¿Cómo se diseñan los nuevos alimentos funcionales?

¿Cómo se diseñan los nuevos alimentos funcionales?
mikel casal

Para solucionar un problema relacionado con la alimentación hemos necesitado a la fisiología vegetal, a la encapsulación molecular... La ciencia es interdisciplinar

JOSÉ MANUEL LÓPEZ NICOLÁS

El mercado de los alimentos funcionales está saturado de zumos enriquecidos en vitaminas, probióticos, margarinas con esteroles, etc. Por ello los departamentos de investigación y desarrollo de las empresas de alimentación buscan nuevos ingredientes con los que atraer al consumidor. Estos ingredientes deben cumplir tres condiciones: que sean innovadores, que posean propiedades saludables y que sean de fácil producción. Para alcanzar este triple objetivo los investigadores están mejorando la producción de moléculas presentes en el reino vegetal que son difíciles de sintetizar químicamente.

Recientes estudios muestran cómo moléculas pertenecientes al grupo de los estilbenos presentes en uva, arándanos, etc., podrían cumplir las propiedades que se les piden a los nuevos ingredientes funcionales. Sin embargo, esta familia de hidrocarburos aromáticos de bajo peso molecular, entre los que se encuentran el oxyresveratrol, el resveratrol, el pterostilbeno o la pinosilvina, presentan dos importantes inconvenientes: no son fáciles de sintetizar y se encuentran a muy baja concentración en un grupo muy reducido de plantas.

Para solucionar estos problemas es necesario el desarrollo de estrategias que permitan incrementar la producción de estilbenos usando cultivos in vitro. Una de esas estrategias consiste en añadir a los cultivos celulares agentes que incrementen su producción. Un ejemplo son los elicitores. ¿A qué me refiero?

La elicitación es un conjunto de técnicas en las que las células se someten a factores externos, induciendo mecanismos de defensa que en ocasiones incrementan la síntesis de metabolitos específicos. Dichos factores son llamados elicitores y se clasifican de acuerdo a su naturaleza, en bióticos (quitosano, metil jasmonato, alginato, extractos fúngicos) y abióticos (metales pesados, estrés térmico, estrés osmótico).

Cultivos celulares

En el caso de los estilbenos, el elicitor que tradicionalmente mejor resultado ha dado para incrementar su producción en cultivos de células vegetales es el metil jasmonato, un compuesto orgánico volátil que actúa como regulador del crecimiento de las plantas. Sin embargo, el uso de metil jasmonato como único elicitor no es capaz de incrementar la producción de los estilbenos en cantidades suficientes como para enriquecer alimentos funcionales. Para solucionar este nuevo problema añadimos a los cultivos celulares otras moléculas que, conjuntamente con el metil jasmonato, produzcan el efecto deseado.

¿A qué compuestos me refiero? A las ciclodextrinas, moléculas de glucosa unidas formando un anillo cuya propiedad más interesante es su capacidad para encapsular una amplia variedad de moléculas dentro de su cavidad interna. La encapsulación de moléculas en el interior de las ciclodextrinas tiene una serie de ventajas entre las que destacan la estabilización de sustancias sensibles a la luz y/o oxígeno, la protección de distintas moléculas frente a la degradación, el enmascaramiento de colores, sabores y aromas desagradables...

Pues bien, diversos autores han demostrado cómo la adición simultánea de ciclodextrinas y metil jasmonato a cultivos celulares dispara la producción de estilbenos. Para alcanzar este objetivo las ciclodextrinas y metil jasmonato trabajan en equipo. Las ciclodextrinas encapsulan el metil jasmonato en su interior y se forma un compuesto con gran capacidad elicitora.

Pero, ¿cuál de las decenas de ciclodextrinas conocidas encapsula mejor el metil jasmonato? ¿Hay que probarlas todas en el laboratorio? La química computacional premiada con el Premio Nobel de Química 2013, a través del llamado cribado virtual, nos da la respuesta. El cribado virtual es el uso de la química computacional para cribar una librería que contiene información estructural sobre gran cantidad de ligandos (incluso decenas de millones de ellos). En el caso que nos ocupa, un correcto cribado nos permitirá encontrar, entre todas las ciclodextrinas existentes y sin necesidad de ir probándolas una por una en el laboratorio, cuál es la óptima para encapsular al metil jasmonato. De esta forma dispararemos la producción de estilbenos que luego añadiremos a los nuevos alimentos funcionales.

Dos son los elementos necesarios para hacer un correcto cribado virtual: una amplia librería donde buscar ligandos y un potente ordenador que haga las simulaciones correspondientes mediante los programas adecuados. Para poder procesar grandes librerías con millones de compuestos, los métodos de cribado virtual deben ser lo suficientemente rápidos para poder realizar el proceso en un espacio de tiempo razonable y poder además identificar 'las agujas en el pajar'. Entre todos los métodos de cribado virtual existentes, el mejor para predecir la posible unión entre el metil jasmonato y las ciclodextrinas es el docking molecular. Este método nos dice cómo se unen dos moléculas para formar un complejo estable.

Si ustedes están siguiendo correctamente este artículo se darán cuenta de que empleando la química computacional hemos seleccionado, y sin pisar el laboratorio, una sola ciclodextrina entre centenas de existentes. Este proceso ahorra trabajo y dinero... y todo gracias a los padres de la química computacional, los Premios Nobel de Química del 2013: el austríaco Martin Karplus, el sudafricano Michael Levitt y el israelí Arieh Warshel.

Una vez seleccionada la ciclodextrina óptima para encapsular el metil jasmonato y así incrementar la producción de estilbenos, el siguiente paso será enriquecer nuevos alimentos funcionales. Por último, y para no caer en la publicidad engañosa, habrá que hacer estudios en humanos que confirmen que estos nuevos alimentos funcionales enriquecidos en estilbenos son efectivos.

Ideas fundamentales

Estimados lectores, cuando comencé a escribir este artículo me propuse trasmitirles dos ideas fundamentales para comprender la investigación científica. La primera de ellas es que entiendan la importancia de conocer los fenómenos que ocurren a pequeña escala para luego poder diseñar procesos a gran escala... o de otro modo, la estrecha relación existente entre la investigación básica y la aplicada.

La segunda, igual de importante, es que la ciencia es absolutamente interdisciplinar. Relean este artículo y se darán cuenta de que para solucionar un problema relacionado con la alimentación hemos necesitado a la fisiología vegetal, a la encapsulación molecular, a la química computacional, a la bioinformática y a muchas otras ramas de la ciencia de las que no les he hablado... ¿de verdad alguien piensa que la ciencia entiende de fronteras disciplinares?