Synthetic Biology: Metabolic Engineering and Synthetic Biology of Yeast - Jens Nielsen

Summary

Jens Nielsen presenta una charla sobre ingeniería metabólica y biología sintética en la levadura, destacando su uso en la producción de productos tradicionales y farmacéuticos. Explica el concepto de fábricas celulares y su importancia en la biofarmacéutica, con ventas que superan los 100 mil millones de dólares. Aborda el reto de redirigir el metabolismo de la levadura para producir nuevos compuestos, como biocombustibles y productos químicos, utilizando herramientas de la ingeniería metabólica y biología sintética para mejorar la producción industrial.

Takeaways

• 🚀 La ingeniería metabólica y la biología sintética de la levadura son temas centrales del discurso de Jens Nielsen.
• 🏭 Las 'fábricas de células', como la levadura, se utilizan tradicionalmente en la producción de alimentos y farmacos, y más recientemente en biocombustibles y productos químicos.
• 💊 La producción de biofármacos supera los 300 y tiene ventas que exceden los 100 mil millones de dólares estadounidenses.
• 🌱 El concepto de biorefinería implica la conversión de biomasa en azúcares, los cuales son fermentados por microorganismos para producir combustibles y productos químicos.
• 🔬 La ingeniería metabólica es esencial para redirigir el metabolismo de las levaduras para producir diferentes tipos de combustibles y productos químicos.
• 🛠️ Se necesitan herramientas de ingeniería metabólica y biología sintética para entender y manipular el metabolismo de las levaduras y mejorar la producción de compuestos de interés.
• 🔄 El ciclo de ingeniería metabólica, también conocido como ciclo de prueba, construcción y diseño, es un proceso iterativo para desarrollar cepas industriales viables.
• 🌡️ La adaptación de las levaduras para crecer a temperaturas más altas puede reducir los costos de enfriamiento y mejorar la estabilidad del proceso en la industria del bioetanol.
• 🔬 La biología de sistemas y la biología sintética son áreas clave que contribuyen al desarrollo de nuevas herramientas para la ingeniería metabólica.
• 📈 La optimización de la producción de precursores como el acil-CoA puede aumentar significativamente la producción de compuestos de interés en las levaduras.
• 🔑 Las mutaciones identificadas en las levaduras adaptadas a temperaturas más altas, como la duplicación del cromosoma y las mutaciones puntuales en genes como ERG3, pueden ser claves para mejorar la producción y adaptabilidad de las levaduras.

Q & A

¿Qué es la ingeniería metabólica y cómo se relaciona con la biología sintética en la producción de levaduras?

La ingeniería metabólica es el proceso de manipular el metabolismo de una célula para cambiar su función o para producir ciertos compuestos. Se relaciona estrechamente con la biología sintética, especialmente en el diseño e implementación de nuevas 'fábricas celulares' y sus propiedades, proporcionando herramientas para el diseño y construcción de levaduras que pueden producir una variedad de productos industriales.

¿Cuáles son algunos ejemplos de productos tradicionales que se producen usando 'fábricas celulares' como las levaduras?

Algunos ejemplos de productos tradicionales que se producen con 'fábricas celulares' incluyen la cerveza, el vino, el pan y el yogur. Además, se utilizan también para la producción de farmacéuticos como antibióticos, hormonas y fármacos antineoplásicos.

¿Cómo se está utilizando recientemente a las 'fábricas celulares' para la producción de combustibles y productos químicos?

En las 'fábricas celulares', se están utilizando bioetanol como un ejemplo clásico, así como ácido cítrico para bebidas, y 1,3 propanediol que se usa en la producción de polímeros, por ejemplo en alfombras y otros tipos de tejidos.

¿Qué es el concepto de 'biorefinería' y cómo se relaciona con la producción de productos sostenibles?

El concepto de 'biorefinería' se refiere a la producción de productos químicos y combustibles a partir de materias primas vegetales. Se integra en una sociedad sostenible global, donde también se utilizan fuentes de energía sostenibles como la solar, el viento y otros tipos de energías.

¿Cómo se describe el proceso de ingeniería metabólica para cambiar el metabolismo de una levadura y aumentar la producción de un producto específico?

El proceso de ingeniería metabólica implica manipular el metabolismo de la levadura para que produzca más de un producto específico y menos de otros, como el etanol. Esto puede implicar la inserción de un nuevo camino metabólico, tomando genes de otro organismo, para producir el producto deseado.

¿Cuál es el desafío principal al tratar de incrementar la producción de un producto en una levadura a través de la ingeniería metabólica?

El desafío principal es redirigir o reconfigurar el metabolismo de tal manera que la levadura comience a producir más del biodiesel y reducir la producción de etanol. Esto requiere una comprensión profunda del metabolismo de la levadura para poder realizar dichas modificaciones.

¿Qué es el ciclo de ingeniería metabólica y cómo ayuda en el desarrollo de nuevas 'fábricas celulares'?

El ciclo de ingeniería metabólica, a menudo llamado ciclo de prueba, construcción y diseño, es un proceso iterativo que comienza con criterios de diseño, implementación en una cepa, caracterización en un proceso de fermentación y diseño de un proceso con condiciones industriales, lo que permite utilizar herramientas de biología de sistemas para mejorar el diseño.

¿Por qué es la levadura una opción atractiva para usar como una 'fábrica celular'?

La levadura es atractiva debido a su bien caracterización, su trazabilidad genética, su consideración general como segura, lo que significa que los productos producidos en levaduras son relativamente fáciles de introducir en el mercado, y su robustez, lo que la hace fácil de implementar en entornos industriales.

¿Cómo se aborda el problema de la complejidad y diversidad del metabolismo en la ingeniería metabólica?

Para abordar la complejidad del metabolismo, se utilizan una serie de herramientas diferentes, incluyendo la ingeniería metabólica cíclica y las herramientas de la biología de sistemas, para entender, diseñar e implementar modificaciones en el metabolismo de la levadura.

¿Qué es la evolución adaptativa y cómo se utilizó en el estudio para mejorar el crecimiento de las levaduras a temperaturas más altas?

La evolución adaptativa es el proceso por el cual las células se adaptan a condiciones ambientales específicas. En el estudio, se cultivaron levaduras a 40 grados Celsius durante muchas generaciones, lo que resultó en clones que podían crecer mejor a esa temperatura elevada, lo que se atribuyó a la acumulación de mutaciones puntuales en varios genes, incluido ERG3.

¿Cómo se relaciona el cambio en la composición esteroidea de las levaduras con su capacidad para crecer a temperaturas más altas?

El cambio en la composición esteroidea, específicamente la acumulación de fucosterol en lugar de ergosterol, se ha correlacionado con la capacidad de las levaduras para crecer a temperaturas más altas. Una mutación puntual en la gena ERG3 fue identificada como la causa de este cambio en la composición esteroidea.