Con la ayuda de la manipulación genética y herramientas biofísicas avanzadas, un equipo de investigación internacional ha obtenido una visión inesperada de cómo una bacteria absorbe los azúcares derivados de la materia prima vegetal.

Sus hallazgos fueron publicados el 7 de septiembre en mBio .

"La absorción eficiente de azúcar es crucial para las fábricas de células microbianas, por lo que los transportadores de azúcar son objetivos importantes para la ingeniería metabólica y el desarrollo de biología sintética de microorganismos industriales", dijo el coautor correspondiente, el profesor Cui Qiu del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT). de la Academia China de Ciencias (CAS).

La bacteria Clostridium thermocellum ha sido durante mucho tiempo un competidor principal en la producción industrial sostenible de biocombustibles. Aunque la forma en que el microorganismo industrial C. thermocellum absorbe los azúcares ha sido de gran interés durante muchos años y en 2009 se descubrieron cinco posibles transportadores de azúcar, las dificultades con la manipulación genética en esta bacteria han restringido la validación funcional.

El Grupo de Metabolómica de QIBEBT dirigido por Cui ha desarrollado una variedad de herramientas capaces de manipular genes en C. thermocellum. Estas herramientas incluyen un instrumento de electroporación celular, una técnica rápida de desactivación de genes para bacterias termófilas (técnica Thermotargetron) y un sistema preciso de edición del genoma, que permite a los investigadores analizar qué genes producen qué cambios físicos y funcionales en las bacterias, informando cómo se rompe la bacteria. lignocelulosa, el componente principal de las paredes celulares de las plantas, en tipos de azúcar que pueden usarse para producir etanol.

Al combinar estos enfoques genéticos y varias técnicas biofísicas, los investigadores identificaron los transportadores conocidos como B y A como los transportadores individuales de celodextrina y glucosa, respectivamente, entre los cinco posibles transportadores de azúcar en C. thermocellum. La glucosa es una molécula de azúcar simple, mientras que la celodextrina comprende múltiples moléculas unidas. "Estos hallazgos son bastante inesperados porque se sabe que muchos microorganismos tienen una multiplicidad de transportadores de azúcar redundantes como fuente principal de carbono", dijo Cui.

En lugar de múltiples transportadores para recolectar y mover azúcares como otros microorganismos, C. thermocellum usa principalmente el transportador B para absorber las celodextrinas derivadas de la celulosa. Esta cepa también utiliza el transportador A para absorber la glucosa y hacer uso de ella, pero solo después de que se haya adaptado correctamente, según el coautor de la correspondencia, el profesor Feng Yingang de QIBEBT.

"También identificamos un gen aislado, 2554, como la subunidad faltante en el grupo de genes del transportador B", dijo Feng, y señaló que el hallazgo explica cómo el mecanismo del transportador B podría ayudar a utilizar la biomasa lignocelulósica. "Además, demostramos que el transportador B se acopla con la regulación de la expresión de los celulosomas, los complejos proteicos responsables de producir azúcares al degradar las paredes celulares de las plantas".

Este hallazgo amplía la investigación previa en el campo que sugiere que la expresión del celulosoma está regulada por un grupo de factores sigma/anti-sigma con actividad de transcripción y detección de sustrato, mientras que también está acoplada con el transporte de azúcar. Y, sin embargo, los investigadores no aclararon por completo el mecanismo subyacente de este acoplamiento de transportador de azúcar y celulosa, y el descubrimiento de su existencia refuerza aún más el valor de aplicación potencial de C. thermocellum en la bioconversión de lignocelulosa.

"Aunque aún se desconocen los beneficios fisiológicos y evolutivos de los transportadores restrictivos, estos hallazgos sugieren que diseñar transportadores de azúcar en C. thermocellum podría ser más fácil que en especies con múltiples transportadores redundantes", dijo Cui.

Los investigadores dijeron que planean continuar trabajando para comprender los mecanismos moleculares clave de la bacteria, que utilizarán para informar el desarrollo de tecnologías de bioenergía y biología sintética. + Explora más

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