Respuestas fisiológicas de Streptomyces lividans TK24, asociadas a la producción de compuestos antimicrobianos, en presencia de un campo eléctrico y Mg²⁺ - Hernández Orozco, Aurora Montserrat (Universidad Autónoma Metropolitana, 2022)
La latente búsqueda de la implementación de bioprocesos en diversos sectores industriales, aunada a la creciente demanda de productos de alta necesidad y alto valor agregado, ha conllevado a la necesidad de la innovación e intensificación de dichos bioprocesos. La innovación e intensificación quedan en virtud de factores nutrimentales, ambientales, microbiológicos y de la configuración del biorreactor. Dado que las células y sus funciones están relacionadas con la composición química del medio de cultivo, y del potencial electroquímico de sus componentes iónicos, al modificar la concentración de iones y/o aplicar un campo eléctrico externo, se pueden generar estímulos capaces de reorientar los flujos metabólicos, y en general, los procesos bioquímicos de las células microbianas, con lo cual se podría favorecer la obtención y producción de compuestos de interés. Streptomyces son una clase de actinobacterias Gram positivas, aerobias, las cuales están ampliamente focalizadas como grandes productoras de compuestos bioactivos con propiedades anticancerígenas, antivirales y antibacterianas. Estos compuestos tienen un importante papel en varios sectores de la industria, como el agrícola y el farmacéutico, por lo cual se caracterizan como compuestos de alto valor agregado. Sin embargo, aunque existen numerosos grupos de investigación trabajando en la caracterización genética de rutas de síntesis de nuevas y diversas moléculas bioactivas, en particular, aquellas con actividad antimicrobiana derivadas de Streptomyces, existen muy pocos grupos que trabajen en la optimización de bioprocesos sustentables, para su producción. Por su parte, Streptomyces lividans TK24 es una cepa ampliamente utilizada como cepa hospedera para la expresión heteróloga de diversas proteínas y enzimas sintetizadoras de antibióticos. Sin embargo, recientemente se ha demostrado que, de manera natural, en un medio que contiene glicerol como fuente de carbono y energía, y bacto triptona como fuente de nitrógeno es capaz de producir una proteína con actividad antimicrobiana. Por otro lado, se ha comprobado que la aplicación de un campo eléctrico de baja intensidad, como un factor de estrés abiótico, en cultivos microbianos, provoca cambios fisiológicos, tales como la morfología y el metabolismo de los microorganismos, favoreciendo la producción de sus metabolitos. No obstante, estos estudios aún no han sido focalizados ni estandarizados en la comprensión de los fenómenos que ocurren a nivel celular, con el objetivo de establecer las bases para el diseño de nuevas configuraciones de biorreactores que puedan mejorar la producción de moléculas bioactivas. En este trabajo se presenta una evaluación de las respuestas fisiológicas de Streptomyces lividans TK24 asociadas a la producción de compuestos con actividad antimicrobiana, durante el crecimiento y la producción de compuestos antimicrobianos, en presencia de un campo eléctrico de baja intensidad, buscando obtener respuestas que ayuden a la comprensión de los fenómenos implicados a nivel celular, que sienten las bases para el diseño de biorreactores, con configuraciones novedosas y de mayor eficiencia. Para esto, fue necesario modificar la composición del medio de cultivo, agregando 0.5 g/L de MgSO4 para mejorar la transferencia de carga eléctrica en el medio. Se evaluaron los cambios fisiológicos en Streptomyces lividans TK24, por la adición de los iones Mg2+ en el medio de cultivo, ya que el magnesio juega importantes roles en los procesos bioquímicos celulares. Se encontró que el estímulo químico limitó el crecimiento del microorganismo, así como la concentración de proteína total extracelular, pero a su vez, promovió la generación de actividad antimicrobiana. Se presentaron cambios en la pigmentación del medio de cultivo, el cual presentó un color azul, lo que sugiere la presencia de metabolitos como actinorrodina, un metabolito secundario producido por algunas especies del género Streptomyces, que se caracterizan por esa pigmentación y actividad antimicrobiana. Por otro lado, la aplicación del campo eléctrico de baja intensidad fue abordada en dos etapas del metabolismo de Streptomyces lividans TK24: (I) fase del crecimiento, al inicio del cultivo y (II) fase estacionaria o de mantenimiento, a las 48 h de cultivo. El campo eléctrico, tratado como un factor de estrés abiótico, no intervino con el crecimiento y/o la viabilidad del microorganismo. Al aplicarse en la etapa de crecimiento, el campo eléctrico inhibió la producción de actividad antimicrobiana, así como el pigmento azul. Por otro lado, la concentración de proteínas extracelulares no fue disminuida. Los espectros infrarrojos de la biomasa obtenida mostraron que la aplicación del campo eléctrico, en la etapa de crecimiento, provocó un aumento en la síntesis de lípidos, lo que podría estar relacionado con la nula producción de actividad antimicrobiana. Por otro lado, el aplicar el campo eléctrico durante la fase estacionaria (no crecimiento) mejoró la producción de actividad antimicrobiana sin afectar la pigmentación del medio de cultivo. Finalmente, se demostró que la actividad antimicrobiana presente en los medios de cultivo UPMgSO4 sin estimulo eléctrico y los medios de cultivo UPMgSO4 electroestimulados en la fase de mantenimiento, está relacionada con la presencia de alguna proteína, más que a los metabolitos producidos, lo que da pie a una investigación más profunda, enfocada a encontrar los efectos provocados, tanto por el campo eléctrico, como por la presencia de Mg 2+, sobre el proteoma y metaboloma de Streptomyces lividans TK24.