Escherichia coli

La acetilación de residuos de lisina es un mecanismo de modificación post-traduccional (PTM) de proteínas muy conservado, aunque su rol en bacterias no ha sido caracterizado. El objetivo general del proyecto de tesis que se presenta es el diseño y optimización de bioprocesos relacionados con el metabolismo central de  Escherichia coli (E. coli) mediante la integración de los niveles múltiples de regulación (transcripcional y post-traduccional) del metabolismo bacteriano desde una perspectiva de biología de sistemas. A partir del avance en el estudio del metabolismo central de E. coli y de las modificaciones post-traduccionales por acetilación, se emplearán técnicas de ingeniería metabólica para construir una cepa mejorada para su empleo en biotecnología. Para la mejora bacteriana se anulará el sumidero de acetato, el cual disminuye el rendimiento energético y ralentiza el crecimiento bacteriano, dos aspectos muy indeseables en biotecnología. Como bioproceso modelo se estudiará la producción de terpenos, metabolitos de gran número de aplicaciones en la industria química y en biomedicina. Tras la sobrexpresión de los metabolitos de interés en la cepa de E. coli creada, se desarrollará un sistema de extracción continuo, empleando sistemas bifásicos, para la  obtención in situ de éstos.

El interés científico está relacionado con el desarrollo de estrategias modelo de optimización de bioprocesos basadas en la ingeniería metabólica y la biología de sistemas.

Todos estos resultados previstos suponen un avance en una ciencia tan multidisciplinar como la biotecnología de sistemas, ya que se generarán estrategias y metodologías aplicables a nuevos bioprocesos.

Este proyecto de tesis doctoral tiene como objetivo principal el diseño y optimización de bioprocesos relacionados con el metabolimo central de Escherichia coli. Por ello, una de las pretensiones de este trabajo será el estudio de la integración de los múltiples niveles de regulación (transcripcional, post-traduccional y la ejercida por moléculas pequeñas) del metabolismo bacteriano desde una perspectiva basada en la Biología de Sistemas. Dicha aproximación se aplicará para determinar el papel de estos mecanismos en la regulación del empleo de las distintas fuentes de carbono que E. coli es capaz de metabolizar. Asimismo, se prestará especial atención a las fuentes de carbono más relevantes: glucosa (que es el estándard para el crecimiento bacteriano) y glicerol (cuya importancia está creciendo como consecuencia del descenso en sus precios). Además, entre las anteriores, también se considerará el acetato, que es un importante subproducto que se puede emplear como fuente de carbono en situaciones de limitación de nutrientes. La aplicación final de todo lo anterior se verá reflejada en la realización de un bioproceso modelo que estudiará la producción de terpenoides, los cuales son metabolitos de bajo peso molecular derivados del metabolismo central y que tienen un gran número de aplicaciones en la industria química y en biomedicina.

El objetivo de este trabajo ha sido el diseño y la optimización del proceso de obtención de L( )-carnitina a partir de compuestos de trimetilamonio mediante células de Escherichia. coli modificadas genéticamente , en reactores continuos y discontinuos, debido a que la L( )-carnitina posee importantes aplicaciones clínicas, y su uso farmacéutico y nutracéutico ha incrementado en los últimos años. Para la optimización del proceso de biotransformación, ha sido necesario obtener un conocimiento detallado del estado metabólico, fisiológico y del diseño del reactor. En este estudio se han utilizado técnicas de ingeniería genética y metabólica para la modificación de cepas bacterianas, en las que se han sobreexpresado determinados genes que codifican enzimas responsables del metabolismo de carnitina y se ha estudiado su efecto en la producción de L( )-carnitina. Además, puesto que la L( )-carnitina funciona como un osmoprotector celular ante determinadas situaciones de estrés salino, se ha realizado el estudio de los cambios del transcriptoma y de los flujos metabólicos provocados por tal situación, y cuya integración ha permitido desarrollar un modelo in silico para determinar posibles puntos de control. Con este trabajo se ha conseguido incrementar del background de información metabólica, establecer un mayor conocimiento de las limitaciones metabólicas, así como optimizar la producción