Plataformas de cribado de alto rendimiento (High Throughput Screening)

Los microorganismos son una fuente prácticamente inagotable de compuestos de alto valor añadido y, en sí mismos, pueden presentar un gran interés para sectores industriales diversos. Desde los microorganismos probióticos a los microorganismos productores de enzimas o biosimilares, pasando por microorganismos bioestimulantes para la agricultura, en la naturaleza se pueden encontrar cientos de microorganismos que tengan un potencial uso industrial.

La problemática viene a la hora de determinar qué microorganismos son capaces de tener potencial para llegar a la industria. De una sola muestra de un ecosistema es posible aislar cientos de microorganismos de los cuales menos de un 5% tendrán un potencial real para ser empleados en procesos biotecnológicos. Es por ello por lo que es necesario el uso de sistemas de cribado fiables, pero a su vez rápidos y sencillos que permitan separar el “grano de la paja”.

Los sistemas de cribado de alto rendimiento (o HTS de sus siglas en inglés: High throughput screening) son empleados cada vez más en sectores biotecnológicos y químicos, por ejemplo para Drug Discovery, sobre todo cuando se deben procesar un alto número de muestras en un espacio de tiempo limitado.

Dentro de las actividades no económicas de I+D que llevamos a cabo, desde AINIA hemos apostado por poner a punto sistemas de cribado de alto rendimiento de aplicación a microorganismos con distintos fines, en concreto para el sector alimentario y para el sector agrícola.

Microorganismos probióticos para alimentación

Por definición, los probióticos se describen como «microorganismos vivos que, al ingerirse en ciertos números, ejercen beneficios para la salud más allá de la nutrición básica inherente» (Guarner y Schaafsma, 1998 ). Y la definición ampliamente aceptada es la propuesta por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación y la Organización Mundial de la Salud (FAO/WHO) en el año 2001 que describe a los probióticos como “microorganismos vivos que, cuando son administrados en adecuadas cantidades, confieren beneficios para la salud del huésped” (Binns, 2013 ).

Numerosos autores han propuesto diversos criterios generales para la selección de un microorganismo probiótico, entre ellos:

• Tolerancia al tracto gastrointestinal: los probióticos deben resistir las enzimas salivares, el ácido del estómago y los cambios de pH y la secreción de sales biliares
• Capacidad para adherirse a las células epiteliales y a las superficies mucosa, lo que prolonga su tiempo de permanencia en el tracto gastrointestinal y reduce la adhesión de microorganismos patógenos.
• Ser seguros: no deben tener antecedentes de ser patógenos ni estar asociados con otras enfermedades tales como endocarditis infectiva o desórdenes gastrointestinales.
• Ausencia de resistencias transferibles a antibióticos de interés clínico.
• Requisitos tecnológicos como el cultivo a gran escala, la estabilidad genética y el mantenimiento de su viabilidad dentro del producto alimenticio.

Respecto a los probióticos, la mayor parte de la investigación se centra en los géneros bacterianos Lactobacillus y Bifidobacterium. Estos microorganismos están reconocidos por ser promotores beneficiosos de la salud y tienen un papel importante en la producción de diferentes alimentos, particularmente en la producción de productos fermentados.

El cribado de las distintas cepas de Lactobacillus y Bifidobacterium que puedan presentar un potencial probiótico es un proceso tedioso que puede llegar a alargarse en el tiempo. Para ello, AINIA ha diseñado estrategias de cribado de alto rendimiento (High Throughput Screening) miniaturizados de probióticos

En estos ensayos, en los que se pueden evaluar de forma simultánea hasta 30 cepas distintas por triplicado, se evalúan diferentes parámetros que permiten tipificar el potencial probiótico de una cepa, como paso previo a ensayos de mayor profundidad. La metodología puesta a punto por AINIA recoge, entre otros, los siguientes parámetros para la evaluación del potencial probiótico de las cepas:

• Crecimiento
• Tolerancia a temperatura
• Tolerancia a pH ácido
• Tolerancia a sales biliares
• Tolerancia a las enzimas del aparato digestivo

Bacterias bioestimulantes de aplicación en agricultura

La identificación de microorganismos que potencien el crecimiento de las plantas o Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR), está basada en la detección de ciertas actividades catalogadas como bioestimulantes. En este grupo se encuentran principalmente la producción de hormonas vegetales, como el ácido indolacético (IAA) o el ácido giberélico (GAB), la capacidad para solubilizar fosfatos o potasio, la síntesis de sideróforos, la producción de enzimas como proteasas o ACC desaminasa o la aptitud para secretar compuestos con actividad de biocontrol sobre cepas patógenas.

Gran parte de las funciones mencionadas anteriormente es posible evaluarlas mediante métodos rápidos basados en técnicas colorimétricas o con el uso de sustratos específicos que sólo metabolicen aquellos microorganismos que son de interés para el ámbito agrícola.

Por ejemplo, es posible detectar y cuantificar la producción de AIA sintetizada por microorganismos mediante el complejo formado por la hormona vegetal y los reactivos empleados junto con la liberación de Fe+3, dando lugar a una coloración rosada fácilmente detectable a simple vista y cuantificable mediante equipos espectrofotométricos.

Basándonos en esos métodos de detección, es posible realizar cribados de alto rendimiento para la identificación de microorganismos PGPR adaptando los reactivos empleados en las técnicas específicas a placas multipocillo. Esta estrategia nos permite no sólo cribar una gran variedad de microorganismos al mismo tiempo si no además, hacerlo sobre una batería de pruebas en una sola placa que permita la caracterización completa del microorganismo en base a su potencial actividad bioestimulante.

En AINIA te podemos ayudar en el cribado de cepas, producción de microorganismos, starters industriales y probióticos. Así como en la obtención de compuestos de alto valor añadido a partir de microorganismos seleccionados. Contacta con nosotros.