Producción y caracterización de ectoína por Marinococcus sp. ECT1 aislado de un entorno de alta salinidad.

Seguramente, querido lector, al leer el título de esta entrada se encuentre en la misma situación que antes de hacerlo ¿Qué o quién es Marinococcus sp.ECT1? y ¿qué es la ectoína? Son preguntas que habrán rondado su cabeza. No se preocupe, vamos a responderlas punto por punto y, quizá, incluso consigamos que comprenda el proceso experimental que hay detrás de ellas. Vamos allá.

Salar de Uyuni, medio similar al de Marinococcus ECT1.
Cortesía de TravellersBook.net

   Marinococcus sp. ECT1 es una bacteria, del tipo coco (forma más o menos esférica), descubierta por investigadores taiwaneses en un campo de sal de la isla de Taiwan. Por vivir en esas condiciones tan  salobres esta bacteria, al igual que muchas otras de su entorno, necesita desarrollar un mecanismo de defensa para adaptarse al estrés osmótico en entornos hiperosmóticos, pero ¿qué significa esto realmente? En algún momento de su vida le habrán dicho que no debe beber agua del mar, porque eso le produciría, paradójicamente, una pérdida de líquidos. Dicho de otra forma, hablamos de efectos osmóticos. Ya saben, el paso de disolvente de la cavidad menos concentrada a la más concentrada por una membrana para igualar las concentraciones; y esto es exactamente lo que la mencionada Marinococcus sp. ECT1 necesita evitar. Imagínese, vivir en medio de un desierto de sal no debe ser muy favorable en cuanto a pérdida de agua se refiere. ¿Cómo evitan, por tanto, este fenómeno? Con los llamados solutos compatibles: compuestos que las células, en este caso las bacterias, acumulan en su interior para evitar el paso de fluido a un medio más concentrado. Y aquí es donde entra en juego la ectoína, un compuesto que podrán encontrar en los protectores solares que pronto empezarán a usar. El interés por tanto radica en que una bactería que vive en un medio tan extremo, osmóticamente hablando, como puede ser Marinococcus sp. ECT1 podría llegar a ser una gran productora de ectoína con una buena aplicación en la producción industrial. Y en esto se basa el experimento precisamente: en obtener las condiciones de laboratorio óptimas en las que obtener una producción de ectoína máxima y compararla con otras producciones ya conocidas para valorar su posible uso industrial.

    Partiendo de la cepa ECT1 se procedió a su cultivo añadiendo células a un Erlenmeyer que para producir una fermentación (producción de ectoína) líquida. Dicho Erlenmeyer contenía un medio de cultivo conocido como YCMS, a saber: medio salino con extracto de aminoácidos de levadura. Se escogió este medio tras compararlo con otros disponibles (caldo de lisogenia, principalmente) y certificar un mayor rendimiento en cuanto a crecimiento bacteriano y, por tanto, de producción de producto de interés. Pero no solo del medio inicial de cultivo depende el correcto crecimiento bacteriano. Diversos factores fueron estudiados con el objetivo de determinar las condiciones ideales para la producción de ectoína, entre ellos: temperatura, pH, velocidad de agitación del cultivo, concentración de sal, diferentes fuentes de carbono y nitrógeno, alimento imprescindible para las bacterias; y la concentración de extracto de levaduras. La mayoría de estos análisis se llevaron a cabo mediante prueba y error. Tras establecer unas condiciones de crecimiento y dejar a las bacterias crecer se determinó la concentración celular, siendo el último paso la purificación de la ectoína producida y el análisis de esta para certificar su pureza y calidad.

Análisis para medir la influencia
de la temperatura en la producción de ectoína.
Yu-Hon Wie et al.

Influencia de la concentración de extracto de levadura
en la producción de ectoína.
Yu-Hon Wie et al.

    La purificación se llevó a cabo con un primer proceso de centrifugación del cultivo, separando así las células del medio de cultivo. La parte sólida que queda de la centrifugación, se mezcló con etanol, cloroformo y agua en proporción 1:1:1 para, posteriormente, centrifugar esta disolución. Se dejó secar en un horno a 100º C, se volvió a disolver en etanol y se filtró a través de un filtro compuesto por carbón activado. Este carbón activado se separa del etanol hirviéndolo. El extracto final se seca a 100º para eliminar el etanol remanente, obteniendo así ectoína purificada.

  Una vez obtenida la ectoína era necesario realizar un análisis para determinar su estructura química y así poder confirmar que Marinococcus sp. ECT1 es productora de una ectoína que cumple las expectativas deseadas para el producto. Partiendo de una ectoína suministrada por Sigma-Aldrich, se utilizó esta como muestra patrón que marcaría los estándares a alcanzar por la ectoína de Marinococcus sp. ECT1. El análisis se realizó con pruebas como la resonancia magnética nuclear y la espectrometría de masas. Ambas pruebas demostraron que el compuesto sintetizado responde a los estándares de la ectoina, permitiendo conocer también que la ectoina procedente de Marinococcus sp. ECT1 puede contener sales de cloro y demostrando pues, que es una nueva cepa con la que producir ectoína.

Resultado del análisis de resonancia magnética nuclear para ectoína sintetizada por Marinococcus sp. ECT1.
Yu-Hon Wie et al.

   Marinococcus sp ECT1 tuvo un rendimiento en la producción de ectoína igual, o superior, que otros géneros de bacteria utilizados para la producción por lo que sí resultó ser viable para su explotación industrial. Además, el estudio muestra, por primera vez, que Marinococcus sp. ECT1 puede sintetizar ectoina y que la bacteria crece y sintetiza ectoína cuando crece en un medio salino, siendo la tasa de producción la máxima cuando el medio se encuentra en las siguientes condiciones:

Concentración de NaCL: 2M ; 442 mg/L de ectoina como producción máxima.

Fuente de carbono: 40 g/L de extracto de levadura (YE); nivel de producción máxima 2.5 g/L

Tipo de cultivo: cultivo en batch.

Temperatura: 30ºC

pH = 7

Grado de agitación: 200 rpm

   Estas condiciones y resultados son específicas del trabajo de laboratorio y están lejos de tener un una aplicación directa a nivel industrial, por lo que el objetivo actual es desarrollar una estrategia de fermentación para la producción de ectoina que sea práctica para su uso industrial.

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA:

Yu-Hong Wei, Fang-Wei Yuan, Wei-Chuan Chen, and Shan-Yu Chen. Production and characterization of ectoine by Marinococcus sp. ECT1 isolated from a high-salinity environment. Journal of Bioscience and BioengineeringVOL. 111 No. 3, 336–342, 2011

ENTRADA REALIZADA POR:

Yeray López Aniorte
Marina Terol González
Jorge Ruiz Ramírez
José Marcos Berna Belmonte
María Elizabeth Salvador Mira