Ingeniería metabólica para la producción de lípidos en el hongo industrial Ashbya gossypii

Resumen

Los lípidos son sustancias presentes en nuestra vida cotidiana y tradicionalmente se han producido a partir de la industria petrolífera, síntesis química, aceites vegetales y aceites de pescado. La necesidad de encontrar procesos de producción con menores consecuencias negativas para el medio ambiente y más rentables ha hecho que se proponga la producción de lípidos con microorganismos. Ashbya gossypii es un hongo filamentoso, descrito por primera vez en 1926 por Ashby y Nowel como Nematospora gossypii, siendo identificado como un hongo patógeno que causa estigmatomicosis en plantas de algodón. A. gossypii fue identificado como productor de riboflavina, vitamina B2, que es la sustancia que le confiere su coloración amarilla.La ingeniera metabólica se ha desarrollado ampliamente en este hongo filamentoso debido a su gran similitud con el organismo modelo Saccharomyces cerevisiae, a que su genoma está totalmente secuenciado, y al desarrollo de las técnicas moleculares necesarias para su modificación genética. Además, se ha descrito como un paradigma en la producción de biolípidos, puesto que su metabolismo lipídico es altamente activo y por su habilidad para acumular triglicéridos. El objeto de esta tesis es el estudio del metabolismo lipídico en A. gossypii y la construcción de cepas que puedan utilizarse para producir ácidos grasos valiosos para las industrias alimenticia y energética. Los resultados y conclusiones principales obtenidos en este trabajo son: - Los genes implicados en la síntesis de lípidos en A. gossypii presentan similitud con los de otros organismos como S. cerevisiae y Y. lipolytica, aunque existen diferencias en la función ‘in vivo’ de varios de estos genes y en los factores potenciales para aumentar la síntesis y acumulación de ácidos grasos en A. gossypii. Los valores de síntesis de novo en el tipo silvestre son bajos (alrededor de un 5 % de ácidos grasos con respecto al peso seco), aunque A. gossypii es capaz de crecer en aceite como única fuente de carbono y este caso el valor total de ácidos grasos alcanza hasta un 25 % de ácidos grasos con respecto al peso seco. - La sobreexpresión de los genes OLE en A. gossypii, caracterizados como responsables de la inserción del primer doble enlace en los ácidos esteárico y palmítico, aumenta ligeramente el contenido intracelular total de ácidos grasos. - La expresión de la forma soluble de la proteína codificada por el gen MGA2 duplica la acumulación de lípidos en esta cepa modificada con respecto al tipo silvestre cuando se incuba en glucosa. El cultivo de esta cepa en melazas, subproducto de la industria azucarera, aumenta la acumulación hasta un valor del 20 % con respecto al peso seco. - La expresión heteróloga de una hidroxilasa/desaturasa de C. purpurea, CpFAH12, demuestra que el ácido ricinoleico puede sintetizarse en A. gossypii aunque no en cantidades significativas, y que la producción de linoleico puede alcanzar un valor elevado (20 % del total de ácidos grasos) al combinar esta modificación con la sobreexpresión de los genes OLE1 y una cepa de elevada acumulación total de lípidos (∆pox1, GPDp-DGA1). - Los genes TGL son responsables de la movilización de ácidos grasos de los cuerpos lipídicos disminuyendo ésta cuando se delecionan estos genes. El contenido total de ácidos grasos no se ve afectado significativamente por la deleción o sobreexpresión de estos genes. - La enzima codificada por el gen FAA1 es la principal acil-CoA sintetasa, y es un gen esencial para el crecimiento de A. gossypii en aceite como fuente única de carbono. Tanto su sobreexpesión como su deleción disminuyen la acumulación total de lípidos. - La expresión heteróloga de las tioesterasas citosólicas de A. gossypii y M. musculus supone un aumento de la secreción de ácidos grasos libres de 5 veces el valor del tipo silvestre, y una aumento del contenido intracelular de 2 veces contenido acumulado en el tipo silvestre. - La desregulación del gen ACC1 mediante la deleción de los genes SNF1 y MIG1 y la modificación del residuo de fosforilación de este gen no tiene el efecto esperado de aumentar notablemente la acumulación de lípidos. - El mayor porcentaje de ácidos grasos producidos ‘de novo’ en A. gossypii se obtiene al combinar la expresión heteróloga de la tioesterasa citosólica de M. musculus y expresar el gen MGA2 de manera que codifique para una proteína soluble, alcanzando un 20 % de acumulación de ácidos grasos en glucosa y un 25 % en melazas de caña, subproducto industrial de la producción de azúcar.