Diseño in silico de una red metabólica, a partir de cultivos microbianos mixtos, para un microorganismo chasís capaz de producir ácido propiónico a partir de glicerol crudo: aproximación desde la termodinámica y la ingeniería metabólica

Abstract

En el presente trabajo se llevó a cabo el diseñó in silico de un microorganismo chasís (E. coli K-12 MG1655) capaz de valorizar glicerol crudo (residuo de la industria del biodiesel) en ácido propiónico, cuyo metabolismo contiene y refleja las interacciones entre las principales familias de un consorcio microbiano. Este diseño se desarrolló a partir de una perspectiva termodinámica y otra perspectiva de la ingeniería metabólica. Como punto de partida, se planteó un modelo cualitativo que representara las interacciones entre las principales familias de un consorcio microbiano capaz de transformar glicerol en propionato. Estas interacciones se representaron mediante flujos de metabolitos. Las familias que se consideraron fueron cuatro: acidogénicas, acetogénicas, metanogénicas acetoclásticas y metanogénicas hidrogenotróficas. Después, se partió de un modelo termodinámico de caja negra de Herbert-Pirt para cuantificar, para cada familia, los flujos de los metabolitos intercambiados entre ellas. Por último, se desarrolló un modelo metabólico para el chasís que integrara el anabolismo de E. coli K-12 MG1655 con una red catabólica reconstruida a partir de los principales catabolismos presentes en el consorcio microbiano. Para validar ambos modelos, se utilizó la información experimental de un cultivo microbiano mixto, reportada porc. Mediante esta validación se pudo corroborar que los modelos planteados (y sus respectivos supuestos) para el chasís permiten representar y aproximar las interacciones que suceden en el cultivo microbiano mixto

Abstract: In the present work, the design of an in silico chassis microorganism (E. coli K-12 MG1655) capable of valorizing raw glycerol (by-product of the biodiesel industry) into propionic acid, which metabolism contains and represents the interactions between the main families of a microbial consortia, was done. This design was developed from thermodynamic, and metabolic engineering perspectives. As a starting point, a qualitative model in which the interactions between the main families belonging to a microbial consortia capable of transforming glycerol into propionic acid was posed. These interactions were represented through metabolite flujos. The main families were four: acidogens, acetogens, acetoclastic methanogens and hidrogenotrophic methanogens. Then, a Herbert-Pirt thermodynamic black-box model was used to quantify, for each family, the flujos of metabolites shared between them. Last, a metabolic model for the chassis was developed. This model integrated the anabolism of E. coli K-12 MG1655 with a catabolic network that was reconstructed using the main catabolisms present in the microbial consortia. Experimental information reported for a mixed microbial culture, by Chen, Yun, et al. (2016), was used to validate both models. Through this validation, it was corroborated that the proposed models (and their respective assumptions) for the chassis allow to represent and approximate the interactions happening in a mixed microbial culture.