Ingeniería Metabólica - Diplomado en Biotecnología Avanzada

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?