficios porque no han sido descubiertos ni estudiados.
La bioprospección de vertederos, por ejemplo, podría descubrir microorganismos que empiecen a consumir no sólo plástico, sino todo tipo de residuos, afirmó.
Y es posible que existan bacterias que puedan hacer cosas que nunca imaginamos.
«Estamos tan centrados en el problema de la E. coli que no estamos investigando lo suficiente», afirmó.
Actualmente se están estudiando varias alternativas para aumentar las opciones, incluido Vibrio natregeni (V. nat), que ha comenzado a ganar terreno como competidor potencial de E. coli.
V. nat se aisló por primera vez en la década de 1960 en marismas de Georgia, EE. UU., pero fue ignorada en gran medida en cultivos y criocolecciones hasta mediados de la década de 2010, cuando fue reconocida por su tasa de crecimiento ultrarrápida (el doble que la de E. coli), lo que podría ser una importante ventaja industrial.
También es más eficiente para absorber ADN extraño, dijo Buz Barstow, ingeniero biológico y ambiental de la Universidad de Cornell que codesarrolló el organismo, y agregó que, en comparación con la E. coli, su capacidad es como «pasar de un caballo a un automóvil».
El enfoque de Barstow en V. nat es que espera ver los microbios utilizados para resolver los principales desafíos de sostenibilidad, desde la producción de combustible para aviones a partir de dióxido de carbono y electricidad verde hasta la extracción de tierras raras.
«E. coli no nos ayudará a lograr estas visiones; V. natriegens sí lo hará», afirmó.
Este año, su laboratorio lanzó una empresa llamada Forage Evolution, que está desarrollando herramientas para facilitar a los investigadores su diseño en el laboratorio.
Feist reconoce que V. nat ofrece propiedades atractivas, pero aún faltan las herramientas genéticas necesarias para su uso generalizado y aún no se ha demostrado su eficacia a gran escala.
En este y otros aspectos, E. coli tiene una ventaja. Probablemente sea uno de los organismos más estudiados, hasta el punto de que algunos científicos dicen que sabemos más sobre él que nosotros mismos.
«Es muy difícil reemplazar la E. coli», concluyó Feist.
