¿Cómo generan y usan las células la energía? Esta pregunta puede parecer simple, pero la respuesta está lejos de ser simple. Además, saber cómo las fábricas de células microbianas consumen energía y cómo se asignan las proteínas para hacerlo es crucial cuando se trabaja con fermentaciones industriales.
Ahora, los investigadores han demostrado que es posible provocar un cambio en el metabolismo de la fermentación a la respiración de E. coli y la levadura de panadería al optimizar las condiciones de fermentación. Este cambio significa que las células pueden ser empujadas a producir más energía interna ATP.
"Esta información se puede utilizar para diseñar fábricas de células nuevas y mejoradas", dice el autor correspondiente Profesor de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, y Director Científico del Centro de Biosustentabilidad de la Fundación Novo Nordisk en la DTU en Dinamarca, dice Jens Nielsen.
Junto con el primer autor Postdoc Yu Chen del Departamento de Biología e Ingeniería Biológica de Chalmers, Jens Nielsen ha estudiado el metabolismo de E. coli y levadura de panadero mediante el uso de modelos matemáticos y experimentos biológicos. La investigación se ha publicado ahora en Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS .
Las células generan constantemente moléculas de alta energía llamadas ATP a partir de la glucosa de azúcar. El ATP es el "alimento" celular consumido por los trabajadores - enzimas - dentro de las células. Las enzimas usan esta energía para construir biomasa o hacer otro trabajo celular.cuanto más ATP esté disponible, mejor se desempeñarán los caballos de batalla microbianos en las fermentaciones; al menos en principio, muchos otros aspectos también juegan un papel.
Utilizando un enfoque computacional, los investigadores descubrieron que el ATP puede generarse por cualquiera de dos vías: una vía respiratoria de alto rendimiento que resulta en 23.5 ATP por molécula de glucosa o una vía fermentativa de bajo rendimiento, que solo genera 11 ATP por glucosamolécula.
Las dos vías se complementan entre sí, pero los investigadores pudieron cambiar el equilibrio natural entre las dos cambiando las condiciones de la fermentación y la cantidad de azúcar y proteínas disponibles. Además, mostraron que la vía de alto rendimiento necesita másmasa proteica que la vía de bajo rendimiento para consumir glucosa a la misma velocidad.
También mostraron que hacer que algunas enzimas clave funcionen mejor significaba que las células cambiaron de un metabolismo fermentativo de bajo rendimiento a respirar a través del metabolismo respiratorio de alto rendimiento.
Este cambio resulta en más ATP intracelular, pero también evita la acumulación de subproductos fermentativos; acetato en E. coli y etanol en levadura de panadería.
"Estos subproductos no son deseados y disminuyen el rendimiento de las moléculas buscadas que desea producir en su fábrica de células", dice Jens Nielsen.
Además, los investigadores demostraron que las células que se desempeñaron de la mejor manera en realidad usaron ambas vías, no solo la de alto rendimiento, y que más proteínas disponibles significaban más eficiencia en una ruta dada.
Entonces, la solución para un mejor desempeño de las células en las fermentaciones no es apagar la vía fermentativa, sino asignar más proteínas a la vía de alto rendimiento.
Los investigadores únicamente expusieron los microbios a diferentes condiciones de fermentación y no hicieron ingeniería genómica para evocar estos cambios. Pero al mismo tiempo, sus estudios dieron una indicación de cómo uno puede cambiar el metabolismo de las células mediante ingeniería genómica para que se vuelva máseficaz en futuros experimentos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Dinamarca . Original escrito por Anne Wärme Lykke, Anders Østerby Mønsted. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :