Diseñando un consorcio microbiano

Las personas, animales o insectos no son los únicos que viven en comunidades, los microorganismos también lo hacen. Cuando varias especies de microorganismos adoptan este estilo de vida de manera natural, se les conoce como comunidades o consorcios microbianos. Estos consorcios se basan en las interacciones simbióticas o antagónicas entre bacterias, hongos o microalgas, las cuales definen su dinámica y funcionalidad. Los consorcios son esenciales para el equilibrio de los ecosistemas y la vida humana, ya que realizan tareas como la descomposición de la basura, la descontaminación de ríos y océanos, la movilización de nutrientes en el suelo, e incluso algunos mantienen en equilibrio nuestro sistema digestivo.

El uso de consorcios naturales en aplicaciones biotecnológicas para sectores como la agricultura, la industria láctea, la producción de biofertilizantes, la biorremediación y algunos tratamientos médicos, ha enfrentado limitaciones. Esto, entre otras cosas, por la dificultad de replicar en el laboratorio las condiciones en las cuales se encuentran en la naturaleza.

Al extraer un consorcio bacteriano de su entorno, se cambia la diversidad de sus miembros y, consecuentemente, su potencial uso biotecnológico. Esta limitación se puede superar ensamblando consorcios en el laboratorio. Para diseñarlo, los investigadores deben evaluar su respuesta al objetivo deseado, seleccionar cuidadosamente sus miembros, caracterizarlos y escalar su aplicación. Un ejemplo de ello son los consorcios diseñados en nuestro laboratorio para descontaminar el océano en caso de derrames de petróleo. 

Se han descrito tres tipos de enfoques en el diseño de consorcios microbianos: el “de arriba hacia abajo”, el “de abajo hacia arriba” y el “intermedio”. El enfoque “de arriba hacia abajo” es el más común y consiste en cultivar un consorcio natural en condiciones de laboratorio, evaluar su potencial uso biotecnológico y ajustar parámetros de cultivo, como la acidez (pH), la temperatura, la agitación del medio de cultivo, el alimento, entre otros. En lugar de utilizar un consorcio natural, este enfoque también puede mezclar diferentes especies de hongos, bacterias o microalgas para encontrar la combinación óptima que se adapte a la finalidad del diseño. Algunos investigadores han optado por herramientas estadísticas para reducir el número de combinaciones y analizar de forma matemática la respuesta a la aplicación deseada.

El enfoque “de abajo hacia arriba” implica un mayor conocimiento de los microorganismos los científicos deben emplear información sobre las vías metabólicas, los genomas de los microbios y evidencias experimentales sobre sus maneras de crecer y las moléculas que producen. Este enfoque permite la selección racional de los miembros que compondrán el consorcio integrando este conocimiento previo. 

El enfoque “intermedio” es una combinación de las aproximaciones anteriores. Algunos investigadores parten de un consorcio natural domesticado y le adicionan algún microorganismo muy bien estudiado con el fin de mejorar potencialmente la capacidad de la comunidad para cumplir el trabajo deseado. Otros han iniciado con consorcios diseñados “de abajo hacia arriba” y los han cultivado bajo condiciones específicas durante décadas, hasta obtener una comunidad muy bien adaptada en el cumplimiento del objetivo de diseño. 

Aunque el diseño de consorcios ha avanzado positivamente, hay desafíos importantes a considerar. La selección adecuada del lugar de donde se obtienen los consorcios naturales es clave, así como la conservación de su diversidad durante la manipulación. También es necesario seguir desarrollando herramientas computacionales para integrar en el diseño de consorcios. Para aplicaciones biotecnológicas como la biorremediación, es fundamental explorar técnicas de aplicación in situ, es decir, para evaluar la capacidad del consorcio y su impacto real en el ambiente. 

En conclusión, al comprender que los microorganismos no solo pueden ser agentes patógenos, sino que también forman comunidades con funciones importantes, nuestra perspectiva sobre ellos cambia. Podemos apreciar cómo la creación de consorcios microbianos puede ser una poderosa herramienta para combatir enfermedades, remediar problemas ambientales y utilizar en diversas áreas. A través de la ciencia, todos podemos beneficiarnos y aprovechar el potencial de estos pequeños organismos para mejorar nuestra vida y el mundo que habitamos.