Desarrollo y aplicación de estrategias de optimización para el diseño óptico de redes metabólicas y procesos biotecnológicos
Las cianobacterias tienen potencial como productoras de biocombustibles y otros productos químicos, ya que pueden crecer utilizando el CO2 presente en la atmósfera como fuente de carbono, la luz como fuente de energía y el agua como fuente de electrones. Esto resulta atractivo en el contexto actu...
Guardado en:
| Autor principal: | |
|---|---|
| Otros Autores: | |
| Formato: | tesis doctoral |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2020
|
| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/4881 |
| Aporte de: |
| id |
I20-R126123456789-4881 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
Universidad Nacional del Sur |
| institution_str |
I-20 |
| repository_str |
R-126 |
| collection |
Repositorio Institucional Universidad Nacional del Sur (UNS) |
| language |
Español |
| orig_language_str_mv |
spa |
| topic |
Ingeniería Química Bioetanol Cianobacterias |
| spellingShingle |
Ingeniería Química Bioetanol Cianobacterias Lasry Testa, Romina D. Desarrollo y aplicación de estrategias de optimización para el diseño óptico de redes metabólicas y procesos biotecnológicos |
| topic_facet |
Ingeniería Química Bioetanol Cianobacterias |
| description |
Las cianobacterias tienen potencial como productoras de biocombustibles y otros
productos químicos, ya que pueden crecer utilizando el CO2 presente en la atmósfera
como fuente de carbono, la luz como fuente de energía y el agua como fuente de
electrones. Esto resulta atractivo en el contexto actual de cambio climático ocasionado
por las elevadas concentraciones de CO2 en la atmósfera. En esta tesis se estudia la
producción de etanol de cuarta generación y polihidroxibutirato (PHB) a partir de la
cianobacteria Synechocystis sp. PCC 6803, con un enfoque de Ingeniería de Sistemas
Metabólicos.
En primer lugar, se cura un modelo estequiométrico de escala genómica (GEM) de dicha
cianobacteria con información bibliográfica específica actualizada, con el objetivo de
mejorar las predicciones in silico. Luego, el GEM es validado frente a datos
experimentales fisiológicos y datos de fluxómica, demostrándose que la curación resulta
efectiva en mejorar las predicciones del modelo. Con el modelo curado y validado, se
formulan problemas de programación binivel para buscar estrategias de acoplamiento,
a través de la supresión de genes, entre el crecimiento y la producción del compuesto
de interés con el objetivo de convertir al metabolito deseado en un subproducto obligado
del crecimiento y que en consecuencia, su producción resulte una parte integral de la
función metabólica del organismo. Matemáticamente, las intervenciones genéticas se
representan por medio de variables binarias asociadas a dichos genes. Estos problemas
son reformulados por medio de la teoría de la dualidad, obteniéndose como resultado
problemas de programación mixta entera lineal (MILP) en un solo nivel que se resuelven
tanto para el caso de etanol como para el de PHB. Existen en bibliografía formulaciones
de este tipo, aunque con variables binarias asociadas a reacciones. El aporte realizado
en esta tesis al incorporar asociación de variables binarias a genes es un avance en el
agregado de información biológica a este tipo de formulaciones.
En el caso del etanol se obtienen dos mutantes factibles que presentan diferentes
estrategias de intervención para acoplar la producción al crecimiento, una relacionada
con la producción de acetato y la otra, con el balance celular de poder reductor, siendo
el segundo caso el más prometedor desde el punto de vista biotecnológico ya que
aumenta en un 235 % la productividad de la cepa con respecto a las productividades
presentadas en bibliografía. Para este producto, también se estudia la posibilidad de
producción con una estrategia en dos etapas. En dicha estrategia, se considera un
primer biorreactor con condiciones que maximicen el crecimiento y un segundo
biorreactor donde un nutriente limita dicho crecimiento y se favorece la producción de
etanol. Esta estrategia mejora aún más los índices de producción.
En el caso de PHB también se obtienen dos mutantes factibles, pero la estrategia de
acoplamiento no varía. La diferencia entre ambos son dos intervenciones más, que
hacen que la tasa de producción de PHB aumente un 25%. La estrategia, en este caso,
también está relacionada con el balance de poder reductor de la red, pero se observan
mayores cambios en los flujos metabólicos internos que para el caso del etanol. La
productividad del mejor mutante se analiza en condiciones de exceso y de limitación de
nutrientes.
Las productividades obtenidas vuelven atractiva la realización de experimentos in vivo
para avanzar en el diseño de cepas de Synechocystis como fábricas celulares de etanol
de cuarta generación y de bioplásticos.
Los modelos desarrollados constituyen herramientas útiles para el diseño de cepas
industriales para la producción fotosintética no solo de biocombustibles y bioplásticos,
sino también de compuestos de interés en una gran variedad de industrias como la
farmacéutica, la nutracéutica, de biofertilizantes, entre otros. |
| author2 |
Díaz, María Soledad |
| author_facet |
Díaz, María Soledad Lasry Testa, Romina D. |
| format |
tesis doctoral |
| author |
Lasry Testa, Romina D. |
| author_sort |
Lasry Testa, Romina D. |
| title |
Desarrollo y aplicación de estrategias de optimización para el diseño óptico de redes metabólicas y procesos biotecnológicos |
| title_short |
Desarrollo y aplicación de estrategias de optimización para el diseño óptico de redes metabólicas y procesos biotecnológicos |
| title_full |
Desarrollo y aplicación de estrategias de optimización para el diseño óptico de redes metabólicas y procesos biotecnológicos |
| title_fullStr |
Desarrollo y aplicación de estrategias de optimización para el diseño óptico de redes metabólicas y procesos biotecnológicos |
| title_full_unstemmed |
Desarrollo y aplicación de estrategias de optimización para el diseño óptico de redes metabólicas y procesos biotecnológicos |
| title_sort |
desarrollo y aplicación de estrategias de optimización para el diseño óptico de redes metabólicas y procesos biotecnológicos |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/4881 |
| work_keys_str_mv |
AT lasrytestarominad desarrolloyaplicaciondeestrategiasdeoptimizacionparaeldisenoopticoderedesmetabolicasyprocesosbiotecnologicos |
| bdutipo_str |
Repositorios |
| _version_ |
1764820505545670656 |