Síntesis del azúcar a partir del CO2 en Escherichia coli

Área de la Ciencia:

• Biología sintética
• Ingeniería metabólica
• Biotecnología microbiana

Sus antecedentes:

• Los organismos heterótrofos generalmente no pueden sintetizar biomasa directamente a partir del dióxido de carbono (CO2).
• El establecimiento de vías de fijación de carbono no nativas en los microbios sigue siendo un desafío significativo.
• El ciclo de Calvin-Benson-Bassham (CBB) es un mecanismo primario para la asimilación de CO2 en los autótrofos.

Objetivo del estudio:

• Para diseñar un organismo heterotrófico, E. coli, para sintetizar precursores de biomasa a partir de CO2.
• Investigar la viabilidad de la aplicación de un ciclo de CBB no nativo para la fijación de carbono.
• Para explorar el potencial de la evolución de modo trófico en el metabolismo microbiano.

Principales métodos:

• El recableado metabólico racional de E. coli.
• Expresión recombinante de un ciclo de CBB no nativo.
• Evolución en el laboratorio de cepas de E. coli diseñadas.
• Secuenciación del genoma para identificar mutaciones clave.

Principales resultados:

• Se estableció con éxito un ciclo funcional de CBB no nativo en E. coli.
• Las bacterias diseñadas sintetizaron azúcares y otros componentes de la biomasa a partir del CO2.
• La fijación de carbono se acopló a la oxidación de un compuesto orgánico (por ejemplo, piruvato) para obtener energía y potencia de reducción.
• Se identificaron mutaciones en las ramas de flujo como cruciales para el fenotipo observado.

Conclusiones:

• Demostró la evolución exitosa de una vía de fijación de carbono no nativa en una bacteria heterótrofa.
• Destacó el potencial para una rápida evolución en modo trófico del metabolismo microbiano.
• Mostró un paso significativo hacia la ingeniería de microbios para la utilización directa de CO2 en la biotecnología.
• Si bien no se logró una ganancia neta de carbono, el estudio proporciona una base para futuros avances.