Maneiu genetikoa eta prozesu industrial berriak
Prozesu bioteknologikoak
Gizakiak prozesu biologikoen bidez lortu dituen etekinak beti sortu dute gizartean halako interes berezi bat; batetik zerbait misteriotsu dutelako eta bestetik, artisau-kutsua ere badutelako. Aurkikuntza horien oinarrian fenomeno natural arrunt eta berezkoen emaitzen azterketa dago. Beraz, gizakiak ez ditu prozesu horiek "sortu"; baizik eta baldintza naturalak maneiatu egin ditu prozesu horiek berez, edo hobeto esan naturalki, gerta daitezen.
Esaten denez, garagardoaren aurkikuntza honela gertatu zen: feniziarrek irina ontzi handietan garraiatzen zuten eta ustegabean irina bustitzen zenean, zenbait prozesu gertatzen zela eta alkohola (garagardoa alegia) sortzen zela ohartu ziren. Legamiaren lana zen noski. Hasiera bateko aurkikuntza horretan ikusitakoa, urteek aurrera egin ahala, manipulatua izan da gaur egun ezagutzen dugun prozesua lortu arte. Garagarra erne erazi egiten da, "malteatu" egiten da alegia, eta horrela azukre gehiago askatzen du legamiaren bidezko hartzidura gertatu aurretik.
Bilakabide beretsua izan dute eraldakuntza biologikozko beste prozesuek; gazta, ardoa eta antibiotikoak egitekoek esaterako.
Prozesu guzti hauetan aski desberdin diren bi elementu bereizi behar dira garbi: ingurune edo substratua, eta aldakuntza eragin duen mikroorganismoa.
Inguruneak, bere buruaren asimilazio eta eraldakuntzarako egoki diren osagai kimikoak behar ditu. Horien kontzentrazio, tenperatura, pH eta gainerako baldintzek oinarrizko eragina dute prozesuaren aurrerabiderako. Bestalde, mikroorganismoa oso katalisatzaile konplexutzat jo daiteke: erreakzio-multzo handia koordinatzen du. Mikroorganismoaren potentziala oso aldakorra da eta erreakzio-baldintzen menpe dago.
Gorago aipatu dugun garagardoaren kasua ipin dezakegu adibide moduan. Prozesuan zehar oxigenoa egoteak ala ez egoteak bukaeran lortuko den emaitza baldintzatzen du; legamiak material zelulosikoaren ala alkoholaren sintesia eragingo duen, alegia.
Bi elementu nagusi hauek (ingurunea eta mikroorganismoa) kontutan harturik, eta nahiz eta baten konplexutasuna handia izan, gizakiak prozesu biologikoak menderatzea lortu du. Alabaina, gizakiak mikrobiologia egiten jakin badu ere, misterio handiz bildu ditu prozesu horiek eta horien zergatia eta muina ez ditu oraintsu arte ezagutu.
Mende honetan, organismo horietaz misterio asko argitu zaigu. Metabolismo energetikoen oinarriko erreakzioak, 1930.eko hamarkadan argitu ziren. 1940.ekoan, molekularen izaera kimikoa eta honek biltzen duen informazio zelularra, ADN izenekoa, agerian jarri ziren. Harez gero, laster dezifratu zen kode genetikoa eta hau funtzio zelularretara itzultzeko mekanismoa. Oraindik urrun gaude funtzio zelular honen konplexutasuna zehazki ezagutzetik, baina egia da gizakia helburu ikusgarri hori lortzeko pauso handi eta azkarrak ematen ari dela.
Maneiuaren bidean
Hamabost urte baino gehiago ez da ADNaren oso sekuentzia konkretuak selektiboki ebakitzeko bakterioen entzimak aurkitu zirela. Erasotzen dituzten birusengandik defendatzeko sistema zen. Bakterio bakoitzak, entzima-mordo bat du; inmunitate-sistema bailiren mozte-endonukleasa izenaz ezagutzen direnak.
Aurkikuntza hauetatik kanpo, kaltetutako ADN-zatiak elkartzeko eta konpontzeko gai diren entzimak daude. Entzima hauei ligasa deritze.
Garrantzi handia izan duen beste aurkikuntza bat, plasmidoena izan da. Hauek, ADN-zati biribilak dira, eta kromosometatik aparte zelularen barruan multzotan egoten dira. Horrexegatik eta nukleoan ez daudenez gero, ADN satelite esaten zaie.
Mozte-endonukleasak, ligasak eta plasmidoak, organismo baten maneiu genetikorako oinarrizko hiru tresna bikain dira.
Organismo baten ADN, mozte-endonukleasa baten bidez, puska txikitan zati daiteke. Zatien kopurua, entzima-mota bakoitzak ezagutzen dituen 4-6 baseko sekuentzien menpeko izango da. Zatiek behar adinako luzera badute, gene bat edo gehiago eduki dezakete.
Endonukleasa ADN zatitzeko gauza den moduan, plasmido biribil bat "ireki" egin daiteke eta ADN lineal bihurtu, baina ligasa bat eranstean ADN hori "itxi" egin daiteke berriz, plasmidoaren egitura biribila eraberritu egiten delarik. Plasmidoaren konponketa hau azken pasartean aipatu dugun ADN-zatien aurrean gertatuko balitz, plasmido batzuk itxi egingo lirateke ADN linealaren zati bat edo batzuk bereganatuz, eta ondorioz, dauzkaten geneak ere bai. Plasmido berri hau zelula barrura sartzean, daukan gene berria agerian jar dezake, zelulari funtzio berri bat finkotasunez erantsiz.
Teknika honen bitartez posible da interes industrialeko organismoei ezaugarri berriak ematea. Azkenik, teoria hutsean bada ere, gaur egun prozesu fisiologikoa kontrola dezakegula esan dezakegu; bai kanpoko baldintzen bidez, eta baita erabiltzen dugun organismoaren potentzial funtzionalaren bitartez ere.
Prozesu industrial bat
Orain bost urte eman genion hasiera Donostian esnearen gazuratik proteina zelularra produzitzeko lanari. Azpiproduktu hau gaztagintz prozesuan sortzen da. Oso poluitzailea denez, arazoak planteatzen ditu.
Geure helburua honako hau zen: gazuraren laktosa kontsumituko duen hainbat legamia sortuz, proteina asko duen biomasa bat lortzea. Baina, laster garrantzi handiko problema batekin egin genuen topo.
Legamia hazteak, bere metabolismoan sortzen den energiarekin lotura du. Beraz, energia hau alderantzikatu egin daiteke material zelularraren fabrikazioan, hau da, haztean.
Energia hau sortzen den tokitik kontsumituko denera transferitzeko balio duen molekula, ATP da.
Azukre-molekula (glukosa) zelulara sartzen denean, 10 erreakzioko katea bati jarraitzen zaio; oxidatu egiten da, azido pirubikozko bi molekula eta beste bi ATP-molekula sortuz. Zelulak oxigenorik badu, azido pirubikoa CO 2 eman arte oxidatzen jarraitzen da eta beste 36 ATP molekula sortzen ditu. Oxigenorik ez badu, berriz, pirubatoa ez da oxidatzen. Erreduzitu egiten da ordea, etanola sortzeko (Gogora dezagun garagardoaren prozesua).
Lehen esan dugunagatik, irakurleak honako hau ondoriozta dezake: zelulak oxigenoa daramatenean hobeto baliatzen direla, berori falta zaienean baino, eta ondorioz gehiago hazten direla. Horrek legamia produzitzeko aireztapen bortxatuzko hartzidura-erreaktoreak diseinatzera behartzen gaitu.
Hala ere, oxigenoaren presentzian ere gazuraren hartzidurak alkohola sortzen duela ikusi dugu. Estudioa zehaztu genuenean, honakoa aurkitu genuen: gazuran dauden azukre-kontzentrazio handietan (40-60 g l -1 ), lehen erreakzioak abiadura handiz pirubatoa sortzen duela. Pirubato-produkzioaren fluxu hau oso altua da, oxigenoa duten erreakzioek kontsumitzen dutenarekin konparatuz eta horrek "gainezkatze" efektua eragiten du alkohola produzituz pirubatoa gehigarri bezala sortzen denean.
Problema honetan irtenbide erraz hau aplikatu genuen: gazura diluitu egin genuen azukrearen kontzentrazioa jaisteko. Gaur egun erreaktorea gazuraz elikatzeko eredu matematikoak baditugu eta ondorio onak izan ditugu. Hala ere, bada beste posibilitate bat, eta praktikotasun eta zientzi aldetik ere onuragarriagoa da.
Zelula barruan metabolizatu aurretik, gazuraren azukrea barrura garraiatzen da, permeasa izena duen proteina bereziaren bitartez.
Permeasaz laktosaren garraio-sistemak bere ahalmena areagotu egiten du azukre-kontzentrazioa handitu ahala eta beraz, azukre-kontzentrazio handiak direnean permeasa-molekulak gehitu egiten zaizkio laktosa zelularen barrura garraiatzeko. Honek sortzen du lehen aipatutako pirubatoaren gainezkatze-efektua. Laktosa-permeasaren genea isolatu da, eta bere sekuentzia gutako batek (R. C. Dicksonek) dezifratu du. Geure hurrengo helburua, aldaketa batzuk sortzea da: permeasa-molekularen sintesia maneiatzea (beste azukre-bilketekin erantzun txikiagoa emateko, gainezkatze-efektua ekiditeko) gazurak daraman azukre-bilketa alde batera utzirik. Helburu hau lortu ondoren, legamiaren barrura sartuko dugu gene berria nagusitu dadin, eta ez berea den berezkoa.
Horrela, proteinatan aberatsa den biomasa ugari lortuko dugu, ohizko mekanismoak alde batera utziz eta mikroorganismoari berea den kontrol-mota berezia erabil eraziz. Dudarik gabe, prozesu bioteknologikoen diseinu berrien hasieran gaude, eta hemendik berrikuntza interesgarriak, eta etorkizunerako balio handia izango duen informazio berri asko sortuko da.
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
