null Los pigmentos vegetales betalaínas pueden identificar posibles amenazas bioterroristas, según un estudio de la UMU

El grupo de investigación de Bioquímica y Biotecnología Enzimática de la Universidad de Murcia (UMU) ha descubierto que las betalaínas son capaces de competir por un determinado metal con las moléculas presentes en las esporas de las bacterias Bacillus, como la responsable del ántrax, pudiendo detectarse su presencia gracias a ese fenómeno.

Mirabilis jalapa

Calibrar este fenómeno de competencia descrito supone que las betalaínas puedan utilizarse como método rápido y simple para descubrir la presencia de estas esporas. Asimismo, podrían servir como herramienta para detectar falsas alarmas.

Al interactuar con el metal, la betalaína es capaz de atraparlo. La interacción metal-betalaína provoca la pérdida de una de las propiedades más características de las betalaínas, la fluorescencia. Además, se trata de un cambio reversible. Este hecho es en sí un descubrimiento, pero, además, “es precisamente esa reversibilidad de los cambios al quitar el metal la que hace que se detecte la molécula presente en las esporas de especies de las bacterias Bacillus”, señala el investigador de la UMU Fernando Gandía Herrero.

Estas esporas poseen una molécula, denominada ácido dipicolínico, estructuralmente parecida a la parte de las betalaínas que es capaz de capturar el metal. De esta forma, cuando un determinado metal, las betalaínas y el ácido dipicolínico se encuentran juntos, se produce una competición entre estas dos últimas por este metal: el europio.

La gran afinidad del ácido dipicolínico por el europio hace que el complejo europio-betalaína se rompa. “Es decir, la molécula de las esporas ‘roba’ el metal a los pigmentos, y así la betalaína vuelve a su estado original y revierte los cambios, recuperando color y fluorescencia. Esa es la señal que podemos ‘ver’ y cuantificar”, explica Gandía Herrero.

Por tanto, es posible determinar la presencia de esporas de bacterias del género Bacillus, incluso en menor cantidad del nivel de infección de aquellas que son perniciosas, a través de los cambios de color y de fluorescencia de los pigmentos betalaínas.

Destaca la utilización en este estudio, publicado en la revista Dyes and Pigments, de la betalaína más fluorescente, que está presente en flores amarillas de Don Pedro (Mirabilis jalapa), una planta muy conocida en Murcia y que se abre al atardecer.

 

Un fenómeno descrito en la UMU

Las interacciones explicadas se han descrito gracias a las nuevas técnicas de obtención biotecnológica de los pigmentos, desarrolladas por este grupo de la UMU.

Los investigadores han clonado la enzima con la función más importante de la ruta biosintética de los pigmentos betalaínas y la han expresado en bacterias fácilmente manejables en laboratorio. “Se han desarrollado biofactorías que no dependen de la estacionalidad de las plantas, de su cultivo o de la recogida de flores”, destaca el experto de la UMU.

De esta forma, es posible dirigir la síntesis de las betalaínas, sin las demás moléculas que también poseen las plantas y sin depender de su crecimiento, hacia compuestos individuales elegidos por los propios investigadores.

Esta tecnología ha sido creada gracias a los trabajos de la doctoranda Mª Alejandra Guerrero Rubio, primera firmante del trabajo. Además, el análisis de moléculas se ha desarrollado con el apoyo de los servicios centrales de investigación de la UMU (ACTI).


Implicaciones futuras

La modulación general y reversible del color y la fluorescencia de las betalaínas abre nuevas líneas de trabajo a nivel de la fisiología de las plantas que las producen, las cuales necesitan movilizar metales en su desarrollo y tener colores vivos para atraer polinizadores.

La función, hasta ahora desconocida, de las betalaínas de atrapar metales es una propiedad importante porque podría ser un mecanismo de solubilización de metales que las plantas necesitan y toman del suelo. Este hecho puede, además, explicar la presencia de estas moléculas coloreadas en las raíces de las plantas, donde no las ve ningún polinizador o dispersador de semillas.

“También nos va a ayudar a evitar las pérdidas de color en los alimentos que las contienen o a los que se las añade para darles un tono morado o rosa. La estabilidad de los colorantes naturales es muy relevante para la industria alimentaria y este efecto es un factor para tener en cuenta”, explica Gandía Herrero.

Asimismo, el tándem formado entre un metal y la sustancia que lo atrapa puede dar a lugar a nuevas aplicaciones directas que deben ser investigadas.

 
Más información

Los trabajos con betalaínas se desarrollan dentro del grupo de investigación de Bioquímica y Biotecnología Enzimática de la UMU, liderado por el profesor Francisco García Carmona. Los fondos que sustentan las actividades del grupo provienen de convocatorias competitivas de los Proyectos Científicos de Excelencia del Ministerio de Ciencia e Innovación y de la convocatoria de Grupos de Excelencia de la Región de Murcia, financiada por la Fundación Séneca, Agencia de Ciencia y Tecnología de la Región de Murcia.

 

Referencia bibliográfica:

M. A. Guerrero-Rubio, J. Martínez-Zapata, P. Henarejos-Escudero, F. García-Carmona y F. Gandía-Herrero (2020). Reversible bleaching of betalains induced by metals and application to the fluorescent determination of anthrax biomarker. Dyes and Pigments, 180. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2020.108493