Entre varios polímeros ecológicos, los polihidroxialcanoatos (PHA) destacan por su excelente biodegradabilidad y biocompatibilidad. Se descomponen naturalmente en el suelo y en el medio marino y se utilizan en aplicaciones como envases de alimentos y productos médicos. Sin embargo, el PHA natural producido hasta la fecha ha enfrentado desafíos para cumplir con diversos requisitos físicos, como la durabilidad y la estabilidad térmica, y su aplicación comercial ha sido limitada debido a las bajas concentraciones de producción. En vista de esto, los investigadores de KAIST han desarrollado recientemente una tecnología que puede desempeñar un papel importante en la solución del problema de la contaminación ambiental causada por los plásticos.
KAIST (representado por Kwang-Hyung Lee) anunció el 26 de agosto que un equipo de investigación dirigido por el distinguido profesor Sang-Yup Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, incluido el Dr. Young-Joon Lee y el estudiante de maestría Manju Kang, han desarrollado con éxito un microbiano Cepa que produce eficientemente poliéster aromático* utilizando el sistema metabólico. Ingeniería
Poliéster aromático: Polímero que contiene compuestos aromáticos (estructuras de anillos de carbono específicos como el benceno) y enlaces éster.
En este estudio, el equipo de investigación utilizó ingeniería metabólica para mejorar el flujo metabólico de la vía biosintética del monómero aromático fenillactato (PHLA) en E. coli. Manipularon rutas metabólicas para aumentar la fracción de polímero acumulada dentro de las células y utilizaron simulaciones por computadora para predecir la estructura de la PHA sintasa y optimizaron la enzima basándose en las relaciones estructura-función.
A través de la posterior optimización de la fermentación, el equipo logró la concentración más alta del mundo (12,3±0,1 g/L) para una producción eficiente de poli(PhLA) y alimento a escala de 30 litros, lo que demuestra el potencial para la producción a escala industrial de poliéster producido con éxito mediante fermentación por lotes. . . Los poliésteres aromáticos preparados mostraron propiedades térmicas mejoradas, propiedades mecánicas mejoradas y potencial para su uso como vehículos de administración de fármacos.
El equipo de investigación también demostró que una proteína fasina* exógena desempeña un papel importante en el aumento de la fracción de acumulación de polímero intracelular, lo que está directamente relacionado con la viabilidad económica y la eficiencia de la producción no natural de PHA. Optimizaron la síntesis de PHA utilizando un enfoque de diseño racional de enzimas, prediciendo la estructura tridimensional de la enzima mediante modelos de homología (la estructura tridimensional de una nueva proteína basada en la estructura de una proteína similar) y siguieron el método. mediante simulaciones de acoplamiento molecular. (simulaciones que predicen qué tan bien un monómero puede unirse a una enzima) y simulaciones de dinámica molecular (simulaciones que predicen cómo las moléculas se mueven e interactúan a lo largo del tiempo) para actualizar la enzima a una enzima mutante con una eficiencia mejorada de la polimerización del monómero.
Proteína fasina exógena: la fasina es una proteína involucrada en la producción de PHA, interactúa con el entorno citoplasmático en la superficie de los gránulos de PHA y desempeña un papel en la agregación de polímeros y en la regulación del número y tamaño de los gránulos. En este estudio, se seleccionaron e introdujeron genes que codifican proteínas fascin obtenidas de diferentes microorganismos productores de PHA naturales.
“La importancia de este estudio radica en el hecho de que obtuvimos la concentración más alta del mundo de producción de poliéster aromático de base microbiana utilizando materiales y métodos respetuosos con el medio ambiente”, explicó el Dr. Young Jun Lee, coautor del artículo. Se espera que desempeñe un papel importante en la lucha contra la contaminación ambiental causada por el plástico”. El distinguido profesor Sang-Yup Lee añadió: “Se espera que este estudio, que presenta varias estrategias para polímeros útiles de alto rendimiento a través de ingeniería metabólica de sistemas, aborde los problemas del cambio climático, en particular el problema actual de los plásticos. Desempeñará un papel importante en este sentido”. “.
Los resultados de la investigación se publicaron el 21 de agosto. Tendencias en biotecnologíapublicado por Celúlauna revista académica internacional.
