La informática ayuda a desarrollar microorganismos para producir biocombustibles
En los microorganismos, se pueden modificar los genes codificantes o se pueden insertar nuevos genes procedentes de organismos distintos para desarrollar microorganismos capaces de producir bioplásticos y biocombustibles de una manera más eficaz. Estos procesos biológicos (denominados como química verde) son renovables y menos contaminantes comparados con los procesos de producción convencionales basados en el uso de compuestos petroquímicos. El número de combinaciones posibles para la integración de genes procedentes de organismos diferentes en un huésped bacteriano es extraordinariamente alto para ser analizado empleando técnicas tradicionales. En su lugar, se utilizan ordenadores para determinar estrategias de ingeniería genética para diseñar cepas de microorganismos eficaces y su empleo en experimentos. El proyecto financiado por la Unión Europea PSEUDOMODEL (Integrative modeling and engineering of Pseudomonas putida for green chemistry) desarrolló técnicas informáticas con el fin de ayudar a predecir estrategias de ingeniería genética para la producción eficaz de biocombustibles y bioplásticos. Los investigadores pusieron en común un conjunto de datos del repertorio enzimático de veintitrés microorganismos y desarrollaron un marco de trabajo computacional con el objetivo de predecir el número mínimo de intervenciones necesarias para controlar la actividad de rutas celulares. Los resultados obtenidos permitieron la identificación de una serie de genes diana prometedores para la ingeniería genética. La bacteria Pseudomonas putida KT2440 es un organismo modelo muy conocido por la comunidad científica y se emplea en la producción de polihidroxialcanoatos (PHA), precursores importantes de los bioplásticos. En este contexto, se compararon y se probaron modelos existentes de P. putida KT2440 y, seguidamente, se empleó el marco de trabajo computacional en aras de predecir estrategias de ingeniería genética para la producción eficaz de acetil-coenzima A, un importante precursor de los PHA. Los investigadores examinaron tres posibilidades diferentes, a saber: la optimización del crecimiento bacteriano, la optimización de la producción de acetil-coenzima A y la optimización conjunta del crecimiento y la producción de acetil-coenzima A. Los resultados señalaron que ciertas estrategias alternativas de ingeniería genética podrían aumentar el crecimiento hasta en un 147 % y la producción de los PHA hasta en un 136 %. Además, el segundo caso reveló que la producción de acetil-coenzima A está limitada por la tasa de adquisición de succinato. Finalmente, los investigadores también estudiaron y modificaron genéticamente la bacteria P. putida DOT-T1E, que se caracteriza por su tolerancia a compuestos tóxicos, con el objetivo de aumentar aún más su tolerancia. Las cepas modificadas resultantes constituyen un sistema huésped prometedor para la producción eficaz de n-butanol, un biocombustible de segunda generación de gran interés debido a su alta densidad energética, su manipulación segura y a la posibilidad de emplearlo de manera directa en motores de gasolina. Los resultados de PSEUDOMODEL permitirán descubrir nuevas cepas de microorganismos modificadas genéticamente para la producción eficaz de biocombustibles y de compuestos biodegradables. Además, esto ayudará a la Unión Europea a convertirse en un líder mundial en el campo de la química verde, reduciendo así la contaminación medioambiental y favoreciendo la independencia económica de la producción de petróleo.
Palabras clave
Química verde, ingeniería genética, Pseudomonas putida KT2440, polihidroxialcanoatos, acetil-coenzima A, succinato, P. putida DOT-T1E, n-butanol
