Análisis de balance de flujo dinámico de la producción de 1,3-Propanodiol a partir de Clostridium sp

Resumen El incremento en el glicerol obtenido como coproducto del biodiesel ha incentivado la producción de nuevos productos industriales como el 1,3-propanodiol (PDO) mediante transformación biotecnológica usando bacterias como Clostridium butyricum. Ahora bien, a pesar del creciente interés de este proceso de bioproducción, el metabolismo de Clostridium butyricum prácticamente no ha sido modelado. Por lo tanto, fue reconstruido el primer modelo metabólico de escala genómica (modelo GSM) de una cepa de Clostridium productora de PDO (iCbu641), el cual contiene 641 genes, 365 enzimas, 891 reacciones y 701 metabolitos. Fue lograda una predicción en la expresión de enzimas del 83% después de comparación entre datos de proteomica y distribución de fluxes predichos mediante Análisis de Balance de Flujo (FBA). Las restantes enzimas no predichas están direccionalmente acopladas al crecimiento de acuerdo a la Búsqueda de Fluxes Enlazados (FCF) y muchas de ellas están involucradas en procesos que el FBA no puede anticipar, tales como mecanismos de regulación celular. En adición, durante la validación usando datos de fermentación en estado estacionario, diferentes estados fenotípicos fueron observados dependiendo de la concentración de glicerol, los cuales fueron predichos mediante diferentes funciones objetivo. Posteriormente, fue desarrollada una aproximación dinámica que fue validada experimentalmente mediante cultivos de la cepa nativa Clostridium sp. IBUN 158B. Además fue realizado análisis de sensibilidad detectando que la restricción cinética de consumo de glicerol fue el principal parámetro que afectó la predicción de PDO producido. Los restantes parámetros evaluados en el análisis de sensibilidad fueron empleados en el desarrollo de un modelo segregado, el cual permitió predecir comportamientos poblacionales. Por otra parte, perturbaciones en el modelo GSM fueron realizadas mediante deleciones de enzimas, sin embargo ninguna mutante evaluada tuvo incrementos significativos en la producción de PDO, lo cual es debido a que el PDO es un metabolito primario y su producción también es optimizada por el FBA. Seguidamente, simulaciones dinámicas adicionales fueron realizadas con el objetivo de predecir cultivos por lote alimentado, permitiendo mejorar la producción de PDO de 23.5 hasta 66g/L. Finalmente, gracias a que los valores predichos estuvieron de acuerdo con valores experimentales, es posible sugerir que el modelo reconstruido puede ser empleado para proponer nuevos escenarios y por tanto reducir tiempo y costos asociados a la experimentación. ///

• Autores: Serrano Bermúdez, Luis Miguel
• Tipo de recurso: Doctoral thesis
• Fecha de publicación: 2016
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/59300
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/59300; http://bdigital.unal.edu.co/56689/
• Palabra clave: 57 Ciencias de la vida; Biología / Life sciences; biology; 63 Agricultura y tecnologías relacionadas / Agriculture; 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering; Clostridium butyricum; 1,3-propanodiol; Modelo metabólico de escala genómica; Función objetivo; Modelo segregado; Mutantes por knockout; Genome-scale metabolic model; Objective function; Segregated model; Mutants by knockout
• Rights: openAccess
• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional