BIOTECNOLOGIA

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20 El océano que queremos: ciencia oceánica inclusiva y transformadora
Probablemente es la historia sobre biotec-
nología y descubrimiento de biodiversidad 
que más gente conoce: la que relaciona los 
científicos Thomas D. Brock y Kary Mullis 
con el condenado a muerte Kirk Bloodsworth. 
En los años 60, Thomas Brock estudió en Ye-
llowstone los microorganismos hipertermófilos 
(procariotas que se desarrollan a temperaturas 
muy altas). Encontró una bacteria que crece y 
se divide a temperaturas de hasta 70 °C, y la 
llamó Thermus aquaticus. Trabajó por el placer 
del conocimiento, para comprender los límites 
de la vida. Nadie le pidió nunca que hiciera 
investigaciones «aplicadas». Muchos años des-
pués, Kary Mullis recordó que este procariota 
replica su ADN a altas temperaturas y desa-
rrolló un método para copiar y multiplicar 
cualquier molécula de ADN mediante una en-
zima aislada de Thermus. Esta técnica, llamada 
reacción en cadena de la polimerasa (PCR), se 
ha convertido en una palabra de moda habitual 
para la mayoría de nosotros y le hizo ganar el 
premio Nobel de Química, a la vez que él y su 
empresa ganaban mucho dinero. Y he aquí que 
unos años después, la primera vez que se utilizó 
la PCR en un caso judicial, permitió demostrar 
que Kirk Bloodsworth no era responsable del 
asesinato del que le habían acusado. Brock, el 
descubridor de la biodiversidad, nunca pen-
só que su investigación básica podría llegar a 
hacer que algunas personas fueran ricas, otras 
absueltas de asesinato y la mayor parte de no-
sotros nos hiciéramos pruebas para detectar la 
COVID19. La investigación básica en diversi-
dad permitió avances y desarrollos biotecnoló-
gicos muy significativos.
Muchos microorganismos, 
y muy diversos
El océano rebosa de microbios. Hasta 1029 
procariotas y eucariotas unicelulares se reparten 
en una cantidad estimada de 1011 especies dife-
rentes (Locey y Lennon 2016). Por su amplio 
repertorio metabólico, inmensamente mayor 
que el de los eucariotas, los procariotas con-
ducen los ciclos biogeoquímicos de la Tierra 
(Falkowski et al. 2008) hasta el punto que un 
mundo de grandes eucariotas pluricelulares (es 
decir, plantas y animales) no sería sostenible sin 
los microorganismos. Cada procariota tiene de 
2000 a 7000 genes y cada protista (es decir, un 
eucariota unicelular) unos 30 000. Aunque la 
mayor parte de la maquinaria genética de los 
microbios trata de funciones esenciales comunes 
a la mayoría de ellos (como la duplicación del 
ADN, la división celular, etc.), también hay una 
gran cantidad de «genes funcionales», que codi-
fican funciones y metabolismos específicos y que 
son los que dirigen los ciclos biogeoquímicos. 
Para una determinada función específica, hay 
muchas variantes genéticas distintas de micro-
bios diferentes: a menudo cientos de variantes 
en una misma ubicación. Con un poco de ma-
temáticas sencillas se puede imaginar la inmensa 
diversidad en las funciones biogeoquímicas que 
pueden hacer los microbios. Pueden fijar el 
nitrógeno atmosférico en forma de amoníaco, 
pero también convertir el amoníaco en nitrito y 
volverlo a nitrógeno gas. Pueden oxidar el hierro 
reducido, pero también reducir el hierro oxida-
do (y corroer las tuberías y hacer que funcionen 
mal) y mientras algunos usan el metano como 
1.1. Microorganismos marinos 
y biotecnología azul
Josep M. Gasol, Ramon Massana, Maria Montserrat Sala, Marta Sebastián, 
Ramiro Logares, Pablo Sánchez, Silvia G. Acinas
El océano que queremos: ciencia oceánica inclusiva y transformadora. 
Pelegrí J.L., Gili J.M., Martínez de Albéniz M.V. (eds.). 2022. Institut de Ciències del Mar, CSIC, Barcelona.
 Océano limpio 21 
fuente de carbono, otros producen metano. 
Los metabolismos microbianos son extremada-
mente versátiles y pueden degradar multitud 
de sustancias producidas de manera autóctona 
en el océano, pero también muchas sustancias 
alóctonas: las que los humanos hemos introdu-
cido, como plásticos, petróleo o todo tipo de 
productos químicos. Y es probable que ejecuten 
otras muchas funciones que ni siquiera sabemos 
que existen. En una investigación reciente del 
océano profundo tropical y subtropical, hemos 
encontrado más de 600 000 genes microbianos 
únicos de este hábitat, de los cuales el 58% no 
se habían observado antes y el 63% de estos tie-
nen una función por ahora desconocida (Acinas 
et al. 2021). Aunque algunas de estas nuevas 
funciones pueden ser similares a otras descritas 
anteriormente, algunas pueden ser nuevas para 
la ciencia.
Microorganismos oceánicos y economía
No es extraño, por tanto, que los genes pre-
sentes en los microbios oceánicos sean parte de 
los fundamentos de la llamada economía azul, 
la economía que se genera a partir de productos 
o servicios derivados del océano. El descubri-
miento de organismos que contienen moléculas 
y genes de interés comercial ha crecido paralelo 
a la exploración de la biodiversidad marina. 
Para 2025, se prevé que el mercado mundial de 
biotecnología marina llegará a los 6400 millones 
de dólares, y que incluirá una amplia gama de 
supuestos comerciales dentro de las industrias 
farmacéutica, de biocombustibles y química. 
Desde 2017, un total de 12.998 secuencias 
genéticas provenientes de 862 especies marinas 
han sido patentadas con protección interna-
cional en virtud del Tratado de Cooperación 
de Patentes (figura 1). La mayor parte de estas 
patentes se asocian a especies microbianas. Re-
presentan más del 73% de todas las secuencias 
patentadas en las bases de datos (Blasiak et al. 
2018), a pesar de constituir solo el 19% de las 
especies recogidas en el Registro Mundial de 
Especies Marinas (WoRMS). Esto indica el gran 
potencial de los microbios marinos para aplica-
ciones biológicas.
Uso biotecnológico de los 
microorganismos marinos: 
algunos ejemplos relevantes
¿Cómo se pueden utilizar biotecnológi-
camente las funciones microbianas? La produc-
ción de biomasa es uno de los procesos más an-
tiguos. La biomasa microalgal se ha recolectado 
como alimento y también se ha utilizado como 
biocombustible desde hace mucho tiempo. Los 
polisacáridos (agar y carraginatos son los más 
conocidos), y otros compuestos de alto peso 
molecular como los alginatos, se usan en la 
industria alimentaria y en la industria cosmé-
tica, a menudo utilizando el origen oceánico 
del principio activo microbiano para avalar 
la utilidad del producto. Los biosurfactantes, 
Figura 1. Interés comercial creciente por los recursos genéticos marinos. Número acumulado de especies marinas con 
secuencias patentadas a lo largo del tiempo (1988–2017) (A) y secuencias patentadas de especies marinas (B). En los 
gráficos esféricos, las proporciones correspondientes a los microbios. Adaptado de Blasiak et al. (2018).
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1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Año
Microbios
N
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73%
27%
74%
26%
22 El océano que queremos: ciencia oceánica inclusiva y transformadora
los bioemulsionantes o los exopolisacáridos de 
origen microbiano también tienen aplicacio-
nes en ingeniería (en perforación de rocas) y 
las sílices derivadas de bacterias, en forma de 
nuevos biosilicatos con propiedades eléctricas, 
ópticas y catalíticas únicas, también tienen un 
gran potencial en la ciencia de nanomateriales 
(OECD 2013). A pesar de que la mayoría de los 
antibióticos utilizados actualmente se aislaron 
de organismos terrestres, se cree que las bacterias 
y los hongos marinos son fuentes prometedoras 
para la bioprospección y para nuevos descubri-
mientos.
Además de la aplicación de subproductos del 
crecimiento microbiano, podemos destacar el 
papel de los microbios en la degradación de sus-
tancias. Bacterias degradadoras de hidrocarburos 
como Alcanivorax, Cycloclasticus o Marinobacter 
se utilizan junto con agentes tensioactivos para 
la biorremediaciónde los derrames de petróleo 
en el océano. Se ha demostrado que algunas 
bacterias son capaces de subsistir solo degradan-
do hidrocarburos, y se han encontrado en todos 
los océanos, incluso en los puntos más profun-
dos de la fosa de las Marianas, a 11.000 metros 
de profundidad. Los compuestos inorgánicos, 
como el metil-mercurio, son tóxicos para la 
mayoría de organismos, incluidos los humanos, 
pero no para muchos microbios. Ya se sabía que 
las bacterias metanotróficas, que se han especia-
lizado en la degradación de sustratos reducidos 
de un solo carbono en presencia de oxígeno, son 
capaces de desmetilar y, por tanto, desintoxicar, 
este compuesto tóxico, pero hemos encontrado 
una gran diversidad y una amplia distribución 
de microbios con este potencial genético en el 
océano profundo. Se está haciendo un esfuerzo 
para utilizar estas bacterias marinas en la degra-
dación de metil-mercurio y en la biorremedia-
ción de sedimentos marinos contaminados.
Los plásticos se están convirtiendo en uno de 
los contaminantes más prevalentes en el océano 
y afectan a los organismos marinos de todo tipo. 
Pero los plásticos están formados principalmente 
por hidrocarburos y algunos microbios han de-
sarrollado la capacidad de degradar el PET (tere-
ftalato de polietileno, un componente principal 
del plástico), e incluso se ha descrito un aislado, 
Ideonella sakaiensis, que degrada el PET y lo 
asimila como fuente única de carbono y energía 
Figura 2. Una visión general de la presencia y la relevancia de los microbios en el océano (panel superior, izquierda), 
la recuperación de la biodiversidad marina en cultivo puro (panel superior, derecha) y las aplicaciones biotecnológicas 
discutidas en el texto a partir de la biomasa, de las secuencias y de los genes de estos microbios marinos.
Producción de biomasa 
Polisacáridos, antibióticos, enzimas 
Edición genómica
Sistemas CRISPRs-Cas9 
Procesos de Biorremediación
 Océano limpio 23 
(Yoshida et al. 2016). En un estudio reciente 
de la expedición Malaspina, hemos observado 
varias decenas de variantes de esta enzima, que 
son particularmente abundantes en el océano 
profundo (Alam et al. en revisión): parece que 
estas bacterias han evolucionado y se han diver-
sificado hace relativamente poco, lo que indi-
caría que la contaminación por plásticos se está 
convirtiendo en una fuente de carbono para los 
microbios del océano profundo que contribu-
yen a eliminar el plástico presente en el medio 
marino. Las bacterias oceánicas se adaptarían a 
los contaminantes que nosotros, los humanos, 
vertemos en el medio marino.
Otro gran ejemplo de avance biotecnológico 
basado en la investigación básica es el descubri-
miento de las repeticiones cortas palindrómicas 
intercaladas regularmente, conocidas como 
CRISPR. Estas secuencias fueron observadas 
por Francisco Mojica y colaboradores durante 
la década de 1990 cuando estudiaban arqueas 
halófilas en salinas. Mojica acuñó el término 
CRISPR y sugirió que estaban implicadas en la 
inmunidad bacteriana contra elementos genéti-
cos extraños (Mojica et al. 2005). Los sistemas 
CRISPR-Cas son sistemas de respuesta inmune 
adaptativa que protegen los procariotas de los 
bacteriófagos y otros agentes externos. El sis-
tema CRISPR-CAS9 ha sido usado como una 
herramienta robusta de edición del genoma para 
eliminar, editar o introducir nuevos genes y re-
gular la expresión génica. Este es probablemente 
el descubrimiento científico más relevante del 
siglo y con un impacto enorme en la biomedici-
na y la biotecnología. Si bien Jennifer Doudna 
y Emmanuelle Charpentier ganaron el premio 
Nobel de Química en 2020 por desarrollar la 
tecnología CRISPR de edición del genoma, las 
primeras observaciones de Mojica fueron esen-
ciales y abrieron el camino a los estudios pos-
teriores. De nuevo, la investigación básica fue 
por delante. En un análisis reciente de muestras 
de la expedición Malaspina hemos identificado 
nuevas arquitecturas del sistema CRISPR-Cas y 
nuevas variantes CAS9 provenientes del océano 
profundo que, tras la validación en organismos 
modelo, podrían ser aprovechadas en investiga-
ciones biológicas, biotecnológicas y aplicaciones 
clínicas.
Aunque los microorganismos tienen mucho 
menos glamour que otros organismos marinos, 
como ballenas, tortugas o peces de colores, son 
esenciales para el funcionamiento del sistema 
Tierra y representan una fuente inexplotada de 
enzimas y compuestos que cada vez aparecen 
en más iniciativas de economía azul (figura 2). 
Es esencial que se continúe haciendo esfuerzos 
para determinar la diversidad microbiana y la de 
sus genes, para aislar bacterias, arqueas, hongos, 
pequeños protistas y virus, para caracterizar sus 
genomas y las enzimas y compuestos que produ-
cen, y para explorar su potencial biotecnológico, 
de forma que la gran cantidad de funciones 
útiles que utilizan para dirigir la biogeoquímica 
oceánica se utilicen también industrialmente 
para mejorar la vida humana.
Referencias
Acinas S. G., Sánchez P., Salazar G. et al. 2021. Deep 
ocean metagenomes provide insight into the meta-
bolic architecture of bathypelagic microbial commu-
nities. Comm. Biol. 4.
Blasiak R, Jouffray J.B., Wabnitz C.C.C., et al. 2018. 
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Falkowski P.G., Fenchel T., Delong E.F. 2008. The 
microbial engines that drive Earth’s biogeochemical 
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Locey K. J., Lennon J.T. 2016. Scaling laws predict 
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Mojica F.J., Díez-Villaseñor C., García-Martínez J. et al. 
2005. Intervening sequences of regularly spaced pro-
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OECD. 2013. Marine Biotechnology: Enabling 
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http://dx.doi.org/10.1787/9789264194243-en
Yoshida S., Hiraga K., Takehana T., et al. 2016. A bac-
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DOI: https://doi.org/10.20350/digitalCSIC/14051
http://dx.doi.org/10.1787/9789264194243-en