Un método novedoso desarrollado por un grupo de investigadores del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica (IGB) de la Universidad de Illinois podría cambiar la forma en que se realiza la ingeniería metabólica.

Investigadores del tema de investigación Biosystems Design del IGB, incluido el presidente de ingeniería química y biomolecular de Steven L.Miller, Huimin Zhao, publicó recientemente un artículo en Comunicaciones de la naturaleza describiendo su nuevo método, lo que podría hacer que el proceso de ingeniería metabólica sea más eficiente.

La ingeniería metabólica involucra la ingeniería de microorganismos para producir productos de valor agregado como biocombustibles y químicos. Esto se logra cambiando o eliminando la expresión de genes para modificar el genoma del microorganismo. En este proceso, varios objetivos en el genoma se modifican para lograr objetivos específicos.

"Podemos encontrar fácilmente varios objetivos de ingeniería metabólica para mejorar el fenotipo deseado, "dijo Jiazhang Lian, un investigador asociado visitante en el IGB que es coautor del artículo. "Cómo combinar estas modificaciones genéticas beneficiosas es uno de los mayores desafíos en la ingeniería metabólica".

Tradicionalmente, Los investigadores prueban estos objetivos individualmente en una serie de pasos que requieren mucho tiempo. Estos pasos limitan la productividad y el rendimiento del producto final, dos componentes cruciales en el proceso de ingeniería metabólica.

Los investigadores decidieron crear un método que combine todos estos pasos y los ejecute simultáneamente, haciendo que el proceso sea más rápido y sencillo.

Basaron este método en el sistema CRISPR, método de manipulación genética que utiliza un conjunto de secuencias de ADN para modificar genes dentro de una célula.

Este sistema utiliza tres manipulaciones genéticas que se utilizan con frecuencia en la ingeniería metabólica:activación transcripcional, interferencia transcripcional, y deleción de genes.

Al usar estas manipulaciones simultáneamente, los científicos pueden explorar diferentes combinaciones de manipulaciones y descubrir qué combinación es la mejor.

"Ahora podemos trabajar con 20 objetivos, ", Dijo Zhao." Podemos implementar todas estas (manipulaciones) para cada objetivo de una manera combinatoria para descubrir qué combinación realmente nos dará una mayor productividad o rendimiento del producto final ".

Los investigadores probaron el método en una especie de levadura que se utiliza en la vinificación, horneando, y la producción de biocombustibles. Demostraron que el uso de este método podría mejorar la producción de un producto específico.

Su sistema, llamado CRISPR-AID, permitirá a los investigadores explorar fácilmente todas las posibles combinaciones de objetivos. Pero la clave está en encontrar la combinación óptima.

"Si comparamos la ingeniería metabólica con un equipo de baloncesto, no podemos construir un equipo fuerte simplemente juntando a los mejores jugadores, "Dijo Lian." En cambio, deberíamos tratar de encontrar a aquellos que puedan colaborar y trabajar de forma sinérgica ".

Su nuevo sistema abre miles, incluso millones, de posibilidades, lo que presenta otro desafío logístico.

Planean encontrar las mejores combinaciones desarrollando un método de cribado de alto rendimiento o utilizando un sistema robótico como el iBioFAB, un sistema ubicado en el IGB que produce automáticamente biosistemas sintéticos.

"Creo que la combinación de CRISPR-AID con detección de alto rendimiento e iBioFAB avanzará significativamente en el campo de la ingeniería metabólica en un futuro cercano, "Dijo Lian.

Zhao espera probar su método en otros organismos, utilizando los mismos principios de ingeniería pero modificando el protocolo para diferentes organismos.

Finalmente, esperan extenderse a la escala del genoma, para poder probar todos los genes de un organismo a la vez, lo que supondría un salto considerable en el campo de la ingeniería metabólica.

"Si podemos hacer eso, podemos hacerlo verdaderamente modular y también estandarizar el procedimiento, ", Dijo Zhao." Entonces realmente aumentamos el rendimiento y la velocidad de la ingeniería metabólica ".

Varios esfuerzos de investigación tienen como objetivo diseñar microorganismos para la producción de biocombustibles y productos químicos, por lo que cualquier herramienta que pueda acelerar el proceso es importante. Zhao cree que esto es cierto para su método.

"No es solo una mejora incremental, ", dijo." Es una nueva forma de hacer ingeniería metabólica ".