La microbiómica es actualmente su campo de investigación, es decir, utilizan las herramientas de secuenciación masiva y los análisis bioinformáticos para los estudios de las comunidades microbianas que habitan la zona costera de Yucatán. 

“Son dos vertientes u objetivos principales que buscamos. El primero es conocer cuáles son las especies de bacterias, de microorganismos, que habitan la zona costera de Yucatán, como una especie de inventario. El segundo es, sobre estas mismas comunidades microbianas, conocer cuáles son sus capacidades metabólicas, es decir, investigar acerca de su metabolismo desde el punto de vista molecular”. 

Ambos objetivos se complementan y les permiten comparar las zonas contaminadas contra las zonas conservadas, con el fin de conocer las comunidades que habitan en los dos sitios con estados ambientales opuestos. 

De ello desarrollan varias líneas de investigación. Una es desde el punto de vista ambiental que consiste en identificar aquellos organismos que únicamente crecen asociados a una zona específica, contaminada o no, con la idea de que sirvan como herramientas bioindicadoras y de monitoreo ambiental. 

“Lo mismo queremos hacer a nivel molecular. Es decir, buscar rutas metabólicas entre esas comunidades microbianas asociadas a estos estados ambientales. Por ejemplo, los organismos que viven en zonas contaminadas pueden presentar metabolismos que les ayudan a degradar los contaminantes de los ambientes en los que están viviendo, como pueden ser bacterias que expresan genes que codifican para enzimas que se encargan de degradar hidrocarburos, tolueno o algún otro tipo de contaminante”. 

El especialista afirma que la identificación de las rutas metabólicas que degradan xenobióticos pueden servir también como indicadores genéticos o bioindicadores moleculares de presencia de procesos de contaminación. 

Desde el punto de vista ambiental esperan que la identificación de especies bacterianas asociadas a un estado ambiental y la identificación de genes que se expresan de manera específica, se puedan convertir en bioindicadores o en herramientas moleculares para monitoreo y evaluación de las zonas costeras. 

La otra línea tiene que ver con el aprovechamiento biotecnológico de todo el recurso genético que se encuentra codificado en los genomas de las comunidades bacterianas. 

“Estoy hablando de la identificación de compuestos que tienen alguna aplicación biotecnológica, como por ejemplo biosurfactantes o moléculas como fotoliasas que se utilizan en la industria petrolera y cosmética, respectivamente. Esta línea sigue una aplicación biotecnológica y utilizamos herramientas de secuenciación masiva y análisis bioinformáticos”. 

En una segunda etapa, ya que tengan identificados los procesos moleculares que posean una aplicación ambiental o biotecnológica, plantean llevarlos a un desarrollo con herramientas de biología sintética.  

Esto es que, por ejemplo, si en un sitio contaminado encuentran una bacteria que tiene un metabolismo de degradación de algún contaminante y tiene una tasa de degradación natural, una vez identificadas sus rutas metabólicas poderlas llevar a bacterias que puedan manejar en laboratorio y, con herramientas de biología sintética, incrementar su tasa de degradación con el fin de que se puedan utilizar para procesos de biorremediación de suelos. En el caso de compuestos que tengan un interés de aplicación biotecnológica se pretende utilizando herramientas de biología sintética, expresarlos en bacterias que se puedan modificar para ser utilizadas en la industria. 

“Eso es lo que estamos trabajando. El estudio de los microbiomas costeros utilizando herramientas de secuenciación masiva, herramientas ómicas y análisis bioinformáticos y los estamos tratando de enlazar con biología sintética”. 

Sobre la pregunta que responde en la edición especial de Nature Biotechnology,  Martínez Núñez afirma que la velocidad de la ciencia en los últimos años es increíble, porque antes la ventana de tiempo en que los paradigmas cambiaban era de 15 a 20 años, pero ahora considera que los cambios paradigmáticos se han reducido a por lo menos cinco años; y el ámbito de la biología no es la excepción.  

“El punto esencial es que con todas las nuevas tecnologías como la microbiómica o las ciencias ómicas aplicadas al estudio de los microorganismos, los análisis bioinformáticos en los que se utilizan herramientas computacionales y la biología sintética, vamos a poder pasar de los experimentos in vitro, que hacemos en laboratorio, a las implementaciones in situ”. 

Explica que, por ejemplo, se van a poder encontrar rutas metabólicas que puedan degradar ciertos xenobióticos, metales pesados o contaminantes como arsénico y con estas nuevas tecnológicas que permiten explorar lo que sucede con los microorganismos, se pueden encontrar elementos moleculares que degraden los compuestos tóxicos. 

En una segunda fase, con la biología sintética, los pueden pasar a bacterias donde se pueden integrar y aumentar las tasas de degradación en laboratorio, para después regresar a los sitios para que las bacterias modificadas se inoculen en los suelos contaminados y entonces lleven a cabo in situ el proceso de biorremediación. 

“Creo que lo que se viene en los próximos años son estas implementaciones in situ. Desde luego con el debate que siempre va a generar el tema de organismos modificados en el ambiente, del que se debe tener cuidado”. 

No obstante, afirma que esto será no sólo en el campo ambiental o biotecnológico, sino también en el área médica, donde se puedan modificar las bacterias que normalmente están asociadas a la microbiota humana. 

“Y que las modificaciones de las bacterias lo que hagan es que, con herramientas de la biología sintética, modifiques el metabolismo de las bacterias para que puedan liberar vitaminas, por ejemplo. Y entonces en vez de estar comprando suplementos alimenticios o tomando una vitamina todos los días, ahora nos inoculen una bacteria que esté secretando vitaminas y que forma parte de nuestra microbiota”. 

Para el investigador, esta implementación in situ que se va a ver en los próximos años es producto de las nuevas herramientas con las que están empezando a describir, conocer y entender el genoma de los microorganismos, vinculado a las herramientas de la biología sintética que les permiten manipular genéticamente. 

Precisamente, los principales retos que tienen es poder llevar a cabo el control de los organismos a través de las herramientas de la biología sintética, es decir, ya no sólo los van a cultivar y describir como hasta ahora, sino van a intentar “controlar” estos organismos y empezar a modificar su actividad metabólica para fines muy precisos. 

Para el doctor Mario Alberto Martínez Núñez la renovación de cuadros en la ciencia es esencial, por lo que hace una invitación a estudiantes de licenciatura y posgrado que quieran integrarse a cualquiera de los tres proyectos que actualmente trabaja en la UMDI – Sisal. 

“Con las investigaciones que estamos llevando a cabo hemos conseguido financiamiento no sólo a nivel nacional sino internacional. Tenemos actualmente tres proyectos; uno es el Observatorio Genómico de la costa de Yucatán que busca describir las comunidades bacterianas de esa zona con el fin de empezar a hacer una descripción de estas comunidades y saber cuál es el potencial biotecnológico con el que contamos”. 

El segundo proyecto es financiado por el Conacyt, en las convocatorias de Ciencia Básica, en donde están buscando realizar el estudio de las zonas contaminadas y las zonas conservadas del estado de Yucatán desde el punto de vista de la transcriptómica, estudiando la expresión de los genes para tratar de encontrar elementos que puedan servir como marcadores moleculares de los estados ambientales contaminados o conservados y que una vez identificados se puedan generar herramientas de evaluación molecular. 

Y el tercer proyecto, financiado por la Marina de los Estados Unidos mediante su Oficina de Investigación Naval (ONR), tiene que ver con biología sintética para la búsqueda nuevos organismos que se puedan utilizar en dicha área. En este proyecto trabaja con la doctora Zuemy Rodríguez como investigadora posdoctoral y la maestra Karla Escalante, quien es la responsable del Laboratorio de Biología Molecular de la UMDI – Sisal. 

“Hago una invitación a todos los estudiantes para que se acerquen a nuestro equipo. Es muy importante para nosotros apoyar a la formación de los jóvenes y para mí además es una forma de retornar todo lo que me ha brindado la universidad”.