Investigando genes no caracterizados en Saccharomyces cerevisiae mediante científicos robots

Por qué esto importa para la biología cotidiana

A menudo hablamos de tener el plano genético completo de un organismo, pero para muchos genes aún no sabemos qué hacen en realidad. Este estudio aborda ese misterio en la levadura de panadería, una herramienta fundamental de la ciencia y la industria, combinando "científicos robots" automatizados con modelos computacionales. Los investigadores muestran cómo este enfoque puede descubrir el papel de un gen previamente no estudiado implicado en cómo la levadura cambia su fuente de energía, un cambio que afecta el crecimiento, el metabolismo y, en última instancia, cómo las células afrontan entornos cambiantes.

Un gen oculto en un organismo muy familiar

La levadura de panadería se ha estudiado durante décadas, y sin embargo casi 900 de sus aproximadamente 6.000 genes siguen siendo poco comprendidos. Uno de ellos, llamado YGR067C, produce una proteína con un motivo estructural típico de reguladores génicos, lo que sugiere que podría controlar a otros genes. Trabajos previos indicaron que cambios en este gen ayudaron a la levadura a adaptarse a crecer con fuentes de alimento inusuales como el metanol. Los autores sospecharon por tanto que YGR067C podría estar implicado en gestionar el cambio de quemar azúcar a quemar el alcohol etanol, un importante "cambio de marcha" metabólico que la levadura experimenta cuando se agota la glucosa.

Dejar que los robots y los modelos dirijan los experimentos

Para explorar esta idea, el equipo empleó una plataforma de laboratorio automatizada apodada Eve. Eve cultivó levadura normal y una cepa en la que se había eliminado YGR067C en pequeñísimos pocillos llenos de medio nutritivo con solo una pequeña cantidad de glucosa, obligando a los cultivos a atravesar el clásico patrón de crecimiento en dos fases: primero una fase de quema de azúcar y luego una fase de quema de etanol. El robot siguió cuidadosamente el crecimiento y recogió muestras en momentos seleccionados. Estas muestras se analizaron a tres niveles: qué genes estaban activos (transcriptómica), qué pequeñas moléculas estaban presentes (metabolómica) y la velocidad y densidad de crecimiento de los cultivos. Paralelamente, los investigadores emplearon dos tipos de modelos computacionales del metabolismo de la levadura para predecir qué debería ocurrir cuando se altera la función del gen, no solo en las rutas directamente vinculadas a la respiración sino también en la red más amplia de reacciones dentro de la célula.

Qué ocurre cuando se elimina el gen

Los datos revelaron que la eliminación de YGR067C modifica tanto el crecimiento como la química interna. La cepa mutante creció algo más rápido y alcanzó una mayor densidad celular que la cepa normal bajo las condiciones probadas, lo que sugiere que se invertía menos energía en cierta maquinaria celular costosa. Durante la fase de quema de azúcar, muchos genes implicados en rutas energéticas clave dentro de las mitocondrias —como el ciclo del ácido cítrico, la fosforilación oxidativa y el ciclo del glicoxilato— mostraron menor actividad en el mutante. Al mismo tiempo, hubo indicios de que la degradación de azúcares en sí era más activa, y dos componentes de una "bomba de protones" celular que ayuda a mantener la acidez se expresaron más fuertemente, consistente con una mayor producción de subproductos ácidos procedentes de la fermentación.

Efectos persistentes durante la fase de quema de alcohol

Una vez que los cultivos habían cambiado a usar etanol, las diferencias en la actividad génica entre las dos cepas se atenuaron en gran medida, pero las diferencias en los metabolitos se hicieron evidentes. En el mutante, varias moléculas relacionadas que transportan y almacenan poder reductor celular, incluyendo distintas formas de NAD, se acumularon a niveles más altos, al igual que algunos aminoácidos como el glutamato y la asparagina. Los análisis de rutas indicaron cambios más amplios en la producción de aminoácidos, en el metabolismo de vitaminas y en rutas relacionadas con lípidos. En conjunto, estos hallazgos sugieren que, aunque la actividad reguladora de YGR067C es más fuerte cuando hay glucosa presente, las consecuencias metabólicas de su ausencia se extienden a la fase de uso de etanol, remodelando cómo la célula equilibra la producción de energía, la síntesis de bloques de construcción y el crecimiento.

Qué nos dice esto sobre el gen y el panorama general

Al combinar experimentos automatizados con mediciones multinivel y varias estrategias de modelado, el estudio llega a un mensaje claro e intuitivo para no especialistas: YGR067C ayuda a activar y afinar la maquinaria de la levadura para quemar etanol mediante la respiración cuando la glucosa escasea. Cuando falta el gen, las células se apoyan más en la fermentación simple de azúcares, invierten menos en las rutas mitocondriales de generación de energía y muestran cambios secundarios en moléculas clave portadoras de energía y en la producción de aminoácidos, mientras crecen algo más rápido en las condiciones probadas. Tan importante como eso, el trabajo muestra una hoja de ruta general para convertir ideas vagas sobre genes misteriosos en predicciones concretas y comprobables —un enfoque que podría ampliarse para descifrar muchos de los genes “desconocidos” restantes en la levadura y en otros organismos.

Cita: Bjurström, E.Y., Gower, A.H., Lasin, P. et al. Investigating uncharacterised genes in Saccharomyces cerevisiae using robot scientists. Sci Rep 16, 10999 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46236-z

Palabras clave: genética de la levadura, cambio diaúxico, metabolismo, laboratorio robótico, regulación génica