UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

El model productiu actual està basat en un model econòmic lineal en el qual s'utilitzen matèries primeres d'origen fòssil (com el petroli) per obtenir combustibles, diversos compostos químics i materials (principalment plàstics). El fet d'usar hidrocarburs provinents del subsol ha provocat una acumulació ininterrompuda de diòxid de carboni a l'atmosfera que ha desencadenat l'escalfament global.

L'estratègia alternativa a l'economia lineal és l'economia circular. En aquest cas, els recursos utilitzats no són d'origen fòssil, sinó de residus agrícoles, de la neteja de sotabosc o d'altres tipus de residus orgànics d'origen industrial o municipal.

L'objectiu d'aquest projecte de recerca desenvolupat al Grup de Recerca ENG4BIO del Departament d'Enginyeria Química, Biològica i Ambiental consisteix en l'obtenció d'una factoria cel·lular capaç de transformar el glicerol cru (un residu orgànic de la indústria del biodièsel sense tractar i que, per tant, conté impureses com el metanol) en àcid 3-hidroxipropiònic (3-HP), que és una molècula-plataforma de la qual es poden obtenir molts altres productes d'interès. Per exemple, es pot convertir en àcid acrílic (precursor per a la producció de plàstics superabsorbents) o bioplàstics. En ambdós casos, es tracta de productes substitutius dels plàstics derivats del petroli.

Generalment, els processos químics convencionals no permeten la conversió directa d'aquests residus orgànics en productes d'interès. Afortunadament, hi ha microorganismes capaços de consumir aquests residus i d'altres microorganismes capaços de produir productes d'interès industrial. En aquest cas, hi ha bacteris que poden produir 3-HP de manera natural en petites quantitats, però són bacteris difícils de cultivar i que creixen lentament. Aquest fet dificulta el seu ús a escala industrial, ja que per tal d'assolir un procés rendible i sostenible, cal que la conversió del glicerol a 3-HP sigui eficient. La nostra estratègia ha consistit a transferir la capacitat de produir 3-HP des d'un microorganisme que el produeix de manera natural al llevat Pichia pastoris, que és un microorganisme àmpliament utilitzat a la indústria perquè té un creixement ràpid en un medi de cultiu barat i és capaç d'utilitzar eficientment el glicerol cru com a aliment.

Per tal que P. pastoris sigui capaç de produir 3-HP, s'han transferit els gens relacionats amb la síntesi de 3-HP des d'un bacteri productor natural (Chloroflexus aurantiacus) a P. pastoris. Cada gen transferit aporta una funció al microorganisme, donant les instruccions per a la síntesi de cada un dels enzims que realitzen les reaccions químiques de síntesi del 3-HP. Un cop transferits aquests gens a P. pastoris, s'ha verificat que el microorganisme modificat produeix 3-HP. A continuació, s'han introduït modificacions genètiques addicionals per tal de redirigir el metabolisme del llevat productor cap a la producció de 3-HP. Per escollir i dissenyar les modificacions necessàries per assolir l'objectiu, s'ha seguit el flux de treball marcat pel cicle DBTL (disseny, construcció, avaluació i aprenentatge, en les seves sigles en anglès). Aquest cicle consisteix en un procés d'aprenentatge iteratiu i és molt habitual en projectes d'enginyeria metabòlica. Després de diversos cicles DBTL, s'ha aconseguit incrementar 14 vegades el rendiment de producció de 3-HP.

Finalment, les millors soques han estat provades en bioreactors d'escala laboratori en condicions controlades. S'han obtingut nivells de 3-HP prometedors, superiors als aconseguits prèviament en altres llevats com Saccharomyces cerevisiae o Schizosaccharomyces pombe.