Estudio bioinformático de flujos metabólicos en cepas de Escherichia coli mutantes del metabolismo de NADH /NADPH en condiciones electrogénicas.

Abstract

En los organismos heterótrofos las moléculas con poder reductor NADH y NADPH tienen funciones esenciales en la célula; el primero está principalmente involucrado en la formación de ATP y el otro en la producción de biomasa. En el metabolismo existe un balance entre el consumo y la producción de estos cofactores, cuya perturbación causa cambios en los flujos de carbono en las vias centrales. Por otra parte, existen microorganismos capaces de generar electricidad, denominados electrog enicos, los cuales son utilizados en celdas de combustible microbiológicas (MFC). Es posible mediante la adición de mediadores hacer que un organismo no electrogénico, como Escherichia coli, sea capaz de generar electricidad. Se postula que los electrones necesarios para el proceso de electrogénesis se originan del poder reductor proveniente del metabolismo celular, particularmente del cofactor NADH. A partir de esto se propone estudiar el efecto de la modificación del balance NADH/NADPH sobre la generación de electricidad en MFC utilizando Neutral Red como mediador en cultivos de cepas K-12 MG1655 de E. coli. Específicamente, se estudio el cambio en la especificidad del cofactor de la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PDH-NAD) y la ausencia o presencia de la fosfoglucoisomerasa (∆pgi ). Se evaluó el efecto de las mutaciones sobre la red metabólica mediante análisis in silico y se simularon los distintos mecanismos posibles por el cual ocurre la generación de electricidad. Se implemento la metodología de Flux Balance Analysis (FBA) y muestreo de Marvok Chain Monte Carlo (MCMC) mediante la herramienta COBRA en MatLab (MathWorks ). Los análisis demostraron que el cambio de especificidad de la G6PDH y la deleción del gen pgi generan una adaptación metabólica dentro de la red para sostener el desbalance de los poderes reductores, lo cual afecta a los parámetros de crecimiento, consumo de fuente de carbono y producción de electricidad. Sin embargo, se concluye que a los valores de ujos de producción de electricidad observados en este trabajo, el organismo no utiliza el NADH como donador de electrones, sino que extrae electrones del orotato dentro del metabolismo anabólico. Se discute el efecto del balance NADH/NADPH sobre el metabolismo energético, el reordenamiento del metabolismo central y su efecto sobre parámetros fisiológicos.