Los investigadores de la Universidad de Tufts han creado una levadura genéticamente modificada que puede consumir de manera más eficiente un nuevo nutriente, la xilosa, lo que permite que la levadura crezca más rápido y con mayores densidades celulares, lo que aumenta la posibilidad de un camino significativamente más rápido hacia el diseño de nuevos organismos sintéticospara aplicaciones industriales, según un estudio publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza .
En biología sintética, los organismos como las bacterias o la levadura pueden transformarse en "mini fábricas" cuando se alimentan con nutrientes para producir una amplia gama de productos, desde productos farmacéuticos hasta productos químicos industriales y biocombustibles. Sin embargo, un desafío central ha sido la conversión eficientede abundantes materias primas en el producto final, particularmente cuando la materia prima no es algo que las bacterias o levaduras normalmente "comen".
En este estudio, los investigadores notaron que los enfoques convencionales para modificar organismos para consumir nutrientes novedosos de manera constitutiva es decir, sin "interruptor de apagado" pueden conducir a ineficiencias cuando las vías metabólicas de los nutrientes no están vinculadas a las vías posteriores para respuestas de estrés, célulascrecimiento y otras funciones importantes para la salud del organismo.
Tomando un enfoque diferente, los investigadores tomaron un conjunto de genes reguladores, llamado regulón GAL, que normalmente procesa galactosa, uno de los favoritos en el menú de nutrientes de la levadura, y reemplazaron algunos de los genes con aquellos que se activan,y dirigir la descomposición de la xilosa. Todos los demás genes en el regulón GAL no cambiaron. Al hacerlo, conservaron una interacción más natural entre los genes que rigen la alimentación y los que rigen la supervivencia. El nuevo regulón sintético, denominado XYL, permitiócélulas de levadura para crecer más rápidamente y a densidades celulares más altas.
"En lugar de construir un marco metabólico desde cero, podemos aplicar ingeniería inversa a los regulones existentes para permitir que un organismo prospere con un nutriente nuevo", dijo Nikhil U. Nair, Ph.D., profesor asistente de ingeniería química y biológicaen Tufts y el autor correspondiente de este estudio: "Adaptar los regulones nativos puede ser un camino significativamente más rápido hacia el diseño de nuevos organismos sintéticos para aplicaciones industriales".
Una de esas aplicaciones es la producción de etanol como biocombustible. Se ha planteado la preocupación de que desviar porciones significativas de cultivos, como el maíz, a la producción de biocombustibles podría tener un impacto negativo en la disponibilidad y el costo del suministro de alimentos. Sin embargo, la xilosa esun azúcar derivado de las partes no digeribles del material vegetal. La capacidad de fermentar la xilosa puede ser un camino hacia la producción de biocombustibles que no compite con el suministro de alimentos.
Como parte del estudio, Nair y su equipo analizaron más de cerca lo que explicaba exactamente la mejor supervivencia del organismo de levadura que come xilosa. Encontraron numerosos genes activados en la levadura controlada por regulón XYL que regulaban las vías involucradas en el crecimiento, como el mantenimiento de la pared celular, la división celular, la biogénesis mitocondrial y la producción de adenosina trifosfato ATP .Las cepas de levadura que tenían un control constitutivo en su mayoría no regulado del metabolismo de la xilosa desencadenaron vías relacionadas con el estrés celular, el hambre y el daño del ADN.
"Nuestro estudio aplicó este enfoque a la xilosa, pero sugiere un principio más amplio: adaptar los regulones nativos para la asimilación eficiente de otros azúcares y nutrientes no nativos", dijo Nair. "La naturaleza ya ha hecho el trabajo de ajustar genes yvías metabólicas hacia el medio ambiente del organismo. Hagamos uso de eso al introducir algo nuevo en el menú ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Tufts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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