Ingeniería Metabólica - Diplomado en Biotecnología Avanzada
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Ingeniería Metabólica
Introducción
El objetivo de la ingeniería metabólica es la modificación directa
de los flujos metabólicos.
Mejorar la producción de un metabolito
formado naturalmente por un organismo
Proveer al organismo de la habilidad de utilizar
sustratos atípicos
Formar metabolitos no producidos
naturalmente
Ingeniería metabólica racional
Modificar vías basándose en información
disponible (enzimas, reguladores, etc)
Transferencia del conocimiento y
resultados a otras especies
Ingeniería evolutiva
Insertar modificaciones
aleatorias en todo el genoma e identificar clonas potenciales
No se requiere conocimiento previo.
Descubrimientos muy interesantes
potenciales
Librerías (de sobreexpresión y
otras)
Sobreexpresión o eliminación aleatoria
de varios genes
Revelación de estrategias novedosas
de mejoramiento. Conocimiento previo
no fundamental
Ingeniería de transcripción
Reprogramar expresión de genes al modificar factores de
transcripción
Características multigénicas pueden
ser atendidas
Estrategia Descripción Ventajas
¿Y las desventajas?
GenA
Metabolito A (no muy
bueno)
Enzima A S1
Metabolito B (mejor)
Metabolito B (mejor)
GenB
Enzima B
P p GenS1
S2
GenS2
Ejemplos prácticos
Almidón Lignocelulosa Azúcares simples
Alcohol de dos tipos:
Etanol como combustible
Azúcares simples
Almidón
Amilosa: Glucosa 1-4 Amilopectina: Glucosa 1-6
Enzima faltante para
degradar almidón
Azúcares simples
Buscar en la naturaleza
Lipomyces kononenkoae y Saccharomycopsis fibuligera
P LKA1 Promotor y terminador: Fosfoglicerato cinasa
T
P LKA2 T
P SFA1 T
P SFG1 T
Alfa-amilasas (L. kononenkoae )
Alfa-amilasa (S. fibuligera)
Glucoamilasa (S. fibuligera)
Transformación de levaduras
Análisis de southern
Análisis en placas
Crecimiento en biorreactores
Resultado: Crecimiento en
almidón Aprovechamiento
de un 80% 0.06 g/L de etanol
3
Metanol Triacilglicérido Glicerol Fatty Acid Methyl Esters =
Biodiesel
Biodiesel: transesterificación
La biofábrica en Saccharomyces
Naturalmente no es gran productora de ácidos grasos, y
menos genera biodiesel
Entonces…
• Genes clave en la síntesis de ácidos
grasos, sobre-expresados (genes
nativos)
• Acetil-CoA carboxilasa (ACC1)
• Sintasa de ácidos grasos 1 (FAS1)
• Sintasa de ácidos grasos 2 (FAS2)
CH2OH
CHOH
CH2OPO3H
CH2OOCR
CHOH
CH2OPO3H
Glicerol – 3 – fosfato
CH2OOCR
CHOOCR
CH2OPO3H
CH2OOCR
CHOOCR
CH2OH
Ácido lisofosfatídico Ácido fosfatídico Diacilglicerol
GPAT LPAT PAP
CH2OOCR
CHOOCR
CH2OH
Acil-CoA
Diacilglicerol Triacilglicérido
DGAT
Síntesis de Triacilglicéridos
Levadura modificada
Contenido graso
17%-20%
Ácidos grasos libres
Biodiesel
400 mg/L
5 mg/L
Diseño de un
microorganismo capaz
de generar biodiesel a
partir de azúcares
simples
$
Umbelopsis ramanniana Glycine max
DGAT 2
Aumento en la cantidad de lípidos en un 1.5% (peso)
$17.9 USD por tonelada métrica
$ 70.4 millones de toneladas métricas 2007-2008
$ $1.26 mil millones / año
Beneficios económicos
Ingeniería de proteínas y dominios
Cepa súper productora de alcohol
Cepar de súper crecimiento
¿Cómo proceder?