Investigación farmacéutica Las bacterias de las turberas podrían dar lugar a nuevos medicamentos

Los investigadores farmacéuticos suelen utilizar la naturaleza como modelo para el desarrollo de nuevos principios activos. Un grupo internacional de investigadores ha analizado ahora el genoma de las bacterias de las turberas para comprender mejor cuándo se inician determinados procesos de síntesis de sustancias naturales.

Muchos de los medicamentos más importantes —sobre todo los antibióticos— se basan en sustancias que producen las bacterias en la naturaleza. Los microorganismos utilizan estas moléculas activas como armas bioquímicas contra sus competidores o para fijar con ellas los nutrientes del entorno. Un nuevo estudio realizado por un equipo de investigación del Clúster de Excelencia «Balance of the Microverse» de la Universidad Friedrich-Schiller de Jena (FSU), en el que participan la Universidad Heinrich-Heine de Düsseldorf (HHU), la Universidad de Delaware y el Centro Alemán de Investigación Integrativa sobre Biodiversidad (iDiv) de Halle-Jena-Leipzig. Los investigadores analizaron minuciosamente el genoma de bacterias procedentes de una turbera, tal y como relatan en una publicación reciente. Para su análisis, los investigadores estudiaron muestras de turba de la turbera de Schlöppnerbrunnen, situada en la cordillera bávara de Fichtelgebirge. Mediante secuenciación de alto rendimiento y la denominada metagenómica —que consiste en analizar el genoma de toda una comunidad biológica directamente a partir de una muestra ambiental—, descifraron el genoma de los microbios de esa zona.

Se han descubierto numerosos grupos de genes hasta ahora desconocidos

Tras descartar los fragmentos incompletos, los investigadores encontraron algo más de 8.000 de los denominados «clústeres génicos biosintéticos»: secuencias de ADN que codifican la maquinaria necesaria para la síntesis de compuestos biológicamente activos. Lo que sorprendió a los investigadores fue que alrededor del 97 % de ellos no se podía clasificar en ninguna familia de clústeres genéticos conocida hasta la fecha. Constituyen un panorama bioquímico aún sin cartografiar. 

Incluso una pequeña turbera alberga una asombrosa variedad de estructuras químicas naturales. Muchas de ellas proceden de microorganismos que, hasta ahora, nos ha resultado muy difícil estudiar en el laboratorio.

Autor principal: Dr. Zander Human, Universidad Friedrich Schiller de Jena

Sin embargo, la presencia de un plano de construcción en el genoma no significa automáticamente que la sustancia correspondiente se produzca realmente en la naturaleza. Por ello, los autores del estudio fueron un paso más allá y analizaron el denominado ARN mensajero (ARNm) para identificar los genes que se utilizaban activamente en la turbera. Su sorprendente resultado: solo entre el 9 % y el 27 % de los grupos de genes detectados estaban realmente activos. Por el contrario, los grupos de bacterias que presentaban un gran potencial genético para producir sustancias naturales —algunos con más de 20 secuencias genéticas diferentes en el genoma— solo mostraban una actividad metabólica limitada en la turbera. 

En cambio, predominaban las denominadas acidobacterias: aunque cuentan con repertorios genéticos relativamente más reducidos, más de dos tercios de las señales genéticas medidas procedían de ellas. Además, los datos muestran un patrón claro: las acidobacterias activaban los genes con los que producen sustancias naturales, sobre todo cuando, al mismo tiempo, utilizaban enzimas para descomponer restos vegetales complejos. Por lo tanto, ambos procesos parecen estar directamente relacionados entre sí.

¿En qué condiciones se activan los genes?

«El número de planos de construcción por sí solo revela muy poco sobre lo que un microorganismo hace realmente en su hábitat. También debemos comprender en qué condiciones activa esos genes», subraya el autor correspondiente, el Dr. Carl-Eric Wegner, de la FSU y la HHU, quien fue uno de los directores del estudio. Dirigió un subproyecto asociado al clúster de excelencia «Balance of the Microverse». El clúster, con sede en Jena, investiga cómo interactúan entre sí las comunidades microbianas y cómo mantienen así el equilibrio en ecosistemas complejos. Wegner continuó su trabajo sobre este tema tras trasladarse a Düsseldorf.

«Las turberas son hábitats dinámicos con marcados gradientes ambientales, por ejemplo, en cuanto al contenido de oxígeno o a los nutrientes disponibles. Nuestro estudio demuestra de forma contundente que la producción de sustancias naturales no se produce de forma aislada, sino que está estrechamente vinculada al equilibrio fisiológico y a los ciclos de los nutrientes de los microbios», explica la profesora Kirsten Küsel, de la FSU, coautora del estudio y portavoz del clúster de excelencia.

El número de clústeres de genes biosintéticos no es el único factor decisivo

El estudio aporta conocimientos importantes para la biotecnología farmacéutica en la búsqueda específica de futuros fármacos. Hasta ahora, la investigación sobre sustancias naturales se había centrado principalmente en el cribado genómico de grupos bacterianos conocidos, como las actinobacterias o las pseudomonas, que albergan un gran número de clústeres de genes biosintéticos en su genoma. El Dr. Zander Human, de la FSU, autor principal del estudio, afirma: «Se ha demostrado que no basta con buscar únicamente los genomas que contienen más planos de construcción. Lo decisivo es, más bien, en qué condiciones ecológicas los microbios abren su “caja de herramientas genética”. Así, grupos hasta ahora descuidados, como las acidobacterias, pasan a ocupar un lugar central en la investigación sobre sustancias naturales».

Carl-Eric Wegner: «Sin embargo, estos productores supuestamente dotados de talento suelen permanecer en silencio en su entorno natural. En la práctica, esto significa que, para poder activar los clústeres génicos inactivos en el laboratorio, debemos imitar de forma específica los estímulos ecológicos adecuados de su hábitat natural, por ejemplo, añadiendo fibras vegetales complejas o estímulos nutricionales específicos. Además, los grupos de cepas hasta ahora en su mayoría descuidados y difíciles de cultivar, como las acidobacterias, podrían abrir el camino hacia clases de moléculas completamente nuevas que, en el futuro, podrían servir, por ejemplo, en la lucha contra gérmenes resistentes o enfermedades inflamatorias graves».

Publicación original: Zander Rainier Human, Rene Hoover, Clara Chan, Kirsten Küsel y Carl-Eric Wegner. Gran diversidad, pero expresión limitada, de los grupos de genes biosintéticos en una comunidad microbiana de una turbera. Nature Communications 17:10529 (2026)