Una bacteria industriosa
Mediante la modificación del metabolismo de una bacteria, se logra que ésta fabrique un compuesto orgánico que se emplea en la producción de plásticos. De este modo se le puede dar valor agregado a un sustrato muy abundante, y muy barato: el glicerol, un subproducto de la fabricación de biodiésel.
Escherichia coli. Foto: Eric Erbe. USDA, ARS, EMU.
Uno de los principales residuos de la producción de biodiésel, el glicerol, también conocido como glicerina, podría aprovecharse para obtener un producto útil para la fabricación de plásticos. Pero lo interesante es que el proceso podría realizarse de una manera amigable con el medio ambiente. En efecto, la clave reside en modificar el metabolismo de una bacteria: Escherichia coli.
El producto final es 1-3 propanodiol, un compuesto que se emplea en la fabricación de plásticos. En cuanto al sustrato, el glicerol, este se obtiene en grandes cantidades de la industria del biodiésel. Por cada tonelada de este combustible, se generan cien kilos de glicerol, es decir, un 10% del total.
Para obtener 1-3 propanodiol, los investigadores producen mutaciones en los genes que regulan el metabolismo celular de la bacteria. “La estrategia es usar reguladores globales, que son genes que controlan una gran cantidad de procesos al mismo tiempo y, en el caso de las bacterias, pueden ayudarlas a que puedan adaptarse a las condiciones del medio”, explica Julia Pettinari, profesora en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, y responsable del Laboratorio de Estudios Genéticos de Bacterias de Interés Biotecnológico.
Esa estrategia es una alternativa a la ingeniería metabólica tradicional, que modificaba pasos metabólicos individuales. “En nuestro caso –remarca Pettinari–, se trata de manipular los reguladores globales para modificar muchas vías metabólicas al mismo tiempo, cambiando los flujos de carbono y energía dentro de la célula para favorecer el uso del sustrato para la síntesis del producto deseado”.
En el laboratorio se trabaja con Escherichia coli, una bacteria que se adapta a la falta de oxígeno, ya que puede respirar otros compuestos, como el nitrato. Pero también puede crecer mediante fermentación, un proceso que no requiere oxígeno, y cuyo descubridor, Luis Pasteur, denominó “la vida sin aire”.
Para mejorar su capacidad de sobrevivir y multiplicarse, la bacteria en cuestión ajusta su metabolismo a las condiciones ambientales y así optimiza el uso del sustrato. Si hay mucho oxígeno, se prioriza la respiración, porque es la forma más favorable para obtener energía. Pero, cuando no hay oxígeno, la bacteria debe optar por el “plan B”.
“En E. coli hay algunos genes reguladores globales que pueden ajustar los flujos de carbono que ella obtiene del sustrato, y así recurre a un tipo de metabolismo u otro”, detalla Pettinari, también investigadora de CONICET, y prosigue: “Desde hace tiempo, venimos investigando qué pasa cuando uno manipula esos regulares globales y se producen cambios en todo el metabolismo”.
Fermentar o morir
Diego Egoburo. Foto: Gentileza Julia Pettinari.
Cuando los genes reguladores globales son mutados, la célula se ve obligada a cambiar su metabolismo. Si no hay oxígeno, tiene que obtener energía de la fermentación, es su estrategia para mantener la estabilidad interna.
El trabajo, que fue publicado en Applied and Environmental Microbiology, formó parte de la tesis doctoral de Diego Egoburo, quien investigó el efecto de las mutaciones de los reguladores globales principales, identificando en el metabolismo las diferencias producidas a raíz de esas mutaciones, y por último determinó cuáles de esas alternativas metabólicas eran más adecuadas para la síntesis de diferentes compuestos.
Fabricación ecológica
¿Por qué la bacteria fabrica 1-3 propanodiol? En realidad, la bacteria es engañada, y termina fabricando un compuesto que no le sirve para nada; pero lo hace, porque tiene restringidos los caminos metabólicos principales.
En resumen, el equipo de investigación propone una estrategia para aprovechar un compuesto que es un subproducto de la industria y que puede aprovecharse para obtener otro, que a su vez sirve para la fabricación de plásticos. Lo interesante es que se logra obtener un producto mediante un proceso biológico, que es más amigable con el medio ambiente, en comparación con la síntesis química.
“En este caso, el compuesto que fabrica E. coli se obtiene habitualmente mediante síntesis química, pero la posibilidad de producirlo en forma biológica, a través de la bacteria, tiene al menos dos ventajas: por un lado, los procesos son más amigables con el ambiente y, por el otro, se utiliza y se le da valor agregado a un sustrato renovable, como es el glicerol”, sostiene Pettinari.
De hecho, existen numerosos compuestos, como aminoácidos, proteasas y lipasas que son producidos por bacterias, por ejemplo, para fabricar el jarabe de maíz de alta fructosa se utilizan enzimas bacterianas, las amilasas. La mayoría de los antibióticos son de origen bacteriano. Asimismo, la empresa Dupont tiene procesos patentados para la producción de 1-3 propanodiol, y los ofrecen como una alternativa ecológica, sostenible y no derivada del petróleo.
Pettinari concluye: “Nuestros resultados son muy prometedores, ya que logramos rendimientos apreciables, pero aún a escala laboratorio. Si se desea realizarlo a escala industrial, será necesario seguir haciendo desarrollos y mejoramientos para que el proceso sea económicamente rentable”.
