Ingienería genética en la fabricación del pan.

Por todos es muy conocido, que sin levadura, no hay pan. Las levaduras son necesarias en la fermentación, proceso químico por el cuál crece la masa y la miga es más o menos esponjosa. Sin embargo, lo más curioso del asunto, no radica en como se produce la fermentación, sino en, la serie de transformaciones que se produjeron (y se producen) en la genética de las mismas levaduras, con el fin de mejorar la productividad panadera. Es aquí donde entra la ingeniería genética en el proceso de fabricación del pan, también conocido como panificación. 

La conocida como levadura panadera, no es más que una cepa obtenida, tras diversos procesos de selección genética y desarrollo de cepas, del género Saccharomyces cerevisiae, la levadura original. Debido a la importancia económica y las numerosas características de los procesos de panificación, se han obtenido diferentes cepas del género Saccharomyces cerevisiae con el fin de obtener, combinadamente, un mayor rendimiento industrial y una serie de propiedades óptimas de fermentación y aroma del producto resultante.

¿Cómo se realiza, entonces, la selección de cepas y los procesos de ingienería genética en las levaduras?

Pues bien, en el caso de la levadura Saccharomyces cerevisiae el proceso se ve algo simplificado, puesto que, de la propia enzima se consiguió aislar un plásmido (DNA extracromosómico) circular, el Círculo de 2 μm, que actuará como vector para el clonaje e introducción de los genes en las levaduras. A través de diversos procesos «in vitro» mediante el uso de enzimas que actúan sobre el ADN (enzimas de restricción, fosfatasas, polimerasas, ligasas), se obtiene la secuencia de interés a introducir en la levadura. Para que esta secuencia tenga «vida» util dentro de la levadura, esto es, se exprese, es necesario añadirle un entorno genético adecuado (secuencias promotoras, terminadoras, activadoras, etc). El paso final es la introducción del vector que contiene la secuencia de interés en la levadura por medio de la transformación (proceso de captación del DNA presente en el medio facilitado por un choque térmico).

Como la transformación en levaduras tiene baja eficiencia, es necesario realizar una selección de las levaduras que han conseguido introducir el vector con la secuencia de interés. Para ello se utilizan medios selectivos de incubación con una sustancia para la cual la levadura es auxotrofa (no la puede sintetizar y la obtiene del medio) y cuyo gen esté presente en el vector usado para la introducción de la secuencia genética de interés. Si se produce crecimiento, esto quiere decir que la levadura ha introducido el vector en su totalidad. Según el tipo de vector utilizado, la nueva secuencia introducida podrá actuar de forma autónoma al cromosoma de la levadura o actuar de forma dependiente, si se inserta al genoma de la levadura por medio de la recombinación homóloga.

¿Qué mejoras introduce la ingeniería genética en las levaduras panaderas y por tanto, en la panificación?

Son tres las mejoras producidas por la uso de la ingeniería genética sobre las levaduras panaderas:

• Mayor producción industrial de las cepas.

La levadura panadera que conocemos todos y que, en algún momento, hemos utilizado o visto utilizar, se comercializa seca, presentándose habitualmente en forma de polvo. Sin embargo, la producción de la misma se realiza en forma líquida en grandes tanques, donde a través de un inóculo inicial, se obtienen las cantidades industriales a partir de crecimientos en medios con melazas (productos de la industria azucarera) ricas en rafinosa, azúcar no metabolizable por las cepas de Saccharomyces cerevisiae que se utilizan para fabricar el pan (si presente en otras no utilizables). 

Investigadores de la Universidad de Sevilla y científicos de la compañía ALKO, trabajaron conjuntamente en la introducción del gen que sintetiza la alfa-galactosidasa (enzima encargada de metabolizar la rafinosa NO presente en la levadura panadera) en la cepa de S. cerevisiae usada en la industria panadera, permitiendo así que con esta mejora, una mayor optimización y rendimiento de la de la producción industrial de las levaduras.

• Mejora en la panificación.

Cuando se fabrica el pan, la levadura se inocula en la harina y la fermenta, generando como producto de la reacción, gas carbónico responsable del aspecto más o menos esponjoso del pan (esto es, la miga más o menos «agujereada»).

Durante el proceso de la fermentación, la levadura consume los azúcares presentes en la masa: glucosa, sacarosa, fructosa y maltosa (procedente de la degradación del almidón de la harina). Sin embargo, no los consume por igual, sino secuencialmente, esto es, primero la glucosa, luego la sacarosa y fructosa y por último, la maltosa. Es aquí donde hay el principal fallo de cara a una mejor panificación, ya que al consumir por último la maltosa, el proceso de fabricación del pan se hace más lento y menos óptimo en cuanto a cualidades organolépticas. Científicos de la compañía Gist-Brocades, serían los que solucionarían el problema de la utilización tardía de la maltosa por parte de las levaduras panaderas.

¿Cómo lo hicieron? Sencillamente. Para que la levadura metabolize la maltosa es necesario que estén activas la maltosa permeasa (toma la maltosa del medio y la introduce en la levadura) y la maltasa (degrada la maltosa). Cuando hay niveles elevados de glucosa en el medio (al principio de la fermentación), ambas enzimas están reprimidas debido al bloqueo producido en las regiones promotoras (encargadas de la regulación de la expresión génica) de los genes que sintetizan ambas enzimas. 

Para evitar este bloqueo, los científicos de Brist-Brocades modificaron genéticamente las levaduras panaderas para que consumieran primero la maltosa. Es decir, produjeron una levadura transgénica, conocida como levadura MAL, donde las regiones promotoras de los genes que se bloqueaban en presencia de niveles altos de glucosa,fueron sustituídos por regiones de promotores de genes, que sí funcionaban con glucosa. El resultado obtenido era un aumento en la producción de gas carbónico (mejora de las cualidades organolétpicas) y de la capacidad fermentativa, reduciendo el tiempo empleado en la fermentación. La levadura MAL se convirtió así, en la primera levadura transgénica con permiso de comercialización por parte de las autoridades europeas. 

• Reducción de enfermedades laborales asociadas a la panificación.

Para favorecer la degradación del almidón de las harinas y la posterior utilización de la maltosa, es necesario añadir la enzima maltasa a la masa de pan. Como vemos en el punto anterior, es necesaria su acción conjunta con la maltosa permeasa, puesto que de no añadirse, se utilizarían solo las enzimas endógenas de las levaduras, y como se ha explicado, el proceso de panficación sería muy lento.

Esta enzima se añade en forma de polvo (forma comercial de presentación) que suele producir procesos alérgicos e irritaciones en las mucosas de los operario s que manipulan este reactivo. Para reducir este problema de salud laboral, científicos del Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) modificaron las levaduras panaderas mediante la introducción por medio de técnicas de ingienería genética, de un gen del hongo filamentoso Aspergillus oryzae que sintetiza la alfa-amilasa. La levadura transgénica resultante es capaz de utilizar directamente la enzima en el proceso de fermentación, obviando así su adicción y los procesos producidos. El pan resultante tiene unas muy buenas características organolépticas.

Con esto termino esta primera entrada de la sección de biotecnología alimentaria. Espero que os resultara igual de impactante e interesante a la vez, que a mí, al descubrir esta información.

Nos «leemos» en la próxima entrada!!

Tatiana

Fuentes:

Ramón D.»Los genes que comemos» Algar Editorial  ; M.G.Garibay,R.Quintero Ramírez, A. López-Munguía Canale «Biotecnología Alimentaria» Ed. Lumisa  ;  G.Morcillo Ortega, E. Cortés Rubio, J.L. García López «Biotecnología Alimentaria» Ed. UNED  ;  B. Bartolomé. «Alimentos transgénicos y su implicación en la alergia: por qué y como se desarrollan» Alergol Inmunol Clin 2001;16 (Extraordinario Núm. 2):137-157 ;