Patentar para transformar, desarrollos recientes del IBt-UNAM
Mario Trejo Loyo y Martín Patiño Vera
En nuestro artículo anterior [1], les platicamos acerca de 5 patentes que le fueron otorgadas al Instituto en un lapso de 2 años (2022-2023). La cosecha ha continuado, en esta ocasión les platicaremos de cuatro invenciones otorgadas como patentes en 2024 por el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI), que se suman a la oferta tecnológica del IBt para empresas emprendedoras interesadas en implementarlas en sus procesos productivos, proveyendo a la sociedad con nuevos o mejores productos o servicios. Esta es una de las formas más claras en la que las instituciones de investigación científica o tecnológica logran regresar a la sociedad parte de lo invertido en ellas. Todas estas patentes actualmente se encuentran disponibles para su licenciamiento y sus datos más relevantes son los siguientes:
● 24 inventores involucrados, 19 de ellos del IBt.
● 2 de los 5 Departamentos del IBt involucrados en su desarrollo: dos de las patentes en el Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis; y las otras dos en el Departamento de Medicina Molecular y Bioprocesos.
● 2 instituciones colaboradoras involucradas: la Leland Stanford Junior University y el Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición “Salvador Zubirán”.
A continuación, se detalla cada una de las invenciones.
Un nuevo método para la separación y purificación de plásticos biodegradables
La primera invención se refiere a un proceso innovador para separar y purificar el bioplástico llamado poli-3-hidroxibutirato “P(3HB)”. Esta invención está protegida por la patente mexicana MX 416952 B y fue desarrollada en el grupo de bioingeniería de producción de biopolímeros del Dr. Carlos F. Peña del IBt de la UNAM [2].
¿Qué es el P(3HB)?
El P(3HB) es un bioplástico, formado por muchas moléculas unidas de 3-hidroxibutirato (Figura 1), es especial porque, a diferencia de los plásticos derivados del petróleo, es biodegradable y biocompatible, lo que significa que puede descomponerse en la naturaleza y también utilizarse en aplicaciones en el campo médico sin causar daño. Sus propiedades son similares a las de plásticos comunes como el polipropileno, que se usa para elaborar envases térmicos y en fibras textiles, pero con la ventaja de ser sustentable. Es producido por diversas bacterias como Azotobacter vinelandii y cepas recombinantes de E. coli. El polímero de A. vinelandii se destaca por su ultra alto peso molecular, ideal para usarlo en la producción de productos plásticos especializados, como prótesis e hilos quirúrgicos.
Figura 1. Representación gráfica de la molécula de P(3HB) (a) producida en el interior de las células de A. vinelandii (b).
¿Cómo lo hicieron?
El equipo del Dr. Peña diseñó un método simple de dos etapas para separar y purificar el P(3HB):
● Usaron alcohol y acetona, solventes de baja toxicidad, para romper las membranas de las bacterias, y al mismo tiempo extraer y purificar el bioplástico.
● Con este procedimiento lograron un rendimiento del 85 % y una pureza del 93%, de polímero con ultra alto peso molecular (Figura 2).
Figura 2. Sistema de separación y purificación del polímero.
¿Qué protege la patente?
Un método en dos etapas para la separación y purificación de P(3HB), de ultra-alto peso molecular, de caldos de cultivo, a partir del uso de solventes amigables con el medio ambiente.
¿Qué importancia tiene esta nueva invención?
Este nuevo método es importante porque:
● Evita el uso de solventes como el cloroformo, altamente contaminantes.
● Permite obtener biopolímeros con un peso molecular 10 veces mayor que el producido con métodos tradicionales.
● Contribuye al desarrollo de plásticos amigables con el medio ambiente y útiles en el campo médico, para hacer prótesis, hilos quirúrgicos y otros (Figura 3).
Figura 3. Prótesis y filamentos de P(3HB) con aplicaciones en el campo médico.
Una nueva bacteria y un nuevo método para producir piruvato a partir de glucosa y/o xilosa, inclusive de desechos agroindustriales
La segunda invención se refiere a una nueva bacteria de Escherichia coli modificada genéticamente, que tiene la capacidad de producir principalmente piruvato como resultado de la fermentación, utilizando glucosa y/o xilosa como fuente de carbono, inclusive hidrolizados de desechos agroindustriales adicionados a un medio de cultivo mineral. Esta invención está protegida por la patente mexicana MX 418095 B y fue desarrollada por el grupo de ingeniería de vías metabólicas encabezado por el Dr. Alfredo Martínez del IBt de la UNAM [3].
¿Qué es el piruvato?
El piruvato es una molécula (Figura 4) fundamental en el metabolismo de los seres vivos:
● Posee alto valor energético y es muy reactiva gracias a sus grupos funcionales (carboxilo y cetona).
● Actúa como intermediario central en numerosas rutas metabólicas, lo que dificulta acumularlo en grandes cantidades.
● Se emplea en la síntesis de fármacos, agroquímicos y productos alimentarios.
● En forma de sales (sodio o potasio) se ha utilizado como suplemento para favorecer la pérdida de peso y mejorar el rendimiento físico.
● También se estudia como antioxidante en terapias contra el cáncer.
Figura 4. Representación gráfica de la molécula de ácido pirúvico
¿Cómo se logró?
El grupo del Dr. Martínez aplicó técnicas de ingeniería metabólica para rediseñar la bacteria E. coli, lo que permitió:
● Eliminar las rutas metabólicas que competían con la producción de piruvato.
● Que la cepa microbiana pueda metabolizar glucosa y xilosa al mismo tiempo, lo que le permite aprovechar residuos agroindustriales como materia prima.
● Cultivar la bacteria en condiciones de bajo oxígeno, favoreciendo la acumulación de piruvato en altas concentraciones.
● Un proceso que alcanzó un rendimiento de 85% del valor teórico.
¿Qué protege la patente?
La patente cubre tanto la nueva cepa de E. coli modificada genéticamente como el método fermentativo para producir piruvato a partir de glucosa, xilosa o hidrolizados de residuos agroindustriales.
¿Qué importancia tiene esta nueva invención?
Esta nueva bacteria modificada genéticamente y el método de producción representan un avance notable porque:
● La nueva cepa produce piruvato con alto rendimiento y productividad.
● Permite transformar residuos agroindustriales en compuestos de valor, impulsando la sostenibilidad y la economía circular.
● Se diseñó un método fermentativo adaptable a distintos tipos de cultivo (lote, continuo y lote alimentado) (Figura 5).
● Se logró un rendimiento molar equivalente al 85% del valor teórico, lo que marca un hito en la biotecnología aplicada.
Figura 5. Diagrama ilustrativo de la aplicación del nuevo proceso desarrollado para producción de piruvato (imagen generada con Copilot AI, por Martín Patiño Vera).
Nuevas bacterias de E. coli para producir ácido succínico a partir de azúcares y residuos agroindustriales
La tercera invención consiste en nuevas bacterias de Escherichia coli (E. coli) modificadas genéticamente. Estas bacterias usan una enzima, llamada Pck para transformar sustancias dentro de su metabolismo y así producir ácido succínico de manera muy eficiente. La invención desarrollada utiliza glucosa, xilosa o mezclas de ambas como fuente de carbono, incluso hidrolizados de desechos agroindustriales adicionados a un medio de cultivo mineral. Esta invención está protegida por la patente mexicana MX 418096 B y fue desarrollada por el grupo de ingeniería de vías metabólicas lidereado por el Dr. Alfredo Martínez del IBt de la UNAM [4].
¿Qué es el ácido succínico?
El ácido succínico es una molécula orgánica pequeña, formada por cuatro átomos de carbono (Figura 6), que juega un papel clave dentro de nuestras células. Participa en el ciclo de Krebs, un proceso esencial mediante el cual el cuerpo transforma azúcares y grasas en energía, además de producir dióxido de carbono y agua.
Pero su importancia no se limita al interior de los seres vivos. Este compuesto también es imprescindible para la industria, ya que funciona como materia prima para fabricar una gran variedad de productos:
● Es el punto de partida para sintetizar numerosos compuestos químicos, con un mercado en México de alrededor de 270 toneladas.
● A partir de él se obtienen sustancias como el 1,4-butanodiol, que a su vez se utiliza para producir materiales como el tetrahidrofurano (THF) y la γ-butirolactona. Estos compuestos se emplean en solventes y en la fabricación de plásticos flexibles y fibras elásticas, como el poliuretano.
● Puede sustituir a otros compuestos derivados del petróleo, como el ácido adípico (usado para fabricar nylon) y al anhídrido maleico, ampliamente utilizado en las industrias de la construcción, vivienda y automotriz.
Actualmente, el ácido succínico se obtiene principalmente a partir de petróleo. Sin embargo, la biotecnología está abriendo la puerta a producirlo de manera más sostenible, utilizando microorganismos y materias primas renovables.
Figura 6. Representación gráfica de la molécula de ácido succínico.
¿Cómo se logró?
El grupo del Dr. Martínez utilizó herramientas de ingeniería metabólica para “reprogramar” bacterias de E. coli y hacerlas más eficientes en la producción de ácido succínico. En otras palabras, ajustaron su metabolismo para que fabriquen más de este compuesto.
Para lograrlo, realizaron varios cambios:
● Redirigieron la maquinaria interna de la bacteria para que use principalmente una enzima llamada Pck, favoreciendo la producción de ácido succínico.
● En una de las cepas, insertaron el gen pck directamente en su ADN, junto con un “interruptor” que permite activarlo solo cuando se necesita.
● En otra cepa, eliminaron un gen (ppc), que normalmente desvía el proceso hacia otras rutas, evitando la producción de compuestos no deseados.
Después, estas bacterias modificadas se cultivaron en condiciones controladas: con poco oxígeno, para favorecer la producción de ácido succínico con altos rendimientos, y alimentándolas con azúcares como glucosa y xilosa, incluso provenientes de residuos agroindustriales.
El resultado fue notable, ya que el proceso desarrollado alcanzó concentraciones de hasta 13.50 gramos por litro de ácido succínico, un rendimiento muy cercano al máximo teórico posible.
¿Qué protege la patente?
La patente cubre tanto las nuevas cepas de E. coli modificadas genéticamente como el método fermentativo para producir ácido succínico a partir de glucosa, xilosa o hidrolizados de residuos agroindustriales.
¿Qué importancia tiene esta nueva invención?
Las nuevas bacterias modificadas genéticamente y el método de producción representan un avance notable porque:
● Las nuevas cepas producen ácido succínico con mayor rendimiento y productividad que otras cepas reportadas.
● Permite transformar residuos agroindustriales en compuestos de alto valor, impulsando la sostenibilidad y la economía circular.
● El método fermentativo diseñado utiliza medios minerales simples económicos con hidrolizados agroindustriales, que permite aprovechar azúcares presentes en materiales como bagazo de agave o rastrojo de maíz (Figura 7).
Figura 7. Diagrama ilustrativo de la aplicación del nuevo proceso desarrollado para producción de ácido succínico (imagen generada con Copilot AI, por Martín Patiño Vera).
Nuevos antibióticos de alacrán para combatir la tuberculosis e infecciones de piel, huesos y pulmones
La cuarta invención se refiere a dos nuevos antibióticos (benzoquinonas) no peptídicos, es decir, que no están formados por aminoácidos. Estos fueron aislados del veneno de un alacrán. En esta ocasión se trata de la patente mexicana MX417871 B [5] que fue otorgada en 2024.
Brevemente, investigadores de la UNAM, liderados por el Dr. Lourival Possani, descubrieron en el veneno de un alacrán morelense dos moléculas sorprendentes: una se vuelve azul al oxidarse y combate la tuberculosis; la otra se torna roja y actúa contra infecciones provocadas por Staphylococcus aureus.
El hallazgo fue posible gracias a la colaboración con especialistas en microbiología y química de México y Estados Unidos, quienes lograron identificar, sintetizar y ensayar en ratones estas moléculas.
La innovación está protegida por una familia internacional de patentes que protege:
● Las moléculas antibióticas.
● Su método de síntesis.
● Pruebas exitosas en roedores, sin toxicidad.
Este avance muestra cómo la ciencia puede transformar un veneno mortal en un recurso para salvar vidas.
Previamente, en esta revista [1], publicamos una descripción más detallada de esta importante invención que entonces fue otorgada en Sudáfrica. Lo que se reporta en esta ocasión es el otorgamiento de otro miembro de la misma familia de patentes, ahora otorgada en México, por lo que sugerimos al lector revisar el artículo correspondiente, para encontrar con mayores detalles sobre la invención.
Familias de patentes
Las patentes sirven para proteger inventos, pero tienen un detalle importante, solo tienen valor en el país donde se registran. Por ejemplo, una patente mexicana protege una invención únicamente en México [6].
Entonces, ¿qué pasa si alguien quiere proteger su invento en varios países? Para eso existen las llamadas “familia de patentes”, que son conjuntos de solicitudes relacionadas entre sí, como si fueran versiones del mismo invento en distintos lugares.
Los principales elementos de una familia de patentes son:
Solicitud prioritaria. Es el primer registro del invento, generalmente en el país donde se desarrolló. Marca la “fecha de nacimiento” de la invención, a partir de la cual se cuentan los tiempos de protección.
Solicitud PCT. Tras la solicitud inicial, se puede presentar una solicitud internacional bajo el Tratado de Cooperación en Patentes (PCT). Esto funciona como una puerta de entrada para buscar protección en muchos países con un solo trámite inicial. Eso sí, no existe una “patente mundial”; al final hay que continuar el proceso en cada país o región. Su ventaja es que permite ganar tiempo y reducir costos iniciales, que pueden rondar los 10 mil dólares por país.
Solicitudes divisionales. A veces, una misma solicitud incluye más de una invención. En esos casos, se divide en varias solicitudes más pequeñas, todas con la misma fecha original. Así pueden surgir varias patentes relacionadas.
Familia de patentes. Es el conjunto de todas estas solicitudes y patentes otorgadas (la inicial, la internacional, las nacionales y divisionales). En suma, muestran hasta dónde se protege un invento, tanto en número de países como en los aspectos técnicos que cubre.
Los avances que presentamos dan continuidad a una serie de artículos compartidos mediante “Biotecnología en Movimiento” desde hace más de una década y reflejan que la innovación en el IBt no se detiene. Les invitamos a leer las próximas ediciones para conocer las nuevas patentes que se incorporen a nuestro portafolio de propiedad intelectual.
Nota: En Biotecnología en Movimiento los mismos autores han publicado varios artículos de las patentes obtenidas por el IBt-UNAM en periodos anteriores. El lector interesado puede consultar la siguiente sección de la revista: https://biotecmov.ibt.unam.mx/secciones/index.php#prop]
Referencias
- Patiño V. M. y Trejo L. M. (2024). Cinco invenciones recientemente patentadas del IBt con aplicación en las bioindustrias farmacéutica y alimentaria. Biotecnología en Movimiento, Num. 42. (https://biotecmov.ibt.unam.mx/numeros/42/8.html.)
- Peña, M. C.F.; Castro, V. M.A.; Garcia, R.A. Castillo, M. T., (2024). Nuevo método para la separación y purificación de polihidroxibutirato de ultra-alto peso molecular de células de Azotobacter vinelandii (México, No. de patente: MX416952 B), Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial.
- Martínez, J.A.; Gosset, L.G.; Hernández, Ch.T.; y Sierra I.E., (2024). Cepa de Escherichia coli modificada por ingeniería metabólica y los métodos de cultivo asociados para la producción de ácido pirúvico a partir de glucosa y xilosa y un hidrolizado de rastrojo de maíz (México, No. de patente: MX418095 B), Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial.
- Martínez, J.A.; Gosset, L.G.; Vargas, T.A.A.; Sabido, R.A. y Martínez, V. M., (2024). *Cepas de Escherichia coli modificadas por ingeniería metabólica para la producción de ácido succínico a partir de glucosa, xilosa o una mezcla glucosa-xilosa, como fuente de carbono (México, No. de patente: MX418096 B), Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial.
- Zare R. N., Veytia-Bucheli J. I., Noriega E. N. C., Elumalai G., Athyamoorthi S., Possani P. L. D., Banerjee S. and Hernandez P. R. E. (2024). Benzoquinonas derivadas de veneno de alacrán y usos de las mismas (México, No. de patente: MX 417871B), Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial.
- Trejo Loyo, Mario. (2018). Guía del Instituto de Biotecnología de la UNAM para la redacción y registro de patentes. UNAM 93 pp. https://librosoa.unam.mx/handle/123456789/1226
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Acerca de los autores
El Mtro. Mario Trejo Loyo es Secretario Técnico de Gestión y Transferencia de Tecnología y el M. en B. Martín Patiño Vera está a cargo de los Convenios Internacionales. Ambos son especialistas en Derechos de Propiedad Intelectual (DPI) y están adscritos a la Secretaría de Vinculación del IBT-UNAM, en Cuernavaca, Morelos, México. Ambos autores tienen una participación equivalente en el artículo.
Contacto: mario.trejo@ibt.unam.mx; martin.patino@ibt.unam.mx