Modelo metabólico y estrategias transcripcionales para el proceso de electrofermentación en Escherichia coli

Abstract

Los estados celulares redox se pueden expresar y cuantificar como las razones NADH/NAD+ y NADPH/NADP+, y son generalmente sostenidos por intrincadas redes con múltiples reac- ciones de óxido-reducción. De este modo, al enfrentar perturbaciones, los microorganismos ajustarán sus flujos metabólicos hasta alcanzar un apropiado balance intracelular redox. A este respecto, en muchos casos este tipo de regulación surge como cuello de botella más allá de las deficiencias enzimáticas que dificultan vías metabólicas específicas [1, 2]. Por ende, pa- ra propósitos industriales, muchos esfuerzos de la ingeniería metabólica hacia la utilización de substratos específicos o síntesis de compuestos diana se ha realizado en microorganismos a través de la modificación o introducción de vías metabólicas que involucran reacciones redox. Dentro de las herramientas más prometedoras frente a las limitaciones redox, asociada a la interacción exoelectrogénica, se encuentran la electrosíntesis microbiana (MES, Microbial Electrosynthesis) y la electrofermentación (EF, Electro-Fermentation) [3, 4]. Estas atañen la utilización de la interacción célula-electrodo para dirigir el metabolismo microbiano hacia una producción incrementada de químicos y combustibles. Es decir, se genera un input/output energético extra que es usado para optimizar el metabolismo celular redox y, por lo tanto, in- crementar la producción del compuesto de interés [5]. Sin embargo, a pesar del gran auge por el desarrollo de estas técnicas, aún se desconoce de forma minuciosa la interacción genética, transcripcional y metabólica asociada a estas tecnologías. En consecuencia, los dos grandes obstáculos a superar para generar un proceso de relevancia industrial, radican en la baja razón de transferencia de electrones entre los electrodos y los microorganismos empleados, además del bajo valor de productos químicos generados [6, 7]. A partir de lo anterior, es que el trabajo de título propuesto involucra la generación de un modelo metabólico y un análisis de estrategias transcripcionales para el microorganismo E. coli bajo condiciones de electrofermentación. Esto, en virtud de identificar y relacionar genes asociados al metabolismo redox e interacción exoelectrogénica con hipótesis del incremento del poder reductor y la generación de productos de alto valor agregado. Así, la sinergia entre un modelo metabólico y redes de factores de transcripción, podrían aportar conocimiento a la regulación entre genes y generación de metabolitos definiendo, de esta manera, el com- portamiento y maquinaria necesaria para la optimización y adaptación bajo condiciones de producción de electrofermentación para futuros procesos de validación experimenta