Se prepara un "nuevo" organismo para aplicaciones biotecnológicas
Bases para los bioprocesos de nueva generación
El ácido succínico es un importante precursor de productos farmacéuticos y cosméticos y también sirve como componente de plásticos biodegradables. En la actualidad se obtiene principalmente a partir de procesos basados en el petróleo. Los investigadores del campus de Straubing de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) están utilizando la bacteria marina Vibrio natriegens como biocatalizador. Esto podría permitir la producción de ácido succínico en procesos sostenibles utilizando materias primas renovables.
Felix Thoma y Bastian Blombach en el laboratorio de la Cátedra de Biotecnología Microbiana de la TUM Campus Straubing para la Biotecnología y la Sostenibilidad.
Christof Appel / TUM
La bacteria marina Vibrio natriegens destaca por su rapidísimo crecimiento. Es el organismo no patógeno de más rápido crecimiento descubierto hasta la fecha. Esto se combina con su rapidísima captación de sustratos, los materiales reactivos que se consumen en las reacciones catalíticas. "Estamos presionando mucho para establecer el Vibrio natriegens en la biotecnología", dice Bastian Blombach, profesor de biotecnología microbiana en la TUM.
El equipo del Prof. Blombach en el Campus Straubing de la TUM para la Biotecnología y la Sostenibilidad está investigando formas de utilizar esta bacteria marina para hacer que los procesos de producción sean más eficientes en el tiempo, conservando así los recursos, al tiempo que se reduce la escala de las instalaciones de biotecnología.
Una bacteria marina ayuda a producir ácido succínico
Los investigadores han logrado utilizar el ejemplo del ácido succínico para demostrar el potencial de la bacteria marina. El ácido succínico es una sustancia orgánica que se encuentra en resinas fosilizadas como el ámbar y en el carbón bituminoso. En la naturaleza se encuentra, por ejemplo, en las uvas inmaduras, el ruibarbo y los tomates.
El succinato, la sal del ácido succínico, aparece en el metabolismo de todos los organismos, donde se utiliza en una etapa intermedia de la descomposición de la glucosa. La presencia natural del ácido succínico en los procesos metabólicos se aprovecha ahora en la biotecnología para producir el ácido con microorganismos como la bacteria marina estudiada por los investigadores de la TUM. Para ello es necesario comprender la acción metabólica de plataformas microbianas como Vibrio natriegens.
Potencial para la biotecnología industrial
El equipo del profesor Blombach está aplicando métodos de ingeniería metabólica para desarrollar estos innovadores sistemas microbianos para la biotecnología industrial. Con técnicas avanzadas de ingeniería genética, es posible crear fábricas de células a medida.
El Dr. Felix Thoma, investigador de Biotecnología Microbiana y primer autor del estudio, explica cómo el equipo produjo ácido succínico: "Llenamos tubos de plástico con una solución salina, en la que prospera el Vibrio natriegens, añadimos glucosa y los cerramos herméticamente. En ausencia de oxígeno, las bacterias convirtieron el azúcar y elCO2 disuelto en el medio en ácido succínico. El proceso se completó al cabo de unas dos o tres horas".
En un paso más, los investigadores realizaron los experimentos en un biorreactor, donde podían controlar el nivel de pH, que de otro modo se vuelve gradualmente inhóspito a medida que se forma el ácido. Esto también les permitió alimentar continuamente el co-sustrato,el CO2.
Una bacteria que pronto será un socio clave del proceso
El ácido succínico es uno de los 12 productos clave en los que la producción por bioingeniería podría competir con éxito con los métodos petroquímicos en el futuro. "Nuestros resultados tras sólo dos años de trabajo de desarrollo con Vibrio natriegens son comparables a los que vemos en otros sistemas después de 15 o 20 años. Esto convierte a esta bacteria marina en un nuevo y potente actor de la biotecnología industrial", afirma Thoma.
Mediante modificaciones genéticas selectivas, el equipo de investigación ha conseguido optimizar el metabolismo de la bacteria hasta el punto de convertir eficazmente la glucosa en ácido succínico, con un alto nivel de productividad. "En el camino hacia un proceso industrial viable, aún queda trabajo por hacer en cuanto al diseño del proceso", afirma el profesor Blombach. El equipo trabaja ahora en el desarrollo del proceso con Vibrio natriegens y en la utilización de materias primas renovables y flujos de residuos que no compitan con la industria alimentaria.
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.
Publicación original
Felix Thoma, Clarissa Schulze, Carolina Gutierrez-Coto, Maurice Hädrich, Janine Huber, Christoph Gunkel, Rebecca Thoma & Bastian Blombach; "Metabolic engineering of Vibrio natriegens for anaerobic succinate production"; Microbial Biotechnology; 2021.
Eugenia Hoffart, Sebastian Grenz, Julian Lange, Robert Nitschel, Felix Müller, Andreas Schwentner, André Feith, Mira Lenfers-Lücker, Ralf Takors & Bastian Blombach; "High substrate uptake rates empower Vibrio natriegens as production host for industrial biotechnology"; Applied and Environmental Microbiology; 2021 Vol. 83, No. 22.
Felix Thoma & Bastian Blombach; "Metabolic engineering of Vibrio natriegens"; Essays Biochem (2021) 65 (2): 381–392.
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