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(noticias nanowerk) A medida que aumentan el cambio climático y las preocupaciones ambientales, las fábricas de células microbianas sostenibles están atrayendo mucha atención como candidatas para reemplazar las fábricas de productos químicos. Para desarrollar microorganismos para su uso en fábricas de células microbianas, es crucial modificar sus procesos metabólicos para inducir la producción eficiente de la sustancia química objetivo mediante la modulación de su expresión genética. Sin embargo, el desafío sigue siendo determinar qué expresiones genéticas deben mejorarse y reprimirse, y la verificación experimental de estos objetivos de modificación es un proceso que requiere mucho tiempo y recursos, incluso para los expertos.
Los desafíos fueron abordados por un equipo de investigadores de KAIST dirigido por el distinguido profesor Sang Yup Lee y reportados en Sistemas celulares (“Identificación de todo el genoma de objetivos genéticos de sobreexpresión y regulación negativa basada en la suma de covarianzas de los flujos de respuesta salientes”).
Las tesis centrales
![Diagrama conceptual del flujo de simulación de iBridge.](https://www.nanowerk.com/news2/green/id64027_1.jpg)
Investigación
El día 9, la escuela anunció que se introdujo un método para construir una fábrica microbiana de forma económica, rápida y eficiente a través de un novedoso programa de simulación por computadora desarrollado por el equipo dirigido por el profesor Lee, llamado «iBridge». Este innovador sistema está diseñado para predecir objetivos genéticos que se sobreexpresarán o regularán negativamente para producir un compuesto deseado, lo que permite la construcción rentable y eficiente de fábricas de células microbianas diseñadas específicamente para producir el compuesto químico requerido a partir de biomasa renovable.
La ingeniería metabólica de sistemas es un campo de investigación e ingeniería iniciado por el distinguido profesor Sang Yup Lee de KAIST que tiene como objetivo producir compuestos valiosos para las necesidades industriales utilizando microorganismos a través de una combinación de métodos que incluyen, entre otros, ingeniería metabólica y síntesis, biología, biología de sistemas y La tecnología de fermentación se está reconfigurando.
Para mejorar la capacidad de los microorganismos para producir compuestos útiles, es importante eliminar, reprimir o sobreexpresar genes microbianos. Sin embargo, incluso para los expertos, es difícil identificar los objetivos genéticos que se van a modificar sin confirmar experimentalmente cada uno de ellos, lo que puede requerir una inmensa cantidad de tiempo y recursos.
El iBridge recientemente desarrollado identifica metabolitos positivos y negativos dentro de las células que tienen una influencia positiva y/o negativa en la formación de los productos calculando la suma de las covarianzas de sus flujos de reacción salientes (consumidores) para una sustancia química objetivo. Posteriormente, las reacciones «puente» responsables de convertir los metabolitos negativos en positivos se identifican como candidatas para la sobreexpresión, mientras que las reacciones contrarias se identifican como objetivos para la regulación negativa.
El equipo de investigación utilizó con éxito la simulación iBridge para establecer fábricas de células microbianas de E. coli, cada una de las cuales es capaz de producir tres de los compuestos de alta demanda a una capacidad de producción nunca antes reportada en ningún lugar del mundo. Desarrollaron cepas de E. coli que pueden producir pantenol, un agente humectante que se encuentra en muchos cosméticos, putrescina, un ingrediente clave en la producción de nailon, y ácido 4-hidroxifenilláctico, un aditivo alimentario antibacteriano. Además de estos tres compuestos, el estudio presenta predicciones para la sobreexpresión y represión de genes microbianos que construyen fábricas para otros 298 compuestos industrialmente valiosos.
Dr. Youngjoon Lee, coprimer autor de este artículo de KAIST, destacó la construcción acelerada de varias fábricas microbianas que permitió la simulación recientemente desarrollada. Explicó: “Al utilizar esta simulación, se podrían construir múltiples fábricas de células microbianas mucho más rápidamente de lo que hubiera sido posible con métodos tradicionales. Ahora se pueden construir rápidamente fábricas de células microbianas que produzcan una gama más amplia de compuestos valiosos utilizando esta tecnología”.
El profesor Sang Yup Lee dijo: «La ingeniería metabólica de sistemas es una tecnología crucial para abordar los desafíos actuales del cambio climático». Y añadió: «Esta simulación podría acelerar significativamente la transición de depender de fábricas químicas convencionales al uso de fábricas microbianas respetuosas con el medio ambiente».
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