Análisis in silico del efecto del knockout de genes en el crecimiento de Rhodosporidium toruloides

Abstract

El empleo de lípidos microbianos para la producción de biodiesel ha despertado interés en los últimos años como alternativa a los aceites vegetales, ya que presentan tiempos de producción considerablemente menores y son independientes de la localización geográfica y de las condiciones climáticas. Además, son fácilmente escalables y su cultivo es más económico. Estos lípidos se obtienen biotecnológicamente mediante el cultivo de microorganismos oleaginosos, los cuales disponen de la maquinaria metabólica necesaria para acumular más del 20% de su peso seco en lípidos, principalmente en forma de triglicéridos (TAG). A pesar de que existe una amplia gama de microorganismos oleaginosos, la levadura Rhodosporidium toruloides es una de las cepas más estudiadas para su empleo a escala industrial dada su versatilidad nutricional y elevados rendimientos lipídicos. En la cepa wild-type (WT), estos rendimientos son extremadamente variables y están mayoritariamente sujetos a parámetros relacionados con su cultivo. Es por esto que los esfuerzos se concentran en la optimización de la producción de lípidos en la cepa nativa y en el mejoramiento de la cepa mediante ingeniería genética para la sobreproducción de lípidos. En lo que refiere al mejoramiento genético para la sobreproducción de un metabolito de interés, una de las técnicas abordadas es el knockout de genes. En términos sencillos, esta técnica consiste en “inactivar” ciertos genes específicos para silenciar determinadas reacciones metabólicas de modo de obligar al microorganismo a utilizar aquellas rutas metabólicas asociadas a la producción del metabolito de interés. Es fundamental para ello conocer de antemano la esencialidad de los genes involucrados en las reacciones, ya que el knockout de un gen esencial para el crecimiento resultará letal para el microorganismo y, por ende, no debe estar sujeto a modificación genética. Experimentalmente, la búsqueda de genes esenciales se lleva a cabo mediante técnicas aleatorias que resultan muy costosas y requieren mucho tiempo de implementación. La ingeniería metabólica mediante el Análisis de Balance de Flujos (FBA) ofrece una alternativa rápida y sencilla a los métodos experimentales para determinar, mediante simulación computacional, la esencialidad de los genes que intervienen en el metabolismo de un determinado microorganismo. Estas técnicas hacen uso de modelos en los cuales están representadas las rutas metabólicas que describen el metabolismo de un microorganismo y con ello su potencialidad como fábricas celulares. Nuestro grupo de trabajo ha desarrollado recientemente el primer modelo curado a baja escala para la producción de lípidos en R. toruloides. Sobre la base de este modelo, el objetivo de este trabajo es determinar mediante FBA la influencia del knockout de genes sobre el crecimiento de R. toruloides utlizando glucosa y glicerol individualmente como fuentes de carbono y energía (FCE).