Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco
Gestión de recursos en microbios con exceso de trabajo
Los microbios son como pequeñas factorías que producen todo tipo de productos. Los microbios del queso, por ejemplo, convierten de forma natural la leche en moléculas más sabrosas. Pero a los microbios también podemos darles instrucciones, introduciéndoles nuevos genes, para que produzcan proteínas que no hacen de forma natural.
Tal y como en una factoría clásica hay, sin embargo, límites para la producción de proteínas con microbios. En la factoría, una necesidad urgente por producir un determinado bien necesita una reorganización: los trabajadores que trabajaban anteriormente limpiando o preparando comida también se podrían emplear en la producción. El resultado podría ser una factoría un poquito menos limpia o con almuerzos insuficientes.
Eso mismo ocurre con los microbios, pero en vez de trabajadores, son sus enzimas las que son reorganizadas cuando las necesidades de producción son altas. Cuando la cantidad de proteína que tiene que ser producida por un microbio es grande, lo llamamos lastre o carga metabólica. Esta carga puede conducir al reacomodo del metabolismo celular, la red de reacciones que se dan en la célula. La forma en la que los trabajadores/enzimas son reasignados se denomina asignación de recursos.
En este estudio, los investigadores analizaron la asignación de recursos en Pseudomonas putida. Se preguntaron cómo las reacciones que tienen lugar en esta bacteria (su metabolismo) se reacomodaban cuando se le obligaba a producir mucha proteína. ¿Cómo se reorganizan los enzimas en esta minifactoría?
Para responder a esa pregunta, introdujeron un gen en P. putida para que expresara una proteína heteróloga (una proteína que no se produce normalmente en este microorganismo). Pusieron el gen bajo el control de un promotor inducible, que es comparable a un grifo o un regulador de intensidad: la expresión del gen se puede abrir más o menos dependiendo de la cantidad de inductor que se ponga en contacto con la bacteria. De esta forma, los investigadores pudieron testar, con el encendido al máximo de la expresión de la proteína heteróloga, qué ocurría con la asignación de recursos en respuesta a una alta carga metabólica.Cuando los investigadores abrieron completamente el grifo de la proteína heteróloga, las células empezaron a crecer muchísimo más lentamente. Esto indicó, de hecho, que hubo carga metabólica: las células no podían mantener el nivel de crecimiento debido a las altas necesidades de producción. Llevad esto a la situación de la factoría descrita anteriormente: si muchos trabajadores son obligados a trabajar en la producción, quedarán muchos menos para otras tareas, como el crecimiento. De hecho, es así como el metabolismo de P. putida se reorganiza en esta circunstancia. Un signo de este reacomodo fue que la excreción de un compuesto llamado 2-cetoglutarto (2-KG) aumentó. En condiciones normales, este compuesto es un intermediario en una ruta metabólica alternativa que convierte glucosa en energía y ayuda en el crecimiento de P. putida (ver la figura de abajo). La investigación sugiere que, debido a los altos niveles de producción de proteína heteróloga, P. putida tuvo que reasignar sus enzimas. Ahora, estos enzimas se usaban para la producción de proteína en vez de usarlos para la ruta en la que está el 2-KG. Como consecuencia, el 2-KG era excretado sin ser usado.
Vogeleer et al. 2024
Y lo que es más importante, la investigación mostró también que la producción de proteína heteróloga no requirió carbono extra. Para seguir con la metáfora de la factoría piensa en una panificadora. La proteína heteróloga sería un nuevo tipo de pan que no requiere más harina (carbono), pero sí depende de que haya más trabajadores (enzimas) porque se hace con una receta más compleja. En resumen, la investigación muestra cómo los trabajadores de la factoría de fabricación de proteínas que es P. putida son reasignados cuando son obligados a ejecutar tareas difíciles. El resultado ofrece nuevas ideas para optimizar la producción de proteína en esta bacteria.
Link to the original post: Vogeleer, P., Millard, P., Arbulú, A., Pflüger-Grau, K., Kremling, A., Létisse, F. Metabolic impact of heterologous protein production in Pseudomonas putida: Insights into carbon and energy flux control. Metabolic Engineering 81 (2024) 26–37. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.10.005
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Traducido por: Eduardo Villalobo
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