Descubren el efecto potenciador del calcio y los fosfopéptidos en la producción de penicilina

Un grupo de investigadores del Instituto de Biotecnología de León (INBIOTEC) y de la Universidad de León (ULE), en España, han revelado el efecto potenciador conjunto del calcio y fosfopéptidos derivados de la leche sobre la producción de penicilina. El trabajo ha sido publicado en la revista científica ‘Journal of Proteomics’.

El hongo Penicillium (que vulgarmente denominamos moho) crece sobre el pan y otra variedad de alimentos: frutas, cebollas e incluso en el vino. Una de las especies de este género (Penicillium chrysogenum) ha sido sometida durante décadas por el hombre a programas de mejora para su empleo en la producción industrial del antibiótico penicilina.

El calcio ejerce un efecto positivo sobre la producción de penicilina, aunque se desconocían los mecanismos responsables del mismo. El calcio forma complejos con diversas moléculas, entre las que se encuentran los fosfopéptidos resultantes de la hidrólisis de la caseína de la leche, los cuales contribuyen al transporte de calcio a través de la membrana celular.

En este trabajo se han caracterizado las proteínas y procesos metabólicos que sufren modificaciones tras la adición de calcio y fosfopéptidos de caseína al medio de cultivo en el que crece el hongo resultando en un incremento de la producción de penicilina.

Los resultados obtenidos sugieren que estos compuestos, entre otras acciones, estimulan la formación de precursores de la penicilina, así como las enzimas que la biosintetizan en los microcuerpos/peroxisomas de P. chrysogenum, que son como pequeños compartimentos intracelulares donde ocurre parte de la formación de este antibiótico.

Esta información contribuye al conocimiento del transporte y secreción de la penicilina, procesos que casi 90 años después del descubrimiento de este fármaco, están lejos de estar completamente caracterizados.

El artículo se titula ‘Casein phosphopeptides and CaCl2 increase penicillin production and cause an increment in microbody/peroxisome proteins in Penicillium chrysogenum’ (Los fosfopéptidos de caseína y el CaCl2 incrementan la producción de penicilina y causan un incremento en las proteínas de microcuerpos/peroxisomas en Penicillium chrysogenum) y es fruto del trabajo del grupo de biotecnología fúngica de INBIOTEC, liderado por los Doctores Carlos García Estrada y Katarina Kosalková, junto con la unidad de proteómica del Instituto liderada por Carlos Barreiro (director del INBIOTEC) y en colaboración con la ULE.

Este trabajo continúa una línea consolidada en INBIOTEC con trabajos de alto impacto en años anteriores, como la publicación del genoma del hongo productor de este antibiótico Penicullium chrysogenum en la revista ‘Nature Biotechnology’, o los análisis del conjunto de proteínas (proteoma) responsables de la mejora en la producción de penicilina a nivel industrial publicados en la revista 'Molecular & Cellular Proteomics'. (Fuente: ULE/DICYT)

Nueva técnica para captar imágenes de alta resolución de biomoléculas individuales

Determinar la configuración exacta de las proteínas y de otras moléculas biológicas complejas es un paso importante hacia un adecuado conocimiento de sus funciones, incluyendo cómo se enlazan con receptores en el cuerpo. Pero tal visualización es difícil de hacer. Normalmente precisa que las moléculas sean primero cristalizadas de manera que se puedan aplicar a ellas técnicas de difracción por rayos X, y no todas esas moléculas son cristalizables.

Ahora, un nuevo método desarrollado por el equipo internacional de Paola Cappellaro, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, podría llevar a una forma de producir imágenes de alta resolución de biomoléculas individuales sin necesidad de cristalización, y podría incluso permitir la ampliación visual de puntos concretos dentro de las moléculas. La técnica también podría aplicarse para visualizar otras clases de materiales, incluyendo algunos bidimensionales (o sea, con un solo átomo de grosor) y nanopartículas.

El método se sirve de un tipo de defecto en los cristales de diamante conocido como centro nitrógeno-vacante, un lugar en el cual uno de los átomos de carbono en el cristal ha sido reemplazado por un átomo de nitrógeno. Tales defectos, que pueden proporcionar a los diamantes un matiz rosáceo, hacen que el cristal sea extremadamente sensible ante cambios en los campos magnéticos y eléctricos, lo que convierte al centro nitrógeno-vacante en un detector eficiente para dichas variaciones. Cuando una molécula está cerca del cristal, los centros nitrógeno-vacante próximos a la superficie del cristal responderán a los espines nucleares dentro de esa molécula, y esta respuesta puede ser detectada.

 Sin embargo, estos sensores se han visto gravemente limitados por la tasa de muestreo de los pulsos de microondas utilizados para sondearlos. Ahora, el equipo de investigación ha encontrado que esta limitación puede ser superada usando un método que Cappellaro y sus colegas denominan “interpolación cuántica”, el cual mejora el poder resolutivo de tales sistemas en más de 100 veces.

Hasta ahora, los experimentos de demostración de la técnica han producido solo imágenes del espín nuclear asociado con el propio sensor, es decir, el centro nitrógeno-vacante dentro del cristal de diamante. El próximo paso, que Cappellaro dice debería estar a su alcance ahora que el principio en el que se basa la técnica ha sido validado, será intentar utilizar el método con biomoléculas reales.

Los biomorfos dan pistas sobre el origen de la vida en la Tierra

“La coprecipitación químicamente acoplada del carbonato y el sílice produce una serie de estructuras laminares, las cuales sufren un rizado de sus bordes de crecimiento. Los rizos se propagan a lo largo del borde de las láminas como olas de surf”, explica Juan Manuel García Ruiz, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias de la Tierra (centro mixto del CSIC y la Universidad de Granada), que hace tres décadas descubrió y puso nombre a estas estructuras.

Parecen conchas, caparazones, cáscaras, huesos o dientes, pero en realidad son estructuras cristalinas no biológicas, minerales que se obtienen en el laboratorio, que crecen en condiciones similares a las de las rocas que contienen los fósiles más antiguos de la Tierra. Se trata de los biomorfos, materiales de sílice y carbonato que son capaces de ensamblarse por sí mismos para crear simetrías, formas y texturas que recuerdan a las de los organismos vivos.

Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) (España) han logrado profundizar en los procesos químicos implicados en el crecimiento de estos nanocristales, “uno de los pocos casos de autoorganización química en materiales”. Los científicos, que publican hoy sus resultados en la revista Nature Communications, han demostrado experimentalmente por primera vez que la formación de estos biomorfos se autoalimenta por una oscilación del pH.

No hay bordes ni ángulos, sino superficies suavemente curvadas. Suelen ser indistinguibles de los biomateriales formados en organismos vivos. El proceso para obtenerlos consiste en la precipitación de bario o estroncio en entornos alcalinos ricos en sílice.

La morfología de estas estructuras, a pesar de ser inorgánicas, se asocia con las formas típicas de la vida. “Se habrían podido formar perfectamente en los primeros momentos de la historia de la Tierra, cuando la vida no había nacido o estaba empezando. También las condiciones en las que van creciendo estas estructuras son similares a las de las rocas que contienen las formas de vida más primitivas”, agrega el investigador del CSIC.

Según este cristalógrafo, los biomorfos presentan morfologías “completamente inusuales”, como espirales, cardioides o septos, “que están prohibidas por la simetría y ángulos de la estructura de los cristales”. Por tanto, no solo enseñan a comprender mejor la formación de conchas y biominerales, sino que, sobre todo, abren la puerta para la fabricación de materiales que imiten formas vivas y sean capaces de ensamblarse por sí mismos.

“Los biomorfos de sílice y carbonato plantean un fascinante problema sobre la convergencia morfológica entre el mundo mineral y el mundo biológico y sobre la posibilidad de crear en el laboratorio estructuras autoensambladas que imiten, por ejemplo, esqueletos”, agrega García Ruiz.

La demostración experimental del crecimiento que describe este nuevo estudio ha sido posible gracias a una técnica microscópica puntera, que usa marcadores fluorescentes, con la colaboración de investigadores de la Universidad de Bolonia (Italia). “Era un reto formidable que se resistía a los laboratorios que lo estaban intentando”, concluye el científico del CSIC. (Fuente: Alda Ólafsson-CSIC/DICYT)

Objetivo: transformar el CO2 en gasolina, plásticos y otros productos de interés industrial

Dos de los mayores retos de la sociedad actual se basan en reducir la enorme dependencia de las fuentes fósiles y los problemas asociados al cambio climático por la excesiva emisión de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera.

Para responder a estos retos, investigadores del Instituto de Tecnología Química, centro mixto de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en España, proponen reciclar el dióxido de carbono y transformarlo, en último término, en gasolina, plásticos y otros productos de interés para nuestra sociedad. El proyecto se llevará a cabo durante los próximos tres años, con la financiación de la Fundación Ramón Areces.

“Nuestro objetivo es revalorizar un subproducto como es el CO2, y para ello, nos centraremos en intentar transformarlo de la manera más eficiente posible a metanol, como plataforma para poder obtener hidrocarburos sintéticos y otros productos químicos de alto valor, tales como olefinas ligeras.” apunta Manuel Moliner, científico titular del CSIC en el Instituto de Tecnología Química e investigador principal del proyecto.

“De esta manera –añade Moliner–, podríamos reducir la excesiva dependencia actual de las fuentes no renovables y contribuir también a disminuir la huella medioambiental del carbono que incide, entre otras cosas, en el cambio climático”.

Los investigadores del ITQ trabajarán en nuevos materiales eficientes de naturaleza zeolítica que permitan de manera eficiente la captura y separación de dióxido de carbono. Igualmente, en el marco del proyecto, se desarrollarán nuevos catalizadores heterogéneos multifuncionales para la transformación del dióxido de carbono en los productos finales deseados, bien sean hidrocarburos o precursores de plásticos, entre otros.

La principal novedad del proyecto reside en el diseño de materiales altamente estructurados, que permita posicionar de manera preferente los centros activos en espacios confinados, de manera que mejore no sólo la actividad y selectividad de los procesos químicos, sino también la estabilidad de dichos materiales en las condiciones severas de reacción requeridas para llevar a cabo las transformaciones de CO2. Según destaca Manuel Moliner, este tipo de materiales podría presentar una estabilidad mayor que muchos de los catalizadores industriales actuales.

“Haremos especial énfasis en optimizar el confinamiento químico de los catalizadores, con el doble fin de, por un lado, aumentar la estabilidad frente a la desactivación cuando la reacción se lleva a cabo bajo condiciones severas y, por otro lado, permitir llevar a cabo las reacciones de manera más eficiente, como, por ejemplo, en condiciones de reacción mucho más suaves. En este sentido, un objetivo a largo plazo sería el desarrollo de catalizadores que permitan realizar estos procesos químicos a presión atmosférica”, explica Manuel Moliner.

La posibilidad de optimizar las condiciones de reacción requeridas en los procesos químicos involucrados en la transformación del CO2, así como la posibilidad de regenerar más fácilmente los catalizadores diseñados, tendrían un impacto inmediato en la industria química.

Junto a Manuel Moliner, trabajarán en el proyecto los investigadores Susana Valencia, Cristina Martínez y Joaquín Martínez. (Fuente: UPV)

Predicen por primera vez el olor de las moléculas

Los científicos se afanan por comprender cómo funciona el cerebro cuando percibe los olores. El sentido del olfato es uno de los menos comprendidos y también el menos predecible. Un determinado tono o color se puede adivinar por la la frecuencia del sonido o la longitud de onda de la luz, pero no podemos saber a priori cómo va a oler una molécula de acuerdo a las características de su estructura química.

Es un reto muy complicado. Por ejemplo hay moléculas con estructuras muy similares que los humanos pueden distinguir perfectamente con distintos aromas. Otras, sin embargo, pueden ofrecer olores idénticos a pesar de tener estructuras químicas muy dispares entre sí.

Ahora un estudio ha mostrado por primera vez como un grupo de científicos logra predecir con exactitud el aroma de una molécula dada su estructura. Los resultados se han publicado en el último número de la revista Science.

La investigación la han llevado a cabo un grupo internacional formado por científicos de instituciones de todo el mundo denominado DREAM Olfaction Prediction Challenge, coordinado por Pablo Meyer Rojas, del Centro de Biología Computacional de IBM en Yorktown Heights, de Nueva York (EE UU) y que cuenta con el apoyo de IBM desde hace diez años.

Para realizar el estudio y comprender que características moleculares influyen en el olor, los investigadores de la Rockefeller University de Nueva York, Andreas Keller y Leslie Vosshall, tomaron los datos aportados por 49 individuos tras oler 476 moléculas, distintas a nivel estructural. Después, esos individuos tuvieron que clasificar las moléculas en función de 21 características diferentes.

“Las moléculas provienen tanto de extractos naturales como de productos sintéticos, y fueron escogidas de manera que representasen a una gran variedad de olores y estructuras moleculares”, explica a Sinc Pablo Meyer Rojas.

Para realizar el estudio se han utilizado modelos por parte de las distintas instituciones que formaban parte del proyecto DREAM. Un total de 22 grupos participaron en el concurso, entre ellos, un equipo español liderado por José Villar de la Universidad del País Vasco. Los equipos competían entre sí para crear los modelos más precisos mediante algoritmos que predecían la relación entre las cualidades de cada olor y las moléculas propuestas, a partir de los datos obtenidos por Keller y Vosshall.

Sin estos modelos, realizar las predicciones en determinados aromas sería mucho más costoso al requerir cientos de características. Con los modelos se han podido predecir con éxito algunos olores con un grupo muy reducido de características o con solo una, en el caso de olores tan potentes como el del pescado.

Los siete productos o atributos que mejor predecían los modelos fueron el ajo, la fruta, las especias, la intensidad del olor, sabor agradable y si olía dulce o 'a quemado'.

Según los autores, los resultados generados a partir del desafío DREAM permitirán predecir las cualidades del aroma de una molécula determinada y también crear moléculas que proporcionen cualquier sabor y olor que los humanos son capaces de sentir.

Además del impacto que puede tener para el estudio del sentido del olfato, la posibilidad de poder crear olores concretos y personalizados puede tener varias aplicaciones en industrias como la del perfume o la alimentaria.

“Hasta ahora los olores que se usan en la industria alimenticia, de productos de limpieza y perfumes se escogen gracias al conocimiento de un especialista o simplemente probando cientos de olores con decenas de personas. Creemos que nuestro resultado es un primer paso hacia la simplificación y el abaratamiento de estos procedimientos”, apunta Meyer Rojas. (Fuente: SINC)