Ahora, los investigadores han demostrado que es posible provocar un cambio en el metabolismo de la fermentación a la respiración de E. coli y levadura de panadería optimizando las condiciones de fermentación. Este cambio significa que las células pueden ser empujadas para producir más energía interna (ATP).

"Esta información se puede usar para diseñar nuevas fábricas de células 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 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 ahora ha sido publicada en procedimientos 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 que los trabajadores consumen (enzimas) dentro de las células. Las enzimas usan esta energía para construir biomasa o hacer otro trabajo celular. Mientras 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 importante.

Utilizando un enfoque computacional, los investigadores descubrieron que el ATP puede generarse por 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 molécula de glucosa.

Las dos vías se complementan entre sí, pero los investigadores pudieron cambiar el equilibrio natural entre las dos al cambiar las condiciones de la fermentación y la cantidad de azúcar y proteínas disponibles. Además, demostraron que la vía de alto rendimiento necesita más masa proteica que la vía de bajo rendimiento para consumir glucosa a la misma velocidad.

También demostraron 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 da como resultado 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 mostraron que las células que se desempeñaban de la mejor manera en realidad usaban ambas vías, no solo la de alto rendimiento, y que más proteínas disponibles significaban más eficiencia en una ruta dada.

Por lo tanto, 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 se puede cambiar el metabolismo de las células mediante la ingeniería del genoma para que sea más efectivo en futuros experimentos.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad técnica de Dinamarca. Original escrito por Anne Wärme Lykke, Anders Østerby Mønsted. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.