El perfil bueno de ‘E. coli’, la bacteria que ha ayudado a ganar (al menos) doce premios Nobel

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Yersain Ely Keller de la Rosa, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y Kevin Navarrete, Czech Academy of Sciences

No importa si usted está leyendo este artículo en la pantalla de un celular o en un papel. Sobre la superficie hay millones de bacterias. Esto no es algo raro: también se encuentran en los hospitales, en el aire, en la comida y hasta dentro de nuestros cuerpos.

Las bacterias son la forma viviente más diversa y antigua de nuestro planeta, por lo que desempeñan un papel sumamente importante en nuestras vidas. Pero ojo, no debemos alarmarnos: la gran mayoría de estos microorganismos no tienen la capacidad de infectarnos. De hecho, algunas son necesarias para el correcto funcionamiento de nuestro cuerpo. Y además, ciertas especies se utilizan en la producción de compuestos de interés humano y en la investigación.

Razones de su mala fama

En este artículo hablaremos de Escherichia coli, una bacteria que encontramos en nuestro tracto intestinal sano y nos acompaña casi desde nuestro nacimiento. Sin embargo, cuando oímos hablar sobre ella, la mayoría de las veces su nombre se asocia a algún brote o a casos de infección. Esto se debe a que algunas variantes han adquirido atributos específicos de virulencia.

Si ha consumido carne poco cocinada, vegetales crudos o leche sin pasteurizar y después ha experimentado dolor estomacal, diarrea y vómito, muy probablemente haya sido víctima de una infección ocasionada por las variantes patógenas de E. coli. Algunas pueden ser muy peligrosas: por ejemplo, se estima que causaron 850 000 muertes en 2019.

Pero la patogenicidad no es la regla: la gran mayoría de las variantes de E. coli son inofensivas e incluso beneficiosas, pues sintetizan vitamina K en nuestros intestinos y lo mantienen protegido de otras bacterias patógenas.

Más allá de estos servicios brindados por E. coli, en los laboratorios se ha hecho un lugar como organismo modelo entre los científicos. Las investigaciones con esta bacteria no han pasado desapercibidas, ya que han ganado al menos doce premios Nobel.

¿Qué la vuelve tan especial en el laboratorio?

En 1885, el microbiólogo alemán Theodor Escherich (1857-1911) aisló del intestino de un niño una bacteria de rápido crecimiento a la que nombró Bacterium coli commune (“bacteria común del colon”). En 1919, fue renombrada como Escherichia coli en honor a su descubridor.

Hoy en día, prácticamente la totalidad de los laboratorios en el mundo utilizan a E. coli en sus investigaciones gracias a la facilidad con que se cultiva, a su susceptibilidad para ser modificada genéticamente y a su rápido crecimiento (en solo 40 minutos, E. coli produce dos generaciones). En la actualidad existen muchísimas herramientas moleculares para trabajar con ella.

E. coli es el organismo más estudiado y mejor comprendido del planeta; con su ayuda hemos entendido algunas de las bases de la vida. Una de las más importantes fue descubrir que los genes están compuestos de ADN y que dicha molécula porta la información genética con las instrucciones de lo que somos.

Con posterioridad, este hallazgo permitió describir, analizar y emplear químicamente al ADN para producir “ADN recombinante”, es decir, la fusión del material genético proveniente de dos o más especies.

Cincuenta años de ADN recombinante

La tecnología del ADN recombinante parece algo salido de una película de ciencia ficción, pero lleva ya medio siglo con nosotros. En 1973, investigadores de las universidades de Stanford y Carolina, en San Francisco, obtuvieron la primera molécula de este tipo. Hoy en día se utiliza con toda normalidad en los laboratorios, lo que ha abierto un nuevo panorama para solucionar los problemas de salud humana.

Esta técnica permite tomar un fragmento de ADN de un organismo (por ejemplo, un gen), empalmarlo con otra molécula de ADN que le dé estabilidad y transferirlo a un organismo diferente (en sus inicios se utilizó E. coli). Así se logran generar millones de copias del fragmento original.

Un ejemplo práctico de esta técnica lo encontramos en 1978, cuando el gen que codifica la insulina humana fue introducido a E. coli para producir grandes cantidades de dicha proteína. Cuatro años más tarde, la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos) la aprobó para uso en personas.

Este método fue mucho más rentable que obtener la insulina de animales: para producir una libra (unos 0,4 kilos) de ese compuesto biológico eran necesarias aproximadamente cuatro toneladas de páncreas de cerdo. Además, la insulina recombinante producida en E. coli evitó las reacciones alérgicas que causaba la de origen animal.

Con el tiempo, otros productos terapéuticos como la hormona de crecimiento, la eritropoyetina, los factores de coagulación y el interferón β humano fueron obtenidos en E. coli.

En la actualidad existen más sistemas de expresión de proteínas terapéuticas, como las células de mamíferos. Sin embargo, E. coli sigue siendo un organismo importante para la industria farmacéutica. En el periodo de junio de 2018 a junio de 2022 se aprobaron 36 productos expresados en E. coli para su uso en humanos; entre ellos, fármacos biosimilares para el tratamiento de osteoporosis y análogos de la insulina. Además, también se elaboran tratamientos para enfermedades menos comunes como el melanoma uveal (un tipo de cáncer de ojo).

Por si esto fuera poco, E. coli también es fundamental en la producción de vacunas. Por ejemplo, contra la Neisseria meningitidis del serogrupo B (causante de la enfermedad meningocócica) o en los pasos iniciales de las distintas inmunizaciones contra la covid-19.

Y el empleo de nuestra protagonista va más allá de los productos terapéuticos: con ella se produce el colorante índigo de los pantalones de mezclilla y aminoácidos empleados en suplementos alimenticios. También se ha estudiado el escalamiento industrial de la producción de biocombustibles.

No es simple, solo pequeña

Algunos avances científicos han estado acompañados de incertidumbre, como cuando se cuestionó su seguridad y regulación del ADN recombinante. Esto provocó la reunión de científicos para discutir las formas adecuadas de tratar los riesgos potenciales.

Cincuenta años más tarde, esta técnica ha permitido salvar millones de vidas. Pero las dudas continúan con la tecnología de edición genética CRISPR o con la producción de las nuevas vacunas de ARN mensajero. Es importante hacer énfasis que estos avances son producto de investigaciones rigurosas en las que también se empleó E. coli.

Vive en su intestino, ha revolucionado el mundo de las ciencias biológicas y solo mide 1 µm (500 ejemplares de E. coli ocuparían el diámetro del punto final de esta oración). No cabe duda, como escribió Antoine de Saint-Exupéry, que “lo esencial es invisible a los ojos”.

Yersain Ely Keller de la Rosa, Maestro en Ciencias Bioquímicas, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y Kevin Navarrete, Investigador en el laboratorio de Biología Molecular de bacterias patógenas, Instituto de Microbiología, Praga, Czech Academy of Sciences

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.