En el Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) de la UNAM, un grupo de científicos -asesorado por Miriam Rocío Estévez González- logró extraer, con ondas de choque, fitoquímicos con propiedades antioxidantes, antibacteriales y anticancerígenas de plantas endémicas, de forma más rápida, eficiente y ecológica que con los métodos convencionales, porque no se emplean solventes.
De igual manera, en el Laboratorio de Ondas de Choque del Centro, con sede en Juriquilla, Querétaro, se consiguió la transformación genética de hongos y el “rasurado” de sus esporas, de interés para la industria farmacéutica porque se utilizan en la producción de enzimas, antibióticos, moléculas para vacunas y anticoagulantes, entre otros productos, explicó su responsable, Achim Max Loske Mehling.
Con esta modificación de los hongos filamentosos “podemos aumentar la producción de las enzimas que secretan”; su transformación genética con ondas de choque (desarrollo que también puede impactar en las industrias alimenticia y textil) obtuvo una patente nacional.
Una onda de choque, detalló el científico, se genera cuando se deposita bastante energía en un espacio pequeño. Se trata, de una “subida” y “bajada” de presión súbita, de hasta mil 500 veces la presión atmosférica a nivel del mar, y en un tiempo extremadamente corto (que puede ser de millonésimas de segundo).
En la naturaleza, por ejemplo, se generan a causa de un rayo durante una tormenta. Desde hace décadas son múltiples sus usos, entre otros en medicina para pulverizar cálculos renales, y en ortopedia, cardiología, traumatología y dermatología, por ejemplo. Sin embargo, no esperábamos que pudieran ser útiles en farmacéutica y biotecnología, recalcó el experto.
El equipo que se usa para estas aplicaciones es una tina con agua y un generador de ondas de choque, que podemos imaginar como una especie de bocina de audio que tiene montada una serie de cristales piezoeléctricos; las ondas se concentran en una región llamada foco. “Ahí colocamos un pequeño recipiente denominado vial, que contiene lo que queremos tratar”.
En el caso de los hongos filamentosos, que son microscópicos, se les inserta material genético (ADN) u otras macromoléculas de interés, para que sean más eficientes en segregar las sustancias que son importantes para el ámbito farmacéutico; “los ‘obligamos’ a que produzcan los compuestos que queremos, o a que generen en una cantidad mucho mayor los que ellos mismos crean”.
El fenómeno a través del cual se produce esa transformación genética se llama cavitación acústica. Dentro del vial se coloca la suspensión que contiene a los hongos y el material genético que se les quiere introducir; se pasa una onda de choque que comprime las microburbujas presentes en ese líquido. Al colapsar, estas emiten micro jets o chisguetes de fluido de alta velocidad que perforan al hongo y funcionan como “micro jeringas” que permiten la entrada del ADN. Generalmente se aplican decenas o centenas de ondas de choque.
En el laboratorio, abundó Achim Loske, Francisco Fernández Escobar experimenta con ondas de choque tándem, que nos ayudan a potencializar la emisión de estos diminutos chorros de fluido, ya que son dobles: justo cuando la microburbuja se está colapsando, mandamos una segunda onda y eso aumenta considerablemente su energía.
Al estudiar los fenómenos de transformación genética para optimizarlos mediante la variación de parámetros en el generador de ondas de choque (y lograr que los micro jets atraviesen, pero no destruyan el hongo), el universitario, junto con Blanca Edith Millán Chiu y sus colaboradores, descubrió un proceso novedoso: el rasurado de conidios, que miden tres micras o millonésimas de metro.
Estos, dijo, son un tipo de esporas de hongos, las células que les permiten mantenerse latentes en situaciones adversas, como sequía o falta de nutrientes, hasta que existan condiciones adecuadas de desarrollo. “Queríamos ver qué sucede con la membrana y pared externa de los conidios, que es relativamente resistente”.
De esta manera descubrieron el “rasurado” de esporas. Los micro jets que se producen por el colapso mencionado de las burbujas funcionan como micro jeringas, y debido a que viajan a velocidades extremadamente rápidas, de 700 a 900 metros sobre segundo (equivalente a una bala), generan turbulencias, esfuerzos cortantes e intensos, sobre las cercanías. “Es como si pasara un proyectil cerca de un objeto, pero sin incidir en él, sólo de refilón, y aunque no lo toque, genera efectos”.
Las turbulencias y los esfuerzos generados “rasuran” las llamadas ornamentaciones, que son estructuras de protección presentes en la superficie, describió Achim Loske. Ese procedimiento podría sustituir procesos más laboriosos que se usan en la farmacéutica.
Lo importante aquí, recalcó, es que los métodos que existen para obtenerlos consisten en destruir a los conidios con, por ejemplo, ultrasonido; “se pulverizan y después, con procedimientos laboriosos, se filtran para obtener ciertas moléculas de las ornamentaciones”.
Gracias a los efectos de los micro jets se pueden obtener de manera relativamente rápida y sencilla. Ese resultado paralelo y reciente, pensamos que tiene un gran potencial y futuro, porque el equipo que empleamos se puede escalar a dimensiones industriales. El hallazgo se dio a conocer en la revista internacional Journal of Fungi, mediante el artículo Effect of Shock Waves on the Growth of Aspergillus niger Conidia: Evaluation of Germination and Preliminary Study on Gene Expression, el pasado 24 de octubre.
En otra aplicación novedosa de la cavitación acústica, los científicos descubrieron que también funciona para extracción de compuestos. Al respecto, el especialista refirió que de algas y plantas endémicas se obtienen algunos fitoquímicos relevantes como los flavonoides y las fucoxantinas.
Hasta ahora se consiguen por varios métodos –algunos rudimentarios, como la maceración–, consistentes en extraer o “exprimir” lo que es de interés, de plantas como el palo azul (Eysenhardtia polystachya), que tiene propiedades importantes, como compuestos anticancerígenos.
Hemos descubierto que, si molemos en partículas finas la corteza de ese árbol, hacemos una suspensión, la colocamos en un vial y hacemos pasar ondas de choque, podemos extraer fitoquímicos, sin solventes, sin calentar o usar ultrasonido; es decir, de manera más rápida, eficiente y ecológica.
El equipo de investigación también probó algas marinas, como el sargazo, y el cuachalalate, porque tienen alto contenido de fitoquímicos, con los mismos resultados alentadores.
Con este descubrimiento tenemos la esperanza de sustituir a las técnicas convencionales. “Al ajustar el tiempo entre las ondas tándem, y con ello el diámetro y tamaño de los micro jets, podemos tener cierto control sobre el proceso de extracción de los compuestos; incluso, puede ser selectivo, lo cual lo hace más interesante”.
Aunque esta investigación es aún ciencia básica, es prometedora para futuras aplicaciones. La industria podría estar interesada en optimizar sus procesos y sustituir sistemas convencionales por otros más económicos y sencillos, afirma Achim Loske.
En los proyectos mencionados también colaboran, de manera significativa, Miguel Ángel Martínez Maldonado, investigador posdoctoral del CFATA; y Miguel Ángel Gómez Lim, académico del CINVESTAV, Irapuato; así como académicos y estudiantes de los posgrados en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la UNAM y de la Facultad de Química de la Universidad Autónoma de Querétaro.
