Fisiología microbiana e ingeniería de vías metabólicas -Seminario Divisional DCNI DPT

El Doctor Guillermo Gosset Lagarda investigador del Instituto de Biotecnología de la UNAM, lidera un grupo académico y de investigación interesado en el estudio y modificación de la fisiología microbiana con el propósito de generar nuevas cepas y procesos sustentables para la producción de compuestos con aplicación industrial quienes emplean varios modelos microbianos con los cuales realizan estudios que les están ayudando a entender los procesos celulares relacionados al transporte de fuentes de carbono, el metabolismo central y las vías de síntesis de compuestos aromáticos.

Mediante la aplicación de las técnicas de la ingeniería genética, han modificado funciones celulares que de forma directa o indirecta alteran al metabolismo celular (ingeniería metabólica). Cuando Escherichia coli crece en presencia de glucosa, se produce un efecto de desbalance metabólico que ocasiona la síntesis de acetato, lo cual representa una pérdida de carbono y su acumulación tiene un efecto negativo sobre la productividad. Aún no es clara la relación entre la velocidad de consumo de glucosa y el desempeño de cepas de producción.

Se generó un grupo de 15 derivadas isogénicas de la cepa W3110 de E. coli con inactivaciones sencillas o múltiples de genes que codifican para componentes del sistema de fosfotransferasa (PTS), así como los transportadores GalP y Mgl. Estas cepas se caracterizaron en cultivos en medio con 2.5 g/L de glucosa. Observaron un rango en la velocidad específica de consumo de glucosa (q_S) de 1.33 a 0.32 g/g h y velocidades específicas de crecimiento de 0.65 a 0.18 h^-1. Así mismo, una reducción o eliminación en la producción de acetato en las cepas mutantes.

Las cepas se transformaron con el plásmido pHN, el cual es utilizado como vacuna de ADN contra paperas. Comparando con la cepa W3110/pHN, han observado un aumento del 320% en el rendimiento de pHN a partir de biomasa en una cepa mutante en la que se inactivaron los genes de componentes PTS de glucosa y manosa, así como Mgl.

Se espera que esta colección de mutantes permita identificar fenotipos que impacten de forma positiva la capacidad de producción de otros productos biotecnológicos como lo serían las proteínas recombinantes.

En este grupo también se han desarrollado líneas relacionadas con la aplicación de ingeniería metabólica para la generación de cepas de E. coli con la capacidad de producción de compuestos aromáticos no nativos.

El resveratrol se encuentra en el vino y en diversos tejidos de especies vegetales. Su consumo en humanos ha sido asociado a una reducción en el riesgo de enfermedades cardiovasculares, diabetes y ciertos tipos de cáncer, efectos atribuidos principalmente a sus actividades antioxidantes. Empleando estrategias de biología sintética e ingeniería de vías metabólicas, se desarrollaron cepas de E. coli con la capacidad para producir resveratrol que expresan genes que codifican para las enzimas tirosina amonio liasa de R. glutinis, cumaroil-CoA ligasa (4CL) de Streptomyces coelicolor y estilbeno sintasa (STS) de Arachis hypogaea o Vitis vinífera.

Se evaluó el efecto de dos diferentes fuentes de carbono, así como dos orígenes de la enzima STS sobre la capacidad de producción de resveratrol en cultivos a nivel de matraz. Se determinó que los cultivos con glicerol como fuente de carbono alcanzaron mayores títulos de resveratrol en comparación con los cultivos con glucosa. Los mayores títulos de resveratrol alcanzados fueron de 78 mg/L en 20 horas de cultivo en medio mínimo M9 con glicerol como fuente de carbono y suplementado con ácido p-hidroxicinámico con una cepa expresando las enzimas 4CL de S. coelicolor y STS de V. vinifera.

El Doctor Guillermo Gosset Lagarda, tiene estudios de Licenciatura en Biología, en la Escuela de Biología en Guadalajara, Jal.; de Maestría en Investigación Biomédica Básica en el Centro de Investigación en Ingeniería Genética y Biotecnología de la UNAM y el Doctorado en Biotecnología por el Instituto de Biotecnología de la UNAM.  Obtuvo Mención honorífica por su examen de Maestría y la Medalla "Gabino Barreda" por mejor promedio en estudios de Maestría.

Cuenta con diversas publicaciones de artículos de investigación, divulgación, capítulos de libros y libros, así como una decena de patentes registradas.  Es tutor de estudiantes de Maestría y Doctorado y tiene nivel III del Sistema Nacional de Investigadores.