Investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre ubicado en Marburg, Alemania, consiguieron dar un primer paso para capturar y convertir el dióxido de carbono (CO2) por medio de la biología sintética.
En un estudio presentado el pasado diciembre de 2023, los investigadores explicaron que la biología sintética ofrece una oportunidad para construir vías bioquímicas para lograr la captura de estos gases contaminantes al convertirlo directamente en un componente central de nombre acetil-CoA.
Una de las formas en que se puede evitar la contaminación es ayudar a la naturaleza a capturar el CO2 de manera más eficiente, algo que ha sido todo un reto para los científicos, tanto en vías in vitro e in vivo.
Para conseguir esto, el grupo de investigadores liderados por Tobias Erb diseñaron y construyeron una nueva vía sintética de fijación de CO2 con algo llamado el ciclo THEA, uno que contiene distintos metabolitos centrales como intermediarios y el componente central acetil-COA como salida.
Con esto, se podría dividir en distintos módulos para después integrarla en el metabolismo central de la bacteria E.coli, para así lograr fijar el CO2 sintético dentro de células vivas.
Por medio del ciclo THEA se convierten dos moléculas de CO2 en una acetil-COA en un solo ciclo. Este compuesto es central en casi todo el metabolismo celular y sirve como componente básico para una amplia gama de biomoléculas vitales, como los biocombustibles, biomateriales y productos farmacéuticos, por lo que tiene gran interés la aplicación biotecnológica.
"Lo especial de este ciclo es que contiene varios intermediarios que sirven como metabolitos centrales en el metabolismo de la bacteria. Esta superposición ofrece la oportunidad de desarrollar un enfoque modular para su implementación. Pudimos demostrar la funcionalidad de los tres módulos individuales en E. coli, pero todavía no hemos logrado cerrar todo el ciclo para que E. coli pueda crecer completamente con CO", detalló Shanshan Luo, autor principal del estudio.
¿Cómo se desarrolló la investigación con la modificación genética?
Para probar la funcionalidad de este cambio en los ciclos de las moléculas de la contaminación para adherirlas a células vivas y conseguir su eliminación rápida, los investigadores construyeron el ciclo en distintos tubos de ensayo y pudieron confirmar su funcionalidad.
Tras varias rondas de experimentos, se logró mejorar el rendimiento de acetil-CoA en un factor de 100 y, para probar su viabilidad in vivo su incorporación en una célula viva debe realizarse paso a paso.
Para lograrlo, dividieron su ciclo THETA en tres distintos módulos, donde en cada uno se implementó con éxito en la bacteria E. coli, aunque lograr esto se mantiene como el desafío más importante para los investigadores, ya que las 17 reacciones deben sincronizarse con el metabolismo natural de E. coli, que implica cientos a miles de nuevas reacciones.
"Nuestro ciclo tiene el potencial de convertirse en una plataforma versátil para producir compuestos valiosos directamente a partir de CO2 mediante la ampliación de su molécula de salida, acetil-CoA", añadió Shanshan Luo.
Tobias Erb añadió que conseguir que el ciclo THEA pueda aplicarse a células vivas puede convertirse en una importante prueba de principio para la biología sintética y para reprogramar de manera completa el metabolismo celular.
“Esta implementación modular de este ciclo en E. coli allana el camino para la realización de vías de fijación de CO2 altamente complejas, ortogonales y novedosas para la naturaleza en fábricas celulares. Estamos aprendiendo a reprogramar completamente el metabolismo celular para crear un sistema operativo autótrofo sintético para la célula”, comentó.
