Estudio de la producción de H2 por bacterias del género clostridium mediante el análisis de sus rutas metabólicas y la modelación de flujos metabólicos

Abstract

Esta memoria tiene como motivación, el poder contribuir en la superación del desafío energético actual, con la búsqueda de nuevos recursos renovables y de uso limpio para el medio ambiente. En este ámbito, el gas hidrógeno resulta ser un combustible de alto interés comercial debido a su elevado contenido energético y la posibilidad de ser utilizado sin generar contaminación, por lo que supone un candidato excelente para suplir las crecientes demandas energéticas urbanas de la actualidad y a futuro. La producción microbiológica de hidrógeno, representa una alternativa a considerar puesto que permite establecer un proceso de obtención de carácter renovable. Microorganismos pertenecientes al género Clostridium sp. son capaces de producir este gas como un subproducto de su metabolismo, además de que los Clostridias pueden crecer en medios residuales como aguas servidas, pudiéndose establecer procesos de tratamiento de aguas servidas con bio producción de hidrógeno. Con la aplicación de la ingeniería metabólica, es posible modelar el funcionamiento interno de un microorganismo de interés, simular cambios en su metabolismo y pronosticar cuales serían sus efectos, para poder generar escenarios de optimización de la producción de metabolitos de interés. Por ello, mediante el análisis de flujos metabólicos, se estudió el metabolismo de Clostridium acetobutylicum, un bio productor de hidrógeno, con la intención de encontrar formas de incrementar su capacidad de producir hidrógeno. La metodología consistió en emplear dos algoritmos de búsqueda analítica, estos son: Flux Variability Scanning based on Enforced Objective Flux (FVSEOF) y búsqueda de nodos principales (BNP), en la resolución del problema de balance de flujos, para el modelo metabólico ATCC 824 (Clostridium acetobutylicum), sin escala genómica. El criterio de optimización fue maximizar la producción de hidrógeno, sujeto a la restricción de máxima formación de biomasa. Posteriormente se realizó un análisis integrado entre los resultados de ambos algoritmos para definir las modificaciones que se simularían computacionalmente, en Matlab con ayuda de la toolbox COBRA. De las simulaciones realizadas se obtuvo que, al silenciar las vías de síntesis de acetato, butirato y lactato, se podría incrementar el flujo de hidrógeno producido en un 42% en comparación con la producción sin modificaciones en las vías metabólicas. Por esto, se proponen estas modificaciones como candidatos de modificación genética. La mayor carencia del trabajo realizado es la ausencia de información sobre la escala genómica, que se podría incorporar posteriormente para robustecer los resultados obtenidos.