Una bacteria rediseñada genéticamente logra degradar residuos tóxicos procedentes de explosivos

Unos científicos han conseguido que una versión modificada de la bacteria Pseudomonas putida utilice el 2,4-dinitrotolueno (DNT), un compuesto químico típico de la producción de TNT y otros explosivos, como nutriente y única fuente de energía, degradando así esta peligrosa sustancia.

El logro es obra de un equipo del Centro Nacional de Biotecnología (CNB), dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España.

El equipo ha conseguido por vez primera reprogramar la bacteria Pseudomonas putida para que degrade el DNT. Tras un año de experimentos, los resultados han permitido profundizar en la evolución adaptativa que permite a este microorganismo crecer a partir del DNT como única fuente de carbono y nitrógeno.

El trabajo de investigación y desarrollo liderado por Víctor de Lorenzo, investigador del CNB, ha incluido cambios, en más de 50 genes, que permiten el crecimiento de la bacteria a partir de la asimilación del compuesto tóxico DNT. Estos cambios genéticos están implicados en procesos celulares como la respuesta al estrés químico o los sistemas de reparación del ADN y revelan que la P. putida necesita realizar ajustes genéticos finos para activar la maquinaria celular que le permite tolerar los productos intermediarios tóxicos que se producen antes de la degradación completa del DNT.

“Nuestro método ha consistido en ir sometiendo a la bacteria Pseudomonas putida, modificada con genes de degradación de DNT, a dosis subletales de este compuesto. La idea era que inicialmente no lo necesitara como fuente de alimentación, sino que solo tuviera que sobrevivir en su presencia”, destaca David Rodríguez-Espeso, investigador del CNB.

Posteriormente, el equipo sometió a la bacteria a un cultivo caracterizado por la presencia de DNT en un entorno cada vez más carente de nutrientes. El objetivo era fomentar la aparición de mutaciones que no solo tolerasen la toxicidad del compuesto químico, sino que forzasen a la bacteria a emplearlo como fuente de energía y nutrientes. “Al cabo de un año de cultivo, hemos conseguido que la bacteria consiga asimilar el DNT como única fuente nutritiva, y no necesite otros compuestos como fuente de nitrógeno o carbono. Con esto se consigue la eliminación completa del DNT y de los productos intermedios que se forman en los procesos enzimáticos de su degradación, dando lugar a subproductos inocuos como biomasa celular, dióxido de carbono y agua”, añade Rodríguez-Espeso.

Estos resultados apuntan a la capacidad de la biología sintética para crear microorganismos con potencial para descontaminar ecosistemas afectados por residuos explosivos, como es el caso de muchos suelos en escenarios postconflicto con contaminación derivada de la actividad bélica.

Cultivos de subpoblaciones de P. putida: Los colores indican la presencia de los diferentes productos de degradación bioquímicos del DNT. (Foto: David Rodríguez / CNB / CSIC)

Un largo camino para una degradación eficaz

El DNT es un compuesto sintético que solo se puede obtener mediante la síntesis o fabricación artificial a partir del tolueno, un hidrocarburo utilizado en la industria como disolvente. Se trata de un compuesto tóxico, acumulable y persistente en los campos de batalla debido a su utilización para producir explosivos militares como el Trinitotolueno (TNT).

En la naturaleza, apenas unos pocos organismos (principalmente bacterias del género Burkholderia y Pseudomonas) han desarrollado un sistema capaz de degradar el DNT y crecer en suelos contaminados con este compuesto. Aunque distintos grupos de investigación han intentado con anterioridad mejorar esta capacidad, ninguno había conseguido la eficacia alcanzada en esta ocasión.

Las investigaciones previas permitieron conocer el sistema genético de las bacterias Burkholderia, “pero no habían podido encontrar una bacteria que pudiera comportarse de la misma manera, es decir, que utilizara el DNT como fuente única de carbono y nitrógeno”, detalla De Lorenzo. El equipo del CNB se propuso entonces averiguar el motivo: ¿qué hacía que las bacterias, a pesar de tener los genes necesarios para degradar el DNT, no consiguieran crecer en su presencia?

Tras un año de trabajo, el estudio del CNB ha logrado diseñar un método para que la bacteria P. putida no solo logre sobrevivir en un entorno contaminado por DNT, sino que crezca en su presencia, permitiendo la eliminación completa del DNT en condiciones de laboratorio. “Este trabajo consigue dar respuesta a por qué no han funcionado los intentos previos de utilizar este sistema. No había un camino fácil, sino un problema más complejo, que solo la utilización de una metodología más reposada, que no daba resultados a corto plazo, ha conseguido descifrar”, concluyen los investigadores.

El estudio se titula “Synthetically primed growth of Pseudomonas putida on 2,4-dinitrotoluene as sole carbon and nitrogen source”. Y se ha publicado en la revista académica Metabolic Engineering. (Fuente: CNB / CSIC)