Modificar genéticamente un tipo de levadura ayudaría a tener una opción de endulzante para personas con diabetes. Fotos: Margareth Andrea Patiño Lagos, doctora en Biotecnología de la UNAL.
Si la producción de xilitol (azúcar de abedul) se mejora por medio de la levadura –un hongo que suele utilizarse en la elaboración de panes, cerveza y vino–, también se podría emplear como edulcorante en chicles, caramelos o galletas para personas con diabetes, gracias a su bajo índice glucémico y calórico, disminuyendo incluso la aparición de caries. La solución estaría en una cepa encontrada en Puerto López (Meta) que, mejorada genéticamente y a través del silenciamiento de un gen, potenciaría la producción industrial de este azúcar.
Aunque la levadura Saccharomyces cerevisiae es un hongo unicelular que fermenta muy bien azúcares como la glucosa, no ocurre lo mismo con azúcares como la xilosa, pero la cepa colombiana estudiada mostró una capacidad innata de usar xilosa, con la cual se puede producir un alimento rico en nutrientes para el ser humano.
En Colombia la levadura es un ingrediente fundamental para industrias como la panadera, que en 2018 alcanzó los 3 billones de pesos anuales, generando 400.000 empleos directos y 800.000 indirectos, según el Instituto Colombiano de Panadería y Pastelería. Por otro lado, también son notorias las cifras de Cuenta de Alto Costo, las cuales indican que 3 de cada 100 colombianos tiene diabetes, y solo en 2021 se presentaron más de 1,4 millones de casos en el país.
Teniendo esto en cuenta, y con un gran interés por seguir aportando a la disminución del problema con soluciones desde la ciencia, la doctora en Biotecnología Margareth Andrea Patiño Lagos, investigadora del grupo de Procesos Químicos y Bioquímicos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), analizó diversas cepas de levadura en busca de una que pudiera consumir más xilosa, azúcar clave en la producción de biocombustibles como el etanol, pero también en la producción de xilitol, endulzante alternativo.
Durante años de investigación el grupo aisló alrededor de 185 cepas de interés, pero S. cerevisiae se robó el protagonismo, pues es distinta a las demás, ya que puede consumir xilosa, un descubrimiento que sorprendió a los expertos, pues esto no es lo normal en este tipo de levaduras.
Gracias a esta capacidad de la cepa, la investigadora Patiño se preguntó si a partir de la xilosa era posible producir etanol, pues a partir de glucosa es excelente produciendo este biocombustible, muy atractivo para la industria automotriz en épocas recientes, ya que disminuye el impacto ambiental de la gasolina o el diésel.
Sin embargo su producción fue inferior al 2 %, lo cual dirigió la investigación en otro producto útil, esta vez para la industria alimenticia y farmacéutica: el xilitol, compuesto del metabolismo de la xilosa y que permitió que esta cepa fuera todavía más importante para estudiarla.
Varios ensayos y combinación de técnicas
La levadura se colectó de una destilería de azúcar en Puerto López y se almacenó en un banco de cepas del Instituto de Biotecnología de la UNAL. La investigadora la identificó una y otra vez para estar segura de que entre las S. cerevisiae de la colección esta era la que consumía el azúcar, y luego la sometió a diferentes ensayos para caracterizar sus perfiles metabólicos tanto en glucosa como en xilosa y otras mezclas de azúcares.
Utilizando cromatografía líquida de alta eficiencia se cuantificaron las concentraciones del azúcar xilosa consumidas y la producción de xilitol, y se pensó que este último aspecto se podría mejorar. Aquí es donde aparece la ingeniería genética, una técnica sin precedentes, pues permite silenciar uno o más genes, y en este caso era la clave para que la cifra aumentara.
Realizar el silenciamiento del gen de interés podría hacer que otros genes se expresaran y que así la levadura tuviera una “boca” más grande para comer azúcar, permitiendo que la cepa “ingiera” más cantidad de xilosa y tenga una gran capacidad para producir el edulcorante de interés.
Así se aumentó la producción de xilitol a más de 1 gramo por litro de xilitol, un número bastante bueno, pero con el que la investigadora no estaba satisfecha; por eso, añadió una técnica más: la ingeniería evolutiva, una estrategia que promueve la inducción de mutaciones en las cepas por presión selectiva potenciando en este caso los resultados obtenidos por el método genético. En este caso llegó a producir 4.876 g/L del endulzante, y aumentó en 28 % el consumo del azúcar.
“La investigación busca generar un beneficio para las personas, una nueva opción que impacte de manera positiva su salud, con cepas que tengan el mejor desempeño posible en el laboratorio y luego sean usadas como fábricas celulares en la industria alimenticia”, indica la doctora en Biotecnología.
