Figura 1:Se producen mayores cantidades de succinato en función de la sobreexpresión de genes PEPC y el aumento de la temperatura de cultivo. Crédito:Universidad de Kobe
El succinato se usa ampliamente como ingrediente crudo para petroquímicos, y existe una gran demanda de una forma de producir succinato que sea renovable y ambientalmente benigna. Un investigador japonés ha descubierto que los niveles de producción de succinato aumentan cuando las cianobacterias crecen por encima de la temperatura ideal para el crecimiento celular. Utilizó conocimientos sobre la ingeniería de la vía metabólica para lograr la tasa de producción de bio-succinato más eficiente del mundo.
El descubrimiento fue realizado por la profesora Tomohisa Hasunuma (Facultad de Ciencias de la Universidad de Kobe, Tecnología e Innovación) como Programa de Investigación Básica Estratégica de la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología. Los hallazgos fueron publicados en Ingeniería metabólica el 27 de mayo.
El equipo de investigación del profesor Hasunuma tenía como objetivo encontrar la reacción que actúa como cuello de botella en la vía metabólica cuando el CO2 se convierte en succinato. luego utilice la ingeniería genética para acelerar esta reacción de cuello de botella y aumentar la producción de succinato.
El análisis del metaboloma mide las cantidades de las diversas sustancias metabólicas dentro de las células, y se puede utilizar para estimar los intermediarios metabólicos que contribuyen al aumento de la producción de succinato. El equipo de investigación se basó en esta tecnología para desarrollar una técnica de análisis del metaboloma dinámico que puede observar el recambio en cantidades de metabolitos intracelulares. Al aplicar el análisis dinámico del metaboloma cuando observaron un aumento en la producción de succinato, pudieron identificar la reacción de cuello de botella en la vía de biosíntesis del succinato.
Figura 2:La ruta de conversión de dióxido de carbono a succinato:usando análisis de metaboloma dinámico, el equipo demostró que cuando Synechocystis se cultiva a 37 ° C, se activa la vía metabólica (flecha roja). Crédito:Universidad de Kobe
La cianobacteria utilizada en este estudio (Synechocystissp. PCC 6803) es una de las cianobacterias más populares para la investigación en todo el mundo. El equipo descubrió que la temperatura ideal para producir succinato a partir de esta cianobacteria es aproximadamente 7 ℃ más alta que la temperatura de crecimiento celular de 30 ℃. Utilizando el análisis dinámico del metaboloma, aclararon el mecanismo para producir succinato a altas temperaturas, y mostró que la PEPC (fosfoenolpiruvato carboxilasa) está involucrada en la reacción de cuello de botella. Luego, el grupo desarrolló un Synechocystis recombinante que tiene una mayor actividad de PEPC que el tipo salvaje a través de la ingeniería genética. Al mejorar la reacción de PEPC, y cianobacterias en crecimiento a 37 ℃, lograron elevar la tasa de producción de succinato a 7.5 veces más que estudios anteriores.
"Este estudio es un paso importante hacia la producción de bio-succinato a partir de CO2. Ahora nuestro objetivo es aumentar la producción de succinato mediante el refinamiento de la vía metabólica", comenta el profesor Hasunuma. "Al apuntar a varios sistemas metabólicos, esta línea de investigación podría realizar grandes aportes en la investigación básica de las estructuras de control de las vías metabólicas, e investigación aplicada a la producción de sustancias ".
