Una plataforma per a la producció sostenible de glicolípids

Els glicolípids són una gran família de molècules amfifíliques amb una part polar formada per una o més unitats de sucre i una part apolar lipídica. Aquests compostos presenten un gran interès industrial i farmacològic gràcies a les seves propietats tant fisicoquímiques com biològiques, amb diverses aplicacions en diferents sectors – surfactants biodegradables i bioremediació, com a vehicles per l’alliberament de fàrmacs, o com a immunoestimulants–. Malgrat això, la seva utilització es veu limitada per les dificultats que presenta la seva síntesi química i la manca de regioespecificitat en les molècules obtingudes per aquesta via.

Una de les estratègies que apareix com a molt prometedora per la producció de glicolípids és l’enginyeria metabòlica en plataformes cel·lulars, les quals, mitjançant la introducció dels enzims necessaris per a la seva síntesis, proporcionin els metabòlits necessaris per sintetitzar i obtenir el producte desitjat.

És en aquets context on el Dr. Bernat Miró Vinyals ha dut a terme la seva tesi doctoral al Departament de Bioenginyeria – Laboratori de Bioquímica d’IQS. Sota el títol “Enginyeria genètica i metabòlica de la microalga Chlamydomonas reinhardtii per la producció sostenible de glicolípids bioactius”, la tesi ha estat codirigida pel Dr. Antoni Planas Sauter i el Dr. Pau Leivar Rico del Grup de Química Biològica i Biotecnològica – GQBB del centre universitari.

Creació d’una plataforma cel·lular verda

La recerca del Dr. Bernat Miró ha estat focalitzada en la transformació d’organismes fotosintètics, concretament la microalga Chlamydomonas reinhardtii, en petites factories cel·lulars per produir, de manera biotecnològica, productes industrials d’interès, en aquest cas els ramnolípids, uns glicolípids àmpliament utilitzats en la indústria.

Aquesta microalga ha estat molt estudiada com a model unicel·lular eucariòtic i presenta una gran bateria d’eines moleculars i genètiques, com són el seu genoma seqüenciat i metodologies per la seva transformació i manipulació genètica. A més, es presenta com una microalga segura (GRAS de les sigles de Generally Recognized As Safe) i, per tant, amb un gran potencial biotecnològic. En tractar-se d’un organisme fotosintètic, permet la obtenció dels productes d’interès a partir de CO₂ atmosfèric i gràcies a la llum solar, disminuint la petjada de carboni dels processos i fent-los més sostenibles.

En la seva recerca, el Dr. Miró va explorar dues estratègies per a la producció de glicolípids de valor afegit, com són els glicoglicerolípids i els ramnolípids.

La primera, i a mode de prova de concepte, buscava posar a punt l’expressió nuclear de la glicosiltransferasa de Mycoplasma genitalium MG517 per tal de crear un nou reservori cel·lular de glicoglicerolípids a la microalga Chlamydomonas reinhardtii. Es va aconseguir detectar l’expressió de la MG517, però la seva inestabilitat i la seva baixa expressió pel silenciament gènic a la microalga no van permetre l’estudi de l’activitat de l’enzim produït.

En la segona estratègia, es van introduir i expressar dos gens (RhlA i RhlB) al genoma del cloroplast de Chlamydomonas reinhardtii, amb l’objectiu de crear una plataforma cel·lular verda per a la producció de biosurfactants com els ramnolípids, fita que es va aconseguir amb eines d’enginyeria genètica i metabòlica junt amb eines analítiques com cromatografia de gasos i UHPLC-QTOF. Aquesta plataforma té el potencial de convertir-se en una alternativa més sostenible i segura per a la obtenció de ramnolípids que la producció actual, amb la bactèria patògena Pseudomomonas aeruginosa.

La recerca del Dr. Miró obra així les portes de noves metodologies i crea noves proves de concepte sobre la microalga Chlamydomonas reinhardtii, plantejant-la com una possible plataforma cel·lular per a la bioproducció de glicolípids amb valor afegit, mitjançant l’ús d’energia solar i diòxid de carboni, plantejant un futur més sostenible, verd i responsable.

La tesi s’ha dut a terme en col·laboració amb la Dra. Elena Monte del Centre de Recerca en Agrigenòmica (CRAG) – Campus UAB i amb la Dra. Katia Wostrikoff de l’Institute de Biologie Physico-Chimie (IBPC) de la Sorbonne Université/CNRS de Paris.

Publicació 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.

Aquesta tesi doctoral ha format part del Projecte Glycodesign, i ha rebut finançament mitjançant una beca competitiva de contractació de personal novell investigador (FI) finançat per la Generalitat de Catalunya i pels Fons Socials Europeus.