Los Lactobacilos, bacterias esenciales en la producción de alimentos fermentados y potenciadores naturales de la salud, están experimentando una revolución gracias a las técnicas modernas de edición genética. Estas bacterias, reconocidas mundialmente por sus propiedades probióticas, desempeñan papeles fundamentales en la salud intestinal y en el bienestar general, beneficiando el sistema inmunológico y modulando diversas funciones fisiológicas. Sin embargo, hasta hace poco, la manipulación precisa de su material genético resultaba compleja, imposibilitando la mejora enfocada de sus características favorables. En este contexto, emerge un innovador sistema de edición de bases que promete transformar el panorama de la biotecnología probiótica, permitiendo intervenciones génicas específicas y seguras en Lactobacilos para potenciar sus propiedades funcionales. Los métodos tradicionales para modificar bacterias, especialmente los basados en la herramienta CRISPR-Cas9, aunque innovadores, presentan desafíos importantes cuando se aplican en Lactobacilos.
La generación de rupturas dobles en el ADN inducidas por Cas9 puede resultar tóxica para la bacteria debido a su limitada capacidad de reparación y suele requerir ADN donante para lograr modificaciones precisas. Además, la edición simultánea en múltiples loci genómicos incrementa la dificultad, la toxicidad y la complejidad técnica. Por ello, ha sido necesario desarrollar alternativas más delicadas que permitan modificar el genoma sin comprometer la viabilidad bacteriana. El sistema de edición de bases conocido como Target-AID representa un avance crucial en esta materia. Esta herramienta combina una versión modificada de Cas9 que carece de actividad nucleasa (es decir, que no induce roturas en el ADN) ligada a una desaminasa citosina que convierte selectivamente bases específicas del ADN, logrando mutaciones puntuales sin necesidad de fragmentar el material genético o introducir ADN externo.
Esta técnica permite cambiar citosinas por timinas (C a T) en un rango de acción preciso dentro del ADN. La ausencia de cortes evita las respuestas deletéreas que afectan a la bacteria y facilita la edición múltiple con alta precisión y eficiencia. Uno de los principales logros de la implementación de esta tecnología en Lactobacillus, especialmente en Lactiplantibacillus plantarum, ha sido la reducción efectiva de la producción de imidazol propionato, una molécula que estudios recientes han asociado con la diabetes tipo 2 debido a sus efectos adversos sobre la señalización de insulina y el metabolismo de la glucosa. Esta sustancia es sintetizada por enzimas codificadas por el gen urdA en ciertas cepas bacterianas. La edición dirigida para interrumpir esta función en Lactobacillus genera cepas modificadas que producen significativamente menos imidazol propionato, abriendo la puerta a probióticos más seguros y potencialmente terapéuticos para el manejo de esta enfermedad crónica.
El alcance de esta técnica va más allá de la simple mejora del perfil metabólico. Gracias a su precisión, también permite el estudio funcional de genes esenciales para la supervivencia y la fisiología bacteriana. Por ejemplo, la edición temporal del gen ftsZ, un regulador clave de la división celular, ha permitido observar cambios morfológicos significativos, como la formación de células filamentosas, que reflejan alteraciones en la capacidad divisoria de la bacteria. Este tipo de análisis facilita la comprensión del papel de genes críticos sin necesidad de eliminar permanentemente la función génica, algo que sería letal bajo métodos convencionales. La versatilidad del sistema Target-AID también demuestra alta eficiencia en otros Lactobacilos relevantes industrial y clínicamente, como Lactobacillus gasseri.
Sin embargo, se reconoce que la elección adecuada de promotores para la expresión de los componentes de edición genética es crucial para su éxito en diferentes especies. La optimización de estos elementos regulatorios ha sido clave para alcanzar niveles casi completos de edición en cepas testadas. Esta capacidad transversal sugiere un amplio potencial de aplicación para la industria alimentaria y farmacéutica. La ventaja adicional del sistema radica en que no genera organismos transgénicos con inserciones de ADN foráneo, un aspecto decisivo desde el punto de vista regulatorio y social. Las modificaciones introducidas son indistinguibles de mutaciones naturales, lo que podría facilitar su aceptación y reducir barreras legales que suelen limitar la comercialización y uso de microorganismos genéticamente modificados en alimentos y suplementos.
Desde la perspectiva tecnológica, la facilidad para modificar simultáneamente múltiples sitios del genoma permite combinar diversos rasgos beneficiosos en una sola cepa, evitando procesos laboriosos y costosos de modificaciones secuenciales y selección. Esta multiplexación revoluciona el desarrollo de probióticos personalizados y adaptados a necesidades específicas, como la mejora del metabolismo intestinal, la resistencia a condiciones ambientales o la producción de compuestos bioactivos saludables. Otro aspecto de relevancia es la eficiencia en el proceso de transferencia genética a través de métodos como la electrotransformación, optimizada para Lactobacilos. Esto ha permitido superar una barrera técnica importante para la introducción del sistema base editor en las células bacterianas. Las condiciones cuidadosas de preparación y recuperación celular han sido determinantes para lograr transformaciones exitosas y reproducibles.
El desafío para el futuro inmediato consiste en expandir el repertorio de herramientas para abarcar otros tipos de edición más allá de la conversión C a T (citidina a timina), incluyendo bases como la adenina, para ampliar las posibilidades de diseño genómico. Además, el desarrollo de variantes de Cas9 con requisitos de reconocimiento de secuencias PAM menos restrictivas amplía el rango de objetivos genómicos accesibles para la manipulación, aumentando la flexibilidad de esta tecnología. Las implicaciones científicas y comerciales de este avance son múltiples. En la investigación básica, las nuevas herramientas permiten desentrañar mecanismos moleculares asociados a la acción probiótica, la interacción microbiana con su entorno y el estudio de funciones de genes esenciales. En la industria alimentaria y farmacéutica, la capacidad para generar cepas con propiedades mejoradas de seguridad, estabilidad y funcionalidad garantiza productos de mayor calidad y con beneficios potencialmente superiores para la salud humana.
