Cómo "domesticar" las bacterias para producir plásticos sostenibles
Un equipo de investigación de la Universidad de Giessen desarrolla un nuevo sistema de control personalizado de la expresión génica
Muchas bacterias tienen un gran potencial para la biotecnología, por ejemplo en la producción de bioplásticos u otros materiales de utilidad industrial. Pero a menudo resulta difícil "domesticar" los tipos salvajes de estas bacterias biotecnológicamente interesantes, es decir, conseguir que produzcan la sustancia deseada. La clave para domesticar las bacterias reside en controlar su expresión génica, especialmente la de aquellos genes que son importantes para la producción y degradación de la sustancia deseada. Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Matthew McIntosh, del Instituto de Microbiología y Biología Molecular de la Universidad Justus Liebig de Giessen (JLU), ha desarrollado ahora un nuevo sistema para el control personalizado de la expresión génica, cuya solicitud de patente ya está en trámite. La expresión génica controla la nueva síntesis de proteínas que realizan determinadas tareas en la célula.
Las células silvestres de la bacteria Rhodobacter sphaeroides (figura izquierda) se modificaron mediante la nueva técnica ACIT para aumentar el tamaño celular. En las células agrandadas (figura derecha) se aprecia en amarillo la acumulación de la molécula de almacenamiento de energía depositada, el polihidroxibutirato (PHB), que sirve de base para los plásticos biodegradables.
Matthew McIntosh
El nuevo sistema se denomina ACIT (Alphaproteobacteria chromosomally integrating transcription-control cassette). El núcleo de esta invención es la capacidad de adaptar rápidamente los mecanismos de control génico a bacterias y condiciones de crecimiento específicas. "Algunos de los sistemas conocidos para controlar la expresión génica pueden utilizarse en organismos modelo como E. coli tras años de puesta a punto, pero no funcionan bien en muchos tipos silvestres de interés biotecnológico", explica el Dr. Matthew McIntosh. "Los problemas típicos incluyen una expresión débil o incontrolada". Sin embargo, el sistema ACIT también sienta las bases para controlar la expresión génica en bacterias menos estudiadas.
En el estudio, el equipo de investigación demuestra, entre otras cosas, que el sistema ACIT permite alargar una célula bacteriana cientos de veces, creando más espacio de almacenamiento para polímeros útiles que se acumulan en la célula. Por ejemplo, se puede producir a bajo coste la molécula de almacenamiento de energía polihidroxibutirato (PHB), totalmente biodegradable, que se utiliza en la industria como base del plástico biodegradable. La expresión controlada de genes es útil para otras muchas aplicaciones biotecnológicas, así como para estudiar la regulación y función de los genes en las bacterias.
El Dr. Matthew McIntosh ha estado llevando a cabo investigaciones en JLU desde 2018. Su equipo se centra en la construcción de nuevas vías de regulación que puedan optimizar la expresión génica en cualquier bacteria de interés, en particular para la fermentación. Además, los proyectos de investigación actuales se centran en el desarrollo de microbios capaces de degradar residuos u otras fuentes de biomasa baratas -por ejemplo, residuos agrícolas, papel usado o algas- para producir polímeros de bajo coste útiles para la industria.
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