Una plataforma para la producción sostenible de glicolípidos

Los glicolípidos son una gran familia de moléculas anfifílicas, con una parte polar formada por una o más unidades de azúcar, y una parte apolar lipídica. Estos compuestos presentan un gran interés industrial y farmacológico gracias a sus propiedades tanto fisicoquímicas como biológicas, con diversas aplicaciones en diferentes sectores – surfactantes biodegradables, o biorremediación, como vehículos de liberación de fármacos, o como inmunoestimualntes –. A pesar de todo esto, su utilización se ve limitada por las dificultades que presenta su síntesis química y la falta de regioespecificidad en las moléculas obtenidas por esta vía.

Una de las estrategias que aparece como muy prometedora para la producción de glicolípidos es la ingeniería metabólica en plataformas celulares, las cuales, mediante la introducción de los enzimas necesarios para su síntesis, proporcionen los metabolitos necesarios para sintetizar y obtener el producto deseado.

Es en este contexto donde el Dr. Bernat Miró Vinyals ha llevado a cabo su tesis doctoral en el Departamento de Bioingeniería – Laboratorio de Bioquimica de IQS. Bajo el título “Ingeniería genética y metabólica de la microalga Chlamydomonas reinhardtii para la producción sostenible de glicolípidos bioactivos”, la tesis ha sido codirigida por el Dr. Antoni Planas Sauter y el Dr. Pau Leivar Rico del Grupo de Química Biológica y Biotecnológica – GQBB del centro universitario.

Creación de una plataforma celular verde

La investigación del Dr. Bernat Miró ha estado focalizada en la trasformación de organismos fotosintéticos, en concreto la microalga Chlamydomonas reinhardtii, en pequeñas factorías celulares para producir, de manera biotecnológica, productos industriales de interés, en este caso los ramnolípidos, unos glicolípidos ampliamente utilizados en la industria.

Esta microalga ha sido muy estudiada como modelo unicelular eucariótico y presenta una gran batería de herramientas moleculares y genéticas, como son su genoma secuenciado y metodologías para su transformación y manipulación genética. Además, se presenta como una microalga segura (GRAS de las siglas de Generally Recognized As Safe) y, por tanto, con gran potencial biotecnológico. Al tratarse de un organismo fotosintético, permite la obtención de los productos de interés a partir de CO₂ atmosférico y gracias a la luz solar, disminuyendo la huella de carbono de los procesos y haciéndolos más sostenibles.

En su investigación, el Dr. Miró exploró dos estrategias para la producción de glicolípidos de valor añadido, como son los glicerolípidos y los ramnolípidos.

La primera, y a modo de prueba de concepto, buscaba poner a punto la expresión nuclear de la glicosiltransferasa de Mycoplasma genitalium MG517, para crear un nuevo reservorio celular de glicoglicerolípidos en la microalga Chlamydomonas reinhardtii. Se consiguió detectar la expresión de la MG517, pero su inestabilidad y su baja expresión para el silenciamiento génico en la microalga no permitieron el estudio de la actividad del enzima producido.

En la segunda estrategia, se introdujeron y expresaron dos genes (RhlA i RhlB) en el genoma del cloroplasto de Chlamydomonas reinhardtii, con el objetivo de crear una plataforma celular verde para la producción de biosurfactantes como los ramnolípidos, objetivo que se consiguió con herramientas de ingeniería genética y metabólica, junto con herramientas analíticas avanzadas, como cromatografía de gases y UHPLC-QTOF. Esta plataforma tiene el potencial de convertirse en una alternativa más sostenible y segura para la obtención de ramnolípidos que la producción actual, con la bacteria patógena Pseudomomonas aeruginosa.

La investigación del Dr. Bernat Miró abre así las puertas a nuevas metodologías y crea nuevas pruebas de concepto sobre la microalga Chlamydomonas reinhardtii, planteándola como una posible plataforma celular para la bioproducción de glicolípidos con valor añadido, mediante el uso de energía solar y dióxido de carbono, planteando un futuro más sostenible, verde y responsable.

La tesis se ha llevado a cabo en colboracion con la Dra. Elena Monte del Centro de Investigación en Agrogenómica (CRAG) – Campus UAB y la Dra. Katia Wostrikoff  del Institute de Biologie Physico-Chimie (IBPC) de la Sorbonne Univeristé/CNRS de Paris.

Publicación relacionada

Bernat Miró-Vinyals, Margalida Artigues, Katia Wostrikoff, Elena Monte, Francesc  Broto-Puig, Pablo Leivar, Antoni Planas, Chloroplast engineering of the green microalgae Chlamydomonas reinhardtii for the production of HAA, the lipid moiety of rhamnolipid biosurfactants, New biotechnology, 76 (29023), 1-12.

Esta tesis doctoral ha formado parte del proyecto Glycodesign, y ha recibido una beca competitiva de contratación de personal novel investigador (FI) financiada por la Generalitat de Catalunya y por los fondos Sociales Europeos.