La palabra metagenia usa el prefijo meta y el sufijo gen . Literalmente, significa "la creación de algo que crea". En el contexto de la biotecnología, la metagenia es la práctica de diseñar organismos para crear una enzima, proteína u otros bioquímicos específicos a partir de materiales de partida más simples. La ingeniería genética de E. coli con la tarea específica de producir insulina humana a partir de aminoácidos iniciales es un ejemplo. La E. coli también ha sido diseñada para digerir biomasa vegetal y usarla para producir hidrocarburos con el fin de sintetizar biocombustibles. Las aplicaciones de los metagénicos en E. coli también incluyen alcoholes superiores, productos químicos basados en ácidos grasos y terpenos.[1]
Biocombustibles
El agotamiento de las fuentes de petróleo y el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero en los siglos XXI y XXI ha sido el factor impulsor del desarrollo de biocombustibles a partir de microorganismos. E. coli se considera actualmente la mejor opción para la producción de biocombustibles debido a la cantidad de conocimiento disponible sobre su genoma. El proceso convierte la biomasa en combustibles y ha demostrado su eficacia a escala industrial, ya que Estados Unidos produjo 6.400 millones de galones de bioetanol en 2007. El bioetenol es actualmente el pionero en la producción de combustibles alternativos y utiliza S. cerevisiae y Zymomonas mobilis para crear etanol a través de la fermentación. Sin embargo, la productividad máxima es limitada debido al hecho de que estos organismos no pueden usar azúcares pentosa, lo que lleva a considerar E. coli y Clostridia. E. coli es capaz de producir etanol en condiciones anaeróbicas mediante la metabolización de la glucosa en dos moles de formiato, dos moles de acetato y un mol de etanol. Si bien el bioetanol ha demostrado ser una fuente de combustible alternativa exitosa a escala industrial, también tiene sus deficiencias, a saber, su baja densidad energética, alta presión de vapor e higroscopicidad . Las alternativas actuales al bioetanol incluyen biobutanol, biodiesel, propanol e hidrocarburos sintéticos. [2] La forma más común de biodiésel son los ésteres metílicos de ácidos grasos y las estrategias de síntesis actuales implican la transesterificación de triacilgliceroles a partir de aceites vegetales. Sin embargo, los aceites vegetales tienen una limitación importante en la disponibilidad de suministros de semillas oleaginosas a precios competitivos, lo que lleva a un interés en la síntesis directa de ésteres metílicos de ácidos grasos en bacterias. Este proceso pasa por alto la transesterificación, lo que conduce a mayores rendimientos de energía y menores costos de producción. [3] Uno de los principales obstáculos en la producción de biocombustibles viables es que la relación máxima de mezcla de biocombustible con petróleo se encuentra entre el 10% y el 20%. Los biocombustibles actuales no son compatibles con motores de alto rendimiento y bajas emisiones y cambios costosos en la infraestructura. y sería necesario remodelar el motor. Un estudio de la Universidad de Exeter buscó superar este obstáculo mediante la producción de biocombustibles que pueden reemplazar los combustibles fósiles actuales a través de medios sostenibles, a saber, la producción de n- alcanos, iso- alcanos y n- alquenos, ya que estos son los hidrocarburos que componen la corriente. combustibles para transporte minorista. El estudio encontró sustratos adecuados para la producción de los hidrocarburos antes mencionados mediante el complejo de ácido graso reductasa (FAR) de P. luminescens . [4] Un estudio publicado en Biotechnology for Biofuels utilizó S. cerevisiae para producir biodiesel de ésteres de alquilo de cadena corta y ramificada mediante ingeniería metabólica. Los reguladores negativos para el gen INO1 , Rpd3 y Opi1 se eliminaron para aumentar la capacidad de S. cerevisiae para producir ésteres de ácidos grasos. Para aumentar la producción de precursores de alcohol, se sobreexpresaron cinco enzimas de la vía del isobutanol. [5]
Producción de insulina
El aumento de la demanda de insulina recombinante puede explicarse por un aumento en el número de pacientes diabéticos a nivel mundial, así como por métodos de administración alternativos como la inhalación y las vías orales, que requieren dosis más altas. [6] Mediante el uso de tecnología de ADN recombinante, E. coli se puede utilizar para la producción de insulina humana. La biosíntesis de insulina dentro del cuerpo humano confiere una ventaja significativa sobre la síntesis bovina o porcina, que a menudo son inmunogénicas en pacientes diabéticos. [7] Para lograr esto, los genes sintéticos de la insulina humana se fusionan con el gen de la β-galactosidasa de E. coli , donde se transcriben y finalmente se traducen en proteínas. [8] El factor limitante para el uso de microorganismos como E. coli en la biosíntesis de productos génicos como la insulina es el tiempo; sin embargo, debido a los avances en la síntesis de oligonucleótidos y la cromatografía líquida, el tiempo de producción necesario para los fragmentos de ADN ha disminuido considerablemente. [9] La insulina humana recombinante se aprobó por primera vez para ensayos clínicos en 1980. En ese momento, las cadenas A y B de la insulina se producían por separado y luego se unían químicamente. [10] La unión de las dos cadenas se llevó a cabo a menudo mediante oxidación con aire con baja eficiencia. Un estudio de 1978 de Goedell et al. logró con éxito la unión correcta de las cadenas A y B a través de derivados S-sulfonados y un exceso de la cadena A, resultando en un 50-80% de unión correcta. [8] Los avances recientes han permitido que las cadenas se sinteticen juntas mediante la inserción del gen de la proinsulina humana en las células de E. coli , que producen proinsulina a través de la fermentación. [10]
Otras lecturas
- Genes sintetizados químicamente para la insulina humana
- Síntesis de moléculas de combustible de réplicas de petróleo personalizadas mediante la modificación dirigida de las reservas de ácidos grasos libres en Escherichia coli
- Ingeniería metabólica de Saccharomyces cerevisiae para la producción de biodiésel de ésteres de alquilo de cadena corta y ramificada de ácidos grasos
- Trabajo destacado de Ginkgo Bioworks
Referencias
- ^ Bokinsky, Gregory; Peralta-Yahya, Pamela P .; George, Anthe; Holmes, Bradley M .; Steen, Eric J .; Dietrich, Jeffrey; Lee, Taek Soon; Tullman-Ercek, Danielle; Voigt, Christopher A. (13 de diciembre de 2011). "Síntesis de tres biocombustibles avanzados de hierba varilla pretratada con líquido iónico utilizando Escherichia coli diseñada" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 108 (50): 19949–19954. Código bibliográfico : 2011PNAS..10819949B . doi : 10.1073 / pnas.1106958108 . ISSN 0027-8424 . PMC 3250153 . PMID 22123987 .
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