El objetivo principal de este proyecto está orientado a lograr una mayor comprensión de los mecanismos que regulan la modificación postraduccional por acetilación de proteínas y su consecuencia sobre la dinámica global del transcriptoma y del proteoma de E. coli y su aplicación para la producción de una cepa industrial, superproductora de proteínas recombinantes.

A estos efectos, se aplicarán técnicas masivas para el análisis cualitativo y cuantitativo del nivel del expresión génica y del proteoacetiloma de la bacteria. Para la integración de los datos, emplearemos los métodos de la Biología de Sistemas, principalmente a través de la construcción de modelos matemáticos de los principales procesos que intervienen para construir una imagen dinámica de la genómica funcional a nivel de proteínas, bajo condiciones determinadas.

A partir de la información proveniente de los diferentes abordajes ómicos, se identificaran puntos clave de regulación y su impacto sobre los fenotipos celulares para caracterizar la función biológica en el contexto de un sistema biológico y su respuesta al medio. En último lugar, se aplicaran herramientas de Ingeniería Metabólica para el control de la transcripción y de los mecanismos posteriores a la traducción que operan en E. coli para obtener la configuración más adecuada del estado de acetilación para conseguir nuestro objetivo.

Nuestra ambición, es aplicar la Biología Sinética (BS) para mejorar las capacidades metabólicas de las cepas de E. coli, para ser usadas como plataformas optimizadas y que puedan sustentar bio-fábricas celulares más robustas y estables, que supondrán un gran impacto económico y ambiental en el desarrollo de bioprocesos.

Para alcanzar los objetivos propuestos, nos centraremos en dos factores principales que afectan el rendimiento de E. coli para la producción de biofármacos (metabolitos, proteínas recombinantes y plásticos biodegradables): i. control del flujo de carbono para limitar la desviación hacia la fermentación de acetato y/o excreción de ácido orótico. ii. control de los mecanismos y la dinámica de acetilación de proteínas en respuesta al flujo de carbono que regula la compleja interacción entre las diferentes vías metabólicas.

Como modelo de bioproceso, se considerará el efecto de la acetilación del iniciador de la transcripción DnaA, en el rendimiento de la producción de proteínas recombinates en línea.

Algunas de las variables a analizar (por ejemplo el factor de transcripción global CRP) tienen también importancia médica, ya que la fina regulación de los factores de transcripción, por acetilación-desacetilación, influye en propiedades tales como la invasividad, la formación de biopelículas y el comportamiento toxigénico en enterobacterias. Otro punto importante, será profundizar en las causas que provocan la hiperacetilación química, no enzimática, que no solo es abundante en procariotas, sino que también afecta a las proteínas mitocondriales, originando en la célula graves perturbaciones metabólicas e interfiriendo en la homeostasis de energía. Las enzimas (sirtuinas) que son capaces de revertir esta situación, presentan gran homología entre células procariotas y eucariotas, así, parte de los resultados de este proyecto podrán dilucidar aspectos todavía desconocidos de las carasterísticas catalíticas de estas desacetilasas en células de mamífero.

Por lo tanto, nuestro proyecto está dentro de la interfaz entre los problemas básicos de la fisiología microbiana y la biotecnología aplicada, que requiere un enfoque multidisciplinar. Este requisito se cumple a través de la interacción entre los enfoques experimentales del Grupo (Universidad de Murcia) y el enfoque de la Biología de Sistemas, con modelos matemáticos, en colaboración con el Grupo del Prof. Néstor Torres (Universidad de La Laguna).