A menudo, los hallazgos de la investigación científica fundamental están a muchos pasos de un producto que puede llevarse inmediatamente al público. Pero de vez en cuando la oportunidad hace una aparición temprana.

Tal fue el caso de un equipo del Instituto Conjunto de Bioenergía (JBEI) del Departamento de Energía, cuyo pensamiento innovador al investigar la biofabricación basada en microbios condujo directamente a una plataforma de producción ecológica para un pigmento azul llamado indigoidina. Con un tono vívidamente saturado similar al índigo sintético, un tinte que se usa en todo el mundo para teñir la mezclilla y muchos otros artículos, La indigoidina producida por hongos del equipo podría proporcionar una alternativa a un proceso en gran medida perjudicial para el medio ambiente.

"Originalmente extraído de plantas, la mayor parte del índigo que se usa hoy en día se sintetiza, "dijo la investigadora principal Aindrila Mukhopadhyay, quien dirige el equipo de Ingeniería de Host en JBEI. "Estos procesos son eficientes y económicos, pero a menudo requieren productos químicos tóxicos y generan una gran cantidad de desechos peligrosos. Con nuestro trabajo, ahora tenemos una manera de producir de manera eficiente un pigmento azul que utiliza fuentes de carbono sostenibles en lugar de precursores agresivos. Y muy lejos, la plataforma marca muchas de las casillas de su promesa de ampliarse para los mercados comerciales ".

En tono rimbombante, estos mercados comerciales ya tienen una demanda considerable de lo que los científicos esperan ofrecer. Después de reunirse con muchas partes interesadas clave de la industria textil, El equipo descubrió que muchas empresas están ansiosas por obtener pigmentos de fuentes más sostenibles porque los clientes son cada vez más conscientes de los impactos de los tintes convencionales. "Parece haber un cambio en la sociedad hacia el deseo de mejores procesos para crear productos cotidianos, "dijo Maren Wehrs, estudiante de posgrado en JBEI y primer autor del artículo que describe el descubrimiento, ahora publicado en Química verde . "Eso es exactamente lo que JBEI está tratando de hacer, utilizando herramientas derivadas de sistemas biológicos, da la casualidad de que nuestra plataforma biológica diseñada funcionó muy bien ".

La historia comenzó cuando el equipo se propuso probar qué tan bien una especie de hongo resistente llamado Rhodosporidium toruloides podía expresar péptido sintetasas no ribosomales (NRPS), grandes enzimas que las bacterias y los hongos usan para ensamblar compuestos importantes. Los científicos examinaron la capacidad de expresión de NRPS de este hongo insertando un NRPS bacteriano en su genoma. Eligieron un NRPS que convierte dos moléculas de aminoácidos en indigoidina, un pigmento azul, para que sea más fácil saber si la ingeniería de cepas había funcionado. Muy simple, cuando lo hizo, la cultura se volvería azul.

Al entrar en este experimento, la indigoidina en sí no era el principal interés del equipo. En lugar de, se centraron en el panorama más amplio:explorar cómo se podría aprovechar la funcionalidad de la línea de ensamblaje de estas enzimas para crear vías de fabricación biosintéticas para compuestos orgánicos valiosos, como los biocombustibles, y evaluar si los hongos representan o no una buena especie hospedadora para la producción de estos compuestos. Pero cuando cultivaron su cepa diseñada, y vi lo azul que era la cultura, sabían que había sucedido algo increíble.

Con un título medio de 86 gramos de indigoidina por litro de cultivo en biorreactor, el rendimiento de la cepa, a la que llamaron Bluebelle, es con mucho el más alto que se haya informado. (Otros grupos de investigación, incluido el equipo de JBEI, han sintetizado indigoidina utilizando diferentes microbios huésped). El rendimiento récord se obtuvo de un proceso de cultivo que utiliza insumos de nutrientes y precursores procedentes de material vegetal sostenible. Las vías anteriores requerían insumos considerablemente más costosos, pero producían aproximadamente una décima parte de la cantidad de indigoidina.

Más allá de las posibles aplicaciones de la indigoidina, el estudio logró su objetivo original de proporcionar una vía de producción potencial para otros NRPS, algo que es mucho más valioso que cualquier producto individual. Estas enzimas complejas tienen múltiples subunidades y cada una realiza una acción distinta y predecible al ensamblar un compuesto a partir de moléculas más pequeñas. Los científicos de JBEI y más allá están interesados ​​en diseñar enzimas que utilicen las características de bloques de Lego de los NRPS para producir bioproductos avanzados que actualmente son difíciles de fabricar.

"Un gran desafío es lograr que un microbio exprese de manera eficiente tales enzimas. Este anfitrión tiene un enorme potencial para satisfacer esa necesidad, "dijo Mukhopadhyay.

Los próximos pasos del equipo serán caracterizar cómo la indigoidina podría usarse como tinte y profundizar en las capacidades de R. toruloides.