Home Excluidas La ‘ingeniería de los microbios’ promete revolucionar la producción de biocompuestos

La ‘ingeniería de los microbios’ promete revolucionar la producción de biocompuestos

Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) han logrado un éxito sin precedentes en la modificación de un microbio para producir de manera eficiente un compuesto de interés, utilizando un modelo computacional y la edición de genes basada en CRISPR.

Su enfoque podría acelerar drásticamente la fase de investigación y desarrollo de nuevos procesos de biofabricación y conseguir que productos de base biológica de vanguardia, como combustibles sostenibles y alternativas al plástico, puedan estar en el mercado más rápidamente.

El proceso utiliza algoritmos informáticos, basados ​​en datos experimentales del mundo real, para identificar qué genes de un microbio «huésped» podrían desactivarse para redirigir la energía del organismo hacia la producción de grandes cantidades de un compuesto objetivo, en lugar de su sopa normal de productos metabólicos.

En la actualidad, muchos científicos en este campo todavía se basan en experimentos ad hoc de prueba y error para identificar qué modificaciones genéticas conducen a mejoras. Además, la mayoría de los microbios utilizados en procesos de biofabricación que producen un compuesto no nativo (cuando los genes que lo fabrican se han insertado en el genoma del huésped) solo pueden generar grandes cantidades del compuesto objetivo luego de que el microbio ha alcanzado una cierta fase de crecimiento, lo que resulta en procesos que desperdician energía mientras se incuban los microbios.

El proceso de recableado metabólico optimizado del equipo, denominado «emparejamiento producto/sustrato», hace que todo el metabolismo del microbio esté vinculado a la fabricación del compuesto en todo momento.

Para probar el emparejamiento producto/sustrato, el equipo realizó experimentos con un huésped emergente prometedor, un microbio del suelo llamado Pseudomonas putida, que había sido diseñado para transportar los genes para producir indigoidina, un pigmento azul. Los científicos evaluaron 63 estrategias potenciales de recableado y, utilizando un flujo de trabajo que evalúa sistemáticamente los posibles resultados para las características deseables del anfitrión, determinaron que solo una de ellas era experimentalmente realista. Luego, realizaron la interferencia CRISPR (CRISPRi) para bloquear la expresión de 14 genes, guiados por las predicciones computacionales.

«Nos emocionó ver que nuestra cepa producía rendimientos extremadamente altos de indigoidina después de que apuntáramos a un número tan grande de genes simultáneamente», dijo la coautora principal Deepanwita Banerjee, investigadora postdoctoral en el Instituto Conjunto de Bioenergía (JBEI), que administra por Berkeley Lab. «El estándar actual para el recableado metabólico es apuntar laboriosamente a un gen a la vez, en lugar de a muchos genes a la vez», dijo, y señaló que antes de este artículo solo había un estudio previo en ingeniería metabólica en el que los autores se enfocaron en bloquear seis genes. «Hemos elevado sustancialmente el límite superior de modificaciones simultáneas mediante el uso de enfoques potentes basados ​​en CRISPRi.

El coautor principal Thomas Eng, un científico investigador de JBEI, agregó: «Con el emparejamiento de producto/sustrato, creemos que podemos reducir significativamente el tiempo que lleva desarrollar un proceso de biofabricación a escala comercial con nuestro proceso diseñado racionalmente. Es desalentador pensar en la gran cantidad de años de investigación y horas de trabajo dedicadas a desarrollar artemisinina (un antipalúdico) o 1,3 butanodiol (una sustancia química utilizada para fabricar plásticos), que tomó entre cinco y diez años desde el cuaderno de laboratorio hasta la fase de planta piloto. La reducción drástica de las escalas de tiempo de I+D es lo que necesitamos para hacer realidad la bioeconomía del mañana”, agregó.

La investigadora principal, Aindrila Mukhopadhyay, explicó que el éxito del equipo se debió a su enfoque multidisciplinario. «Este trabajo no solo requirió modelado computacional riguroso y genética de vanguardia, sino que también confiamos en nuestros colaboradores de la Unidad de Desarrollo de Procesos de Biocombustibles y Bioproductos Avanzados (ABPDU) para demostrar que nuestro proceso podría mantener sus características deseables en un nivel más alto de escalas de producción», dijo Mukhopadhyay, quien es la vicepresidente de la división de biocombustibles y bioproductos y directora del grupo de ingeniería anfitrión en JBEI.

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