Materia: Fisiología microbiana
Clave: 1500



GENÉTICA MICROBIANA
“Where microbiology meets microengineering: design and applications of reporter bacteria”

El uso de bacterias a sido por mucho tiempo el blanco de la manipulación genética, pero recientemente se han hecho diseños sintéticos para llevar a cabo tareas mas especificas. Por lo que se diseñan bioreportes bacterianos que son usados en ensayos para asegurar la presencia de químicos perjudiciales en agua, aire, suelo comida o especies biológicas.

Antecedentes de los bioreportes.

Las bacterias han servido como modelos de exploración de la dosis dependiendo de la toxicidad y mutagénesis de sustancias químicas puras especificas en procesos como pruebas de farmacos o el monitoreo de la contaminación ambiental. Uno de los ejemplos es el uso de Salmonella entérica subsp. Entérica; mediante la prueba de Ames donde se comprobó el potencial mutagénico de compuestos químicos. Otro ejemplo es el uso de la batería Aliivibiro fischeri, en el cual se usaba el factor de bioluminiscencia de la bacteria para identificar células que habían sido expuestas a tóxicos. Los diferentes niveles del control de regulación proteica en bacterias así como los mecanismos de traducción de señales provocan un mecanismo efector dentro de la célula y lo convierten en una expresión genética; esto permite entender el grandesarrollo de los bioreportes de las bacterias.

Diseño de Bioreportes.

Detección del acoplamiento de la producción de proteínas reporteras. Se le conoce como “proteína de reporte” a aquellas proteínas que guardan la expresión de un gen o grupo de genes de acuerdo con la codificación de la salida deseada, son producida artificialmente bajo el control de un sistema sensorial-regulatorio o mediante una red con la especificidad necesaria cuya actividad depende de la respuesta celular. La determinación importante del sistema sensorial-regulatorio y el reporte de genes a sido la motivación para detectar compuestos químicos y la toxicidad de estos, ademas se utiliza para detectar la concentración de los compuestos.

Diseño de bioreportes de toxicidad. El monitoreo de la toxicidades es promovido por la respuesta al estrés de la bacteria se une in vitro a genes reporteros promotores y se implantan en la célula hospedadora, observando la respuesta. Para ampliar el uso de promotores de toxicidad en bioreportes se usan estrategias aplicadas en el genoma, este se expone a estrés y se compara con otras células que no hayan sido expuestas lo que permite la identificación de nuevos promotores de bioreportes de toxicidad.

Diseño de bioreportes de compuestos específicos. Algunos bioreportes quedan aislados del mecanismo de resistencia de la bacteria a compuestos específicos o a cepas que pueden metabolizar compuestos tóxicos, en ambos mecanismos el control de regulación se lleva a cargo de una proteína senso-reguladora responsable de la respuesta intracelular de loscompuestos y por ende de la expresión del gen de uno o varios promotores claves. La detección del mercurio y el arsénico fueron el primer sistema de sensibilidad de metal pesado desarrollado. Los componentes de bioreportes de mercurio fueron obtenidos del operon mer, presente en la bacteria Escherichia coli mientras que el bioreportes de arsénico fue en cepas bacterianas para explorar su sistema de defensas contra iones de arseniato.

Bioreportes de los circuitos de los compuestos organicos. Esta basado directa o indirectamente en las reacciones intracelular de la regulación catabólica de las proteínas en el metabolismo químico. La ruta catabólica ayuda a revelar el reconocimiento de diferentes compuestos específicos de la regulación catabólica de las proteínas.

Del diseño de laboratorio al campo

El diseño de los bioreportes viene acompañado de pruebas de laboratorio en el funcionamiento de celular reportadas, esto consiste en la incubación de células en suspensión acuosa las cuales seran el blanco químico. Las células también son usadas para medir la exposición de antibióticos en el intestino de ratas demostrando que los ensayos de bioreportes pueden ser adecuados para medir trazas de compuestos químicos o sus metabolitos en fluidos corporales o tejidos. La verdadera razón de los ensayos es que solo pueden ser propiamente examinados relacionando diferentes muestras de laboratorio y comparando resultados de bioreportes para un analisis químico similar. El número de pruebas comparativas demuestra la precisión y utilidad de los ensayos en conjunto con los métodosapropiados de tratamiento de muestras.

La nueva generación de bioreportes

Ademas de su pequeño tamaño las células de bacterias son altamente adecuadas para su incorporación en plataformas de microingeniería, transportadas en dispositivos biosensores. En el cual se provee de los fluidos para la muestra, y transporte de reactivos, así como los procesos electrónicos para detectar señales, traducirlas, analizarlas, controlar la temperatura y la capacidad de comunicación de las células.

La ventaja de los bioensayos es que pueden servir como base para el futuro para la incorporación de líneas de células en dispositivos de pequeños tamaños, hacer mas eficiente la construcción e ingeniería de nuevas cepas mediante la biología sintética y la re-ingeniería o modificación de la célula hospedadora para aumentar la detección de la sensibilidad.

Prospectos futuros

La información proporcionada es esencial para determinar el tratamiento y los criterios de valoración de seguridad ecotóxica. Es facil imaginar el futuro de las cepas de manera rapida, sencilla y rentable para los ensayos de productos químicos, la toxicidad de varios productos sobre el medio ambiente, ensayos en miniatura y dispositivos integrados, cuyas señales positivas son utilizadas para los analisis químicos posteriores con el fin de comprender, la naturaleza, las fuentes, y causas de las respuestas celulares.

BIBLIOGRAFÍA

Van der Meer Roelof , Jan, “WHere microbiology meets microengineering:design and applications of reporter bacteria” Vol. 8, Macmillan Publishers, Nature Reviews. (Julio 2010)