Las cianobacterias como catalizadores verdes en la biotecnología
El equipo de investigación eliminó genéticamente un consumidor de energía innecesario - Esto significa que menos luz es suficiente para la catálisis
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz) y de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) muestran en la revista ACS Catalysis del 4 de septiembre de 2020 cómo la actividad catalítica de las cianobacterias, también conocidas como algas verde-azuladas, puede aumentar significativamente. Esto acerca mucho más la aplicación biotecnológica y, por tanto, ecológica. Las cianobacterias, a pesar de teñir el agua de verde a través de sus pigmentos especiales, se conocen coloquialmente como algas verde-azuladas, y convierten la energía de la luz en energía química de manera particularmente eficaz gracias a sus células fotosintéticas altamente activas. Esto las hace atractivas para su aplicación biotecnológica, donde podrían utilizarse como biocatalizadores ecológicos y fácilmente disponibles para la producción de nuevos productos químicos utilizando enzimas específicamente introducidas.
Robert Kourist (izquierda) y Marc Nowaczyk investigan lo que las cianobacterias pueden hacer.
© RUB, Marquard
Disponibilidad limitada de luz
Lo que suena bien en teoría, todavía se enfrenta a obstáculos en la aplicación práctica de la tecnología a gran escala. Un factor limitante decisivo es actualmente la disponibilidad de luz, como explica el profesor Robert Kourist del Instituto de Biotecnología Molecular de la Universidad Tecnológica de Graz: "Cuando las cianobacterias crecen densamente, es decir, en altas concentraciones, sólo las células situadas en el exterior reciben suficiente luz. En el interior está bastante oscuro. Esto significa que la cantidad de catalizador no puede ser aumentada a voluntad. Después de una densidad celular de unos pocos gramos por litro, la actividad fotosintética y por lo tanto la productividad de las células disminuye bruscamente. Esto es, por supuesto, una desventaja considerable para la producción biotecnológica a gran escala". En comparación, los biocatalizadores previamente establecidos, como las levaduras, pueden utilizarse con densidades celulares de 50 gramos por litro y más. Los organismos de producción establecidos tienen la gran desventaja de que dependen de los productos agrícolas como base para el crecimiento y, por lo tanto, consumen muchos recursos. "Los catalizadores a base de algas pueden crecer a partir de agua yCO2, por lo que son verdes en un doble sentido. Por esta razón, se están realizando intensos esfuerzos para aumentar el rendimiento catalítico de las cianobacterias", dijo Kourist.
Aprovechar mejor la luz disponible
Junto con la Ruhr-Universität Bochum y la Universidad finlandesa de Turku, el grupo de trabajo sobre algas de la TU Graz ha logrado ahora aumentar precisamente este rendimiento catalítico redirigiendo específicamente el flujo de electrones fotosintéticos a la función catalítica deseada. "Por primera vez, fuimos capaces de medir el suministro de energía fotosintética directamente en las células de una manera resuelta en el tiempo, de modo que pudimos identificar los cuellos de botella en el metabolismo", explica el Profesor Marc Nowaczyk de la Cátedra de Bioquímica Vegetal de la Ruhr-Universität Bochum. "Hemos apagado un sistema en el genoma de la cianobacteria que se supone que protege a la célula de la luz fluctuante. Este sistema no es necesario en condiciones de cultivo controlado, pero consume energía fotosintética. Energía que preferimos poner en la reacción objetivo", explica Hanna Büchsenschütz, estudiante de doctorado en la Universidad Técnica de Graz y primera autora del estudio. De esta manera, se puede resolver el problema de la baja productividad de las cianobacterias debido a las altas densidades celulares. "Para decirlo de otra manera, sólo podemos utilizar una cierta cantidad de células. Por eso tenemos que hacer que las células vayan más rápido. Hemos desarrollado un método utilizando la llamada ingeniería metabólica que hace que las cianobacterias sean mucho más maduras para su aplicación biotecnológica", dijo Kourist.
Además de aumentar la productividad de la propia célula mediante intervenciones específicas a nivel genético, los investigadores de Graz también están trabajando en nuevos conceptos para el proceso de cultivo de algas. Un enfoque consiste en introducir fuentes de luz directamente en la suspensión celular, por ejemplo, mediante mini LED. También se están experimentando nuevas geometrías. Así, las cianobacterias en forma de pequeñas esferas encapsuladas, llamadas perlas, pueden absorber más luz en conjunto. Robert Kourist comenta: "Es muy importante desarrollar todas las medidas en el camino hacia la aplicación industrial a gran escala de biocatalizadores a base de algas de una manera integrada. Esto sólo es posible con una investigación interdisciplinaria que mire la función de una enzima de la misma manera que miramos la ingeniería en la célula fotosintética".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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