Juan-Francisco Martín

Universidad de León, Campus de Vegazana, e Instituto de Biotecnología de León, Parque Científico de León.

 

Durante los últimos 30 años nuestro grupo ha realizado investigación inicialmente en el Instituto de Microbiología Bioquímica (CSIC) y en el Departamento de Microbiología de la Universidad de Salamanca. Tras cuatro años de estancia en el Instituto Waksman de Microbiología (New Jersey, USA) y en el Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT), en Boston (USA), se constituyó un grupo en el Instituto de Microbiología Bioquímica de Salamanca, que posteriormente se trasladó a la Universidad de León. En los 10 últimos años una buena parte del grupo se ha consolidado en el nuevo Instituto de Biotecnología de León (INBIOTEC). Se han defendido a lo largo de estos años 70 Tesis doctorales y hay un buen número de nuevas tesis en desarrollo.

La trayectoria científica del grupo ha evolucionado desde la Fisiología Microbiana en la etapa de Salamanca, a la Biología Molecular y al control de la expresión génica en los últimos años. A lo largo de estos años el hilo conductor de los distintos temas de trabajo ha sido el estudio de las bases moleculares de la biosíntesis de metabolitos microbianos con actividad farmacológica, o de toxinas producidas por hongos filamentosos de interés en la industria agroalimentaria.

Un tema al que hemos dedicado gran atención es la biosíntesis de las b-lactamas penicilinas, cefalosporinas y cefamicinas, y del ácido clavulánico, un inhibidor de las b-lactamasas. En el período 1985–1990 describimos en vanguardia la clonación y caracterización de los genes implicados en la biosíntesis de penicilinas y cefalosporinas en los ascomicetos Penicillium chrysogenum y Acremonium chrysogenum. La caracterización molecular de las enzimas implicadas reveló la existencia de nuevas enzimas, realmente sorprendentes, que llevan a cabo la síntesis no-ribosomal de péptidos, la formación de compuestos heterocíclicos a partir de péptidos lineales, la expansión enzimática de anillos y la epimerización a aminoácidos con configuración D. Estos ejemplos fueron la avanzadilla de los impresionantes descubrimientos en las dos últimas décadas sobre la biodiversidad de los metabolitos secundarios en microorganismos y plantas, que contrasta con su escasez en las células animales.

Tras los primeros estudios, uno de los aspectos que ha permitido un mayor avance ha sido la caracterización del “supercluster” de cefamicinas-clavulánico en Streptomyces clavuligerus realizado en colaboración con la Dra. P. Liras. La región del “supercluster cef-cla“  es una “isla de DNA” ausente en otros Streptomyces y contiene aproximadamente 40 genes que codifican las enzimas de biosíntesis de cefamicina y de ácido clavulánico. La regulación de la expresión de estos genes que contienen información para b-lactama-sintetasas, b-lactamasas, proteínas inhibidoras de b-lactamasas (BLIP), cefamicinas y ácido clavulánico (un inhibidor de b-lactamasas) es un modelo para otros metabolitos secundarios. La expresión de estos genes se controla a través de una cascada de transducción de señales mediante las proteínas reguladoras CcaR y ClaR, que interaccionan con secuencias específicas en los promotores de determinados genes de la vía biosintética.

Muchos de los genes para la biosíntesis de metabolitos secundarios están controlados por la concentración de fosfato en el medio ambiente (o caldo de cultivo). Los metabolitos secundarios – con distintas actividades farmacológicas – solamente se forman a concentraciones de fosfato limitantes para el crecimiento de los organismos productores. El mecanismo de control por fosfato ha sido investigado en detalle en Streptomyces griseus y Streptomyces natalensis productores de las macrólidas antifúngicas candicidina y pimaricina. La disponibilidad del genoma de Streptomyces coelicolor ha facilitado el análisis del sistema de dos componentes PhoR-PhoP. Nuestros últimos estudios (Sola-Landa et al., Mol. Microbiol., 2005) nos han permitido establecer la unión de la proteína PhoP a los promotores regulados por fosfato e identificar las secuencias de unión (cajas PHO).

En los últimos años el grupo ha abordado también la biosíntesis de metabolitos secundarios en varios hongos productores de toxinas (micotoxinas) y de pigmentos naturales. Varios de estos hongos presentan una enorme diversidad metabólica y junto a toxinas son capaces de producir b-lactamas debido a la presencia de los respectivos clusters de genes. Uno de los aspectos en los que se ha puesto énfasis es en la eliminación de la citrinina, una toxina que dificulta la utilización de los pigmentos rojos naturales de Monascus purpureus y de la toxina PR producida por Penicillium roqueforti durante la maduración de los quesos.

En resumen, durante las 3 últimas décadas de trabajo se han abierto líneas de investigación que nos han permitido profundizar en los mecanismos moleculares de una variedad de metabolitos primarios y secundarios de microorganismos, alguno de ellos de gran interés en la industria farmacéutica y en la alimentaria. Estos estudios ilustran el gran potencial de la biodiversidad microbiana para distintos usos en nuestra sociedad.