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# Biología # Biología sintética

Aprovechando la levadura para la salud: la conexión ABA

Los científicos exploran el papel de la levadura en la producción de ácido abscísico para mejorar la salud.

Femke Van Gaever, Paul Vandecruys, Yasmine Driege, Seo Woo Kim, Johan M. Thevelein, Rudi Beyaert, Jens Staal

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Innovación de levadura Innovación de levadura para la salud produce ABA. mediante la levadura diseñada que La investigación busca mejorar la salud
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El Ácido Abscísico (ABA) es una hormona de las plantas que juega un papel clave en ayudar a las plantas a lidiar con el estrés y crecer bien. Ayuda a las plantas a sobrellevar situaciones como sequías o temperaturas extremas. Aunque los científicos han estudiado mucho sus efectos en las plantas, solo recientemente han comenzado a ver cómo podría funcionar en animales, incluidos los humanos.

ABA y la Salud Animal

La investigación sugiere que el ABA podría ayudar a los animales con varios problemas de salud. Por ejemplo, ha mostrado promesas para tratar condiciones como colitis, diabetes tipo 2, aterosclerosis (que está relacionada con la salud del corazón) e incluso la depresión. Se encuentra en altas cantidades en frutas como higos, arándanos y albaricoques, lo que hace del ABA un candidato interesante para un suplemento alimenticio que mejore la salud.

Sin embargo, el ABA tiene algunos desafíos que lo hacen complicado para usar en suplementos. Por ejemplo, no dura mucho en el cuerpo, puede ser caro de producir en grandes cantidades y se descompone fácilmente. Esto limita su utilidad como un suplemento directo para la gente.

Probióticos: Los Microbios Amigables

Los probióticos son microbios vivos que pueden proporcionar beneficios para la salud cuando se consumen. Pueden ayudar a mantener el intestino saludable, y muchas personas los usan como suplementos dietéticos. Un tipo de probiótico que ha estado ganando atención es una levadura llamada Saccharomyces boulardii. Esta levadura es generalmente reconocida como segura y se usa a menudo para tratar diarreas y otros problemas relacionados con el intestino.

En los últimos años, los científicos han sido creativos con los probióticos, utilizando ingeniería genética para mejorar sus habilidades. Por ejemplo, ciertas bacterias han sido modificadas para combatir infecciones o incluso proporcionar tratamientos para enfermedades como el cáncer. Pero hay un inconveniente: muchos probióticos pueden verse afectados por antibióticos, lo que significa que podrían no funcionar bien si alguien está tomando medicamentos.

Levadura como Probiótico

Mientras que la mayoría de los estudios sobre probióticos se han centrado en bacterias, los investigadores ahora están mirando levaduras como S. boulardii. Esta levadura ha mostrado gran potencial porque tiene propiedades únicas que pueden ayudar a producir sustancias beneficiosas como el ABA.

Ingeniería de una Levadura para Mejorar la Salud

La búsqueda comenzó para crear una cepa especial de S. boulardii que pudiera producir ABA. Para hacer esto, los investigadores tomaron genes específicos de un moho llamado Botrytis cinerea, una fuente natural de ABA, y los introdujeron en la levadura. Su objetivo era crear una levadura que pudiera producir altos niveles de ABA y que además fuera segura y efectiva.

Resultados en el Laboratorio

Después de modificar la levadura, los científicos la cultivaron en un laboratorio para ver cuánto ABA podía producir. Descubrieron que la levadura modificada producía alrededor de 8.5 a 8.6 mg de ABA por litro, lo cual fue bastante bueno. Sin embargo, la levadura no creció tan bien como las cepas no modificadas, lo que sugiere que podría haber un intercambio entre producir ABA y crecer rápido.

Pruebas en Ratones

Para ver qué tan bien funcionaba su levadura productora de ABA en un sistema vivo, los investigadores decidieron probarla en ratones. En lugar de usar el método estándar de gavage oral (que suena tan desagradable como es), crearon de manera ingeniosa una dieta especial donde la levadura se mezcló en la comida. De esta forma, los ratones podían comerlo de manera más cómoda.

Cuando los ratones comieron la dieta suplementada con levadura, los científicos detectaron altos niveles de la levadura modificada en sus heces, lo que indicaba que la levadura estaba prosperando en el intestino. Sin embargo, asegurarse de que la levadura produjera suficiente ABA en el cuerpo era el próximo desafío.

Entendiendo por qué el ABA es Bajo en Ratones

A pesar de que la levadura colonizó con éxito el intestino, medir los niveles de ABA en el suero de los ratones mostró resultados sorprendentemente bajos. Esto dejó a muchos rascándose la cabeza. Los científicos descubrieron que la levadura probablemente producía gran parte del ABA antes de ser consumido, lo que significa que podría haberse producido mientras estaba en el tazón de comida. ¡No exactamente lo que esperaban!

Problemas de Temperatura

Un problema significativo fue que la capacidad de la levadura para producir ABA disminuyó drásticamente a la temperatura fisiológica de los ratones—37°C. Si bien funcionaba bien a 30°C, tuvo dificultades a temperaturas más altas. Esto destacó un cuello de botella crítico: la levadura necesitaba mejorar su producción de ABA a la temperatura corporal de los mamíferos.

Ajustando la Levadura

Los investigadores volvieron al laboratorio para mejorar la capacidad de la levadura para producir ABA a temperaturas más altas. Se centraron en optimizar diferentes partes del proceso de producción para maximizar los niveles de ABA.

Mejorando la Producción

Para aumentar aún más la producción de ABA, exploraron el uso de ajustes genéticos adicionales, como integrar genes que ayudan con las Vías metabólicas involucradas en la síntesis de ABA. Agregaron genes de otros hongos que podrían ayudar a la levadura a sobrellevar mejor la temperatura corporal.

La Experiencia de Aprendizaje Colectiva

A través de numerosos ensayos, el equipo encontró que al introducir varios genes nuevos, como aquellos que mejoran ciertas vías metabólicas, podían mejorar el rendimiento de ABA. Observaron que, aunque la levadura podía sobrevivir, no estaba produciendo los niveles de ABA deseados bajo el estrés térmico de 37°C.

Más Intentos

En un esfuerzo por aumentar aún más la producción, los científicos intentaron integrar genes que permitirían a la levadura superar estas limitaciones térmicas. Seleccionaron cuidadosamente genes conocidos por ayudar a las levaduras a soportar mejor el calor y mejorar los procesos de fermentación.

Direcciones Futuras

La investigación sobre el ABA y sus posibles beneficios para la salud aún está en sus primeras etapas. Hay mucho por explorar sobre cómo esta hormona vegetal puede ser utilizada efectivamente como un nutracéutico. La esperanza es que más modificaciones lleven a una cepa de levadura que pueda producir niveles sustanciales de ABA incluso a temperaturas más altas, permitiendo su uso en suplementos alimenticios y posiblemente aplicaciones terapéuticas.

La Conclusión

Aunque los científicos enfrentaron muchos desafíos en su camino para crear una levadura probiótica super, el proceso estuvo lleno de descubrimientos sorprendentes y momentos de aprendizaje. Y quién sabe? Algún día, esta levadura podría ayudar a las personas a sentirse mejor o incluso llevar a nuevos tratamientos. Por ahora, esta investigación sienta las bases, y todos podemos ser un poco más optimistas sobre las posibilidades de la nutrición y la salud que provienen de nuestros pequeños amigos en el mundo de las levaduras.

Así que la próxima vez que disfrutes de tus frutas, recuerda, podría ser más que solo un bocadillo—podría tener potencial para beneficios futuros para la salud, gracias a una ciencia ingeniosa.

Fuente original

Título: Multi-Step Pathway Engineering in Probiotic Saccharomyces boulardii for Abscisic Acid Production in the Gut

Resumen: The plant hormone abscisic acid (ABA) has gained attention for its role in animals and humans, particularly due to its protective effects in various immune and inflammatory disorders. Given its high concentrations in fruits like figs, bilberries and apricots, ABA shows promise as a nutraceutical. However scalability, short half-life and cost limit the use of ABA-enriched fruit extracts and synthetic supplements. In this study, we propose an alternative ABA administration method to overcome these challenges. We genetically engineered a strain of the probiotic Saccharomyces boulardii to produce and deliver ABA directly to the gut of mice. Using the biosynthesis pathway from Botrytis cinerea, four genes (bcaba1-4) were integrated into S. boulardii, enabling ABA production at 30{degrees}C, as previously described in Saccharomyces cerevisiae. Introducing an additional cytochrome P450 reductase gene resulted in a 7-fold increase in ABA titers, surpassing previous ABA-producing S. cerevisiae strains. Supplementation of the ABA-producing S. boulardii in the diet of mice (at a concentration of 5 x 108 CFU/g) led to effective gut colonization but resulted in low serum ABA levels (approximately 1.8 ng/mL). The absence of detectable serum ABA after administration of the ABA-producing probiotic through oral gavage, prompted further investigation to determine the underlying cause. The physiological body temperature (37{degrees}C) was identified as a major bottleneck for ABA production. Modifications to enhance the mevalonate pathway flux improved ABA levels at 37{degrees}C. However, additional modifications are needed to optimize ABA production before testing this probiotic in disease contexts in mice.

Autores: Femke Van Gaever, Paul Vandecruys, Yasmine Driege, Seo Woo Kim, Johan M. Thevelein, Rudi Beyaert, Jens Staal

Última actualización: 2024-12-23 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.22.629964

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.22.629964.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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