La biotecnología de vanguardia proporciona nuevos métodos para la producción de compuestos químicos y terapéuticos
Las fábricas celulares se están posicionando como una alternativa prometedora para producir compuestos químicos y terapéuticos mediante bioprocesos industriales. Sin embargo, la modificación de células para sobreproducir en masa y rápidamente compuestos químicos de interés está reñida con la tasa de crecimiento natural de las células y plantea determinados obstáculos técnicos. La iniciativa financiada con fondos europeos PROMYS se diseñó para abordar las limitaciones científicas relacionadas con la modificación de sistemas biológicos complejos. Convencionalmente, el aislamiento de fenotipos celulares con una elevada tasa de producción requiere el análisis de grandes conjuntos de datos a fin de identificar elementos genéticos clave. Los investigadores de PROMYS se propusieron acelerar drásticamente la construcción, la optimización y el rendimiento de las fábricas celulares mediante una nueva tecnología de biología sintética. «Queríamos desarrollar una plataforma que ayudará a identificar biocatalizadores más eficaces a través de un enfoque de alto rendimiento», explica el profesor Morten Sommer, coordinador del proyecto. Eliminar los obstáculos en la biotecnología En los procesos de fermentación, las fábricas celulares presentan comúnmente una disminución de la productividad, ya que la sobreproducción de la sustancia química de interés resulta tóxica o innecesaria. Como resultado, las células modificadas evolucionan de forma opuesta al objetivo de producción hacia un estado de menor producción y mayor tasa de crecimiento. Para hacer frente a este obstáculo, PROMYS desarrolló los denominados «sistemas de selección sensible a ligando», circuitos biomoleculares eficaces con módulos de detección integrados que detectan el estado celular y adaptan los programas celulares. En esencia, esto ejerce una presión selectiva antinatural sobre la célula huésped y aquellas células que no cumplen con los objetivos de producción son destruidas. «De esta forma, la población celular durante la fermentación puede mantenerse en el estado deseado de alta productividad, lo que conduce a un mayor rendimiento de la fermentación», añade el profesor Sommer. Durante el proyecto, los investigadores tuvieron que abordar retos científicos relacionados con el desarrollo de rutas sintéticas, la optimización de la producción de las fábricas celulares y el control de las poblaciones celulares durante la fermentación. Para lograr estos objetivos, identificaron moléculas de ARN específicas y biosensores proteicos que podrían ser empleados como sistemas de selección sensible a ligando para metabolitos clave. PROMYS desarrolló «de novo» el método de la selección sensible a ligando y lo empleó en vez de las metodologías de cribado analítico convencionales. «Relacionar la concentración de un compuesto químico de interés con la supervivencia celular nos permitió evaluar rápidamente muchas rutas de biosíntesis, prescindiendo así de aquellos métodos analíticos más lentos y laboriosos», continúa el profesor Sommer. A través de ciclos selectivos de optimización biológica integrados en la metodología de biología sintética, los investigadores lograron optimizar procesos metabólicos específicos en células modificadas. Esto les permitió crear a la vez múltiples bibliotecas celulares que, posteriormente, fueron analizadas para identificar la mejor función enzimática, nuevas rutas sintéticas y optimizar la fábrica celular. Aplicaciones tecnológicas Además de las herramientas y la metodología, el proyecto logró importantes avances científicos que proporcionaron información relevante al campo de la biología sintética. Mediante la combinación de herramientas de modificación genética directa y conceptos de biología sintética, la plataforma PROMYS ayuda a identificar los parámetros más adecuados a través de ciclos autoselectivos de optimización biológica. En conjunto, esta plataforma constituye una herramienta valiosa en manos de los ingenieros químicos del futuro, ya que les brinda la oportunidad de modificar rutas celulares a fin de alcanzar los objetivos específicos de su actividad. Para aplicaciones específicas de biotecnología, permite la modificación de fábricas celulares para objetivos de producción suprimiendo las tendencias intrínsecas de los sistemas biológicos. El proyecto se diseñó para incluir socios industriales para la comercialización de los productos y las tecnologías resultantes. El profesor Sommer concluye: «Se prevé que los resultados tengan una repercusión de calado en diferentes aplicaciones industriales dentro de la industria química con unos beneficios potenciales de varios millones de euros, como la producción de alimentos y bebidas, cosméticos y productos farmacéuticos».
Palabras clave
PROMYS, fábrica celular, biología sintética, biotecnología, biosensor
