Alianza con el Instituto Antártico Ecuatoriano facilitó el trabajo de científicos en busca de beneficios para la industria agrícola

Uno de los propósitos más importantes pactados en el Tratado Antártico, firmado en 1959, es la colaboración científica entre las naciones participantes. Al igual que Chile, Ecuador forma parte de este acuerdo pacífico para la protección y conservación del continente Antártico, regulado por el Instituto Antártico Ecuatoriano.

Cada año los diferentes países con bases científicas ejecutan expediciones y es oportuno que, en el diseño logístico, se busquen alianzas para facilitar el trabajo con la colaboración internacional. Esta oportunidad conecta al Instituto Antártico Chileno con el de Ecuador, donde los científicos Christian Romero y Jeffrey Vargas ejecutaron su trabajo en campo con el apoyo y hospedaje de las instalaciones de la base científica Profesor Julio Escudero. El convenio para la Expedición Científica Antártica 56 entre el Inae e Inach dividió a los científicos en 3 grupos. El primero de ellos inició en diciembre 2019, el segundo grupo en enero 2020 y el tercer grupo, representado por Christian y Jeffrey, llegó a isla Rey Jorge el 19 de febrero 2020. Al ser un convenio recíproco, dos investigadores de Chile tuvieron la misma oportunidad, trabajando en la base ecuatoriana Pedro Vicente Maldonado en isla Greenwich.

Christian Romero: en busca de bacterias

Christian Romero es investigador del Centro de Investigaciones Biotecnológicas del Ecuador, en la ciudad de Guayaquil, Ecuador. Su objetivo en la expedición fue recolectar muestras de suelo en diferentes sitios protegidos, contando con la autorización del Instituto Nacional Antártico Ecuatoriano, para obtener muestras de bacterias del grupo actinomicetos.

Este grupo de bacterias se caracteriza principalmente porque son uno de los mayores productores de antibióticos, y de otros tipos de compuestos con actividades cancerígenas y antiparasitarias. Se aislarán actinomicetos, purificándolos para la obtención de cepas puras, y posteriormente, serán cultivados para tratar de encontrar nuevos metabolitos secundarios y antibióticos.

Christian menciona que “una vez que nosotros encontremos cepas provisorias que tengan actividad biológica, lo que nosotros vamos a hacer es un análisis químico, una investigación química con el objetivo de tratar de elucidar el tipo de compuesto que se está produciendo”.

Para lograrlo, se efectuarán diferentes métodos: técnicas espectrométricas y espectrofotométricas, que son las más utilizadas para caracterizar este tipo de moléculas.

El proyecto cuenta con la colaboración de otros institutos en Ecuador y de fuera del país con la tecnología necesaria para poder caracterizar este tipo de moléculas.

Una de las características de los compuestos en estudio, es que son sintetizados en muy bajas concentraciones por los organismos, por consiguiente, para tratar de realizar la identificación y elucidación de las moléculas, generalmente se obtienen cantidades en miligramos, y para eso se requieren equipos de alta tecnología que permitan elucidar este tipo de moléculas.

“Necesito tener grandes concentraciones del compuesto para poder probarlo y poder determinar si mi compuesto realmente tiene una actividad antibiótica que sea mucho mejor que los antibióticos que están actualmente en el mercado. La línea actual de investigación de antibióticos busca fuentes poco exploradas en donde existan bacterias que puedan producir estos tipos de compuestos para los cuales las bacterias resistentes a antibióticos todavía no hayan desarrollado un mecanismo de resistencia”, explica.

Las muestras de suelo colectadas en Antártica tienen una gran cantidad de bacterias, hongos y otro tipo de organismos. Ya que el equipo de Christian se enfocará en las actinobacterias, se realizará un proceso de selección, colocando una determinada cantidad del suelo colectado en un medio de cultivo. Para facilitar el proceso de selección, se expondrá a pequeñas cantidades de antibióticos. Debido a que esta clase de bacterias son productoras de antibióticos, poseen mecanismos de eliminación, o de defensa ante ellos. Con pequeñas concentraciones no habrá un efecto negativo en el crecimiento, sin embargo, al colocar antibióticos, las bacterias que no sean actinomicetos morirán, ya que las otras clases de bacterias no van a ser capaces de resistir estas concentraciones de antibióticos.

El objetivo de aislar este tipo de bacterias es encontrar metabolitos secundarios, proteínas, o enzimas que sean de interés para la industria agrícola. Ecuador produce y exporta grandes cantidades de banano, cacao, frutillas, y flores, por lo que el campo de desempeño en la industria agrícola es extremadamente alto. El problema actual del sector agrícola son los cultivos atacados por patógenos, como bacterias u hongos, que reducen la producción, disminuyendo la producción del fruto, o disminuyendo la producción de fotosíntesis en las plantas. Esto conduce a que los pequeños productores tengan menos ingreso económico, sufriendo muchos tipos de problemas.

El equipo está buscando alternativas sustentables y ecológicas para que los pequeños productores no sufran tantas pérdidas económicas y, a la vez, su producto no sea perjudicado por este tipo de patógenos. El proyecto contempla encontrar microorganismos que produzcan compuestos que inhiban la acción de estos organismos patógenos. Al aplicar estos compuestos se reduce el uso de fungicidas sintéticos, que en la actualidad es un problema para la industria agrícola, ya que su uso excesivo acarrea problemas de salud a las personas que directamente aplican estos productos, y a la vez ocasionan problemas de salud a las personas que los consumen.

Christian comparte que “se ha demostrado que consumir productos que han sido irrigados con fungicidas sintéticos pueden producir problemas a la salud. Lo que nosotros queremos es buscar una alternativa más sustentable, más ecológica para disminuir la acción de estos patógenos de cultivos”.

Jeffrey Vargas: en
busca de enzimas

Jeffrey Vargas es Ingeniero Acuicultor y analista de laboratorio del Centro de Investigaciones Biotecnológicas del Ecuador (Cibe), perteneciente a la Escuela Superior Politécnica (Espol), dedicándose al trabajo bioquímico relacionado con proteínas y enzimas.

Desde el 2011 trabaja con microorganismos antárticos, bajo un proyecto que comenzó gracias al Inae (Instituto Antártico Ecuatoriano), el cual financió y promovió ciertos proyectos de investigación con relación al trabajo en la Antártica.

Este proyecto de microbiología consiste en la bioprospección de microorganismos de suelo y estudiar las características que puedan ser utilizadas en la industria agrícola y acuícola. Jeffrey comenta que “yo me enfoqué más en la parte de enzimas y proteínas, entonces a raíz de esto, empezó todo mi trabajo de enfocarme más hacia este tipo de biomoléculas, también se encuentran asociados pigmentos, algunos antibióticos, y generalmente algunos tensoactivos y otros compuestos, pero yo me enfoqué netamente sólo en la parte de enzimas”.

El foco de Jeffrey durante la LVI Expedición Científica Antártica fue estudiar enzimas con aplicación biotecnológica, intentando encontrar mejores formas de aislamiento, preservación y transporte.

Desde el inicio del proyecto en 2011, el laboratorio ha aislado varios microorganismos, formando un banco de microorganismos antárticos con aproximadamente 230 cepas. El problema que surge es que a medida que pasa el tiempo, van perdiendo cierta actividad debido a que no están en las condiciones óptimas para su crecimiento, por lo que se deben estudiar las características desde la extracción de muestras para validar ciertas condiciones. Por ejemplo, la acidez, temperatura del suelo, humedad, y ubicación. Jeffrey considera que “esto me va a ayudar a que cuando yo esté preparando medios de cultivo, o esté tratando de aislar, voy a tratar de mantener esas condiciones lo más similar posible.

Siempre está la posibilidad de que, por condiciones de transporte, de temperatura, de localización, o de luz, ciertos microorganismos no puedan crecer. Entonces lo que estoy tratando de hacer con el trabajo de laboratorio, es tratar de aislar microorganismos. Estos microorganismos están sometidos a una condición, tienen un sustrato específico, por ejemplo, de almidón y celulosa, y desde este momento yo ya sé qué microorganismos está en contacto con el sustrato y empiezo a degradarlo, y a generar ciertas enzimas”.

Luego de extraer las muestras en la Antártica, Jeffrey realizará un estudio para ver cuál método de transporte es el más eficiente para llevarlas hasta Ecuador. Esta búsqueda de microorganismos ayudará en la eficiencia de la absorción de minerales, sirviendo como agente que controlen ciertos patógenos que afecten a la industria agrícola. Además, las muestras extraídas serán utilizadas por diferentes áreas en el laboratorio del Centro de Investigaciones Biotecnológicas del Ecuador.

Beneficios al cambio climático. El proyecto de Jeffrey está relacionado con contribuir al cambio climático con la obtención de biomoléculas. ¿Qué sucede? En Ecuador, la mayoría de los fertilizantes utilizados son compuestos inorgánicos. Al haber grandes cultivos de camarón, banano y cacao, se aplican fertilizantes que en el tiempo van contaminando los ríos y los suelos. Por ejemplo, la acuicultura de camarón está generando materia orgánica excesiva, que a la larga va a generar contaminación en los cuerpos de agua del mar. Jeffrey evidencia que “los manejos no siempre son tan amigables. Para el cultivo de camarón se talan áreas de mangle. El mangle es uno de los principales protectores de las costas, y también con respecto al banano, la contaminación ocurre en el agua por efecto de los fertilizantes. Entonces, lo que tratamos de buscar son compuestos biológicamente activos, y que también sean biodegradables, que no afecten al medio ambiente. Y de paso, ir reemplazando todos estos componentes inorgánicos por compuestos biológicos, que sean más activos con respecto al uso de estos químicos”.

Christian y Jeffrey hablaron de su trabajo frente a invitados de otras bases científicas en un seminario llevado a cabo en la base científica del Inach. Durante la Eca56, todos los jueves se realizaron instancias con el fin de compartir el trabajo científico en la base Profesor Julio Escudero, invitando además a la Armada de Chile, Fuerza Aérea de Chile, y a investigadores de otros países. Además, todos los domingos, los distintos grupos se turnaron para preparar el desayuno, almuerzo y cena, acciones que cumplen con la misión de la Expedición Científica Antártica: colaboración & ciencia.