E. coli evolucionada en laboratorio consume dióxido de carbono
ARRIBA: FLICKR.COM, NIAID
Los investigadores han diseñado bacterias Escherichia coli para que crezcan absorbiendo dióxido de carbono, según un artículo publicado hoy ( 27 de noviembre) en Celular.
E. coli son normalmente organismos heterótrofos que ingieren compuestos orgánicos como la glucosa para alimentarse, pero el nuevo estudio muestra que pueden convertirse en autótrofos que consumen dióxido de carbono de la atmósfera y lo convierten en biomasa.
Encuentro Es fundamentalmente sorprendente que un organismo que evolucionó durante miles de millones de años para vivir un estilo de vida heterótrofo pueda convertirse tan rápida y completamente en un autótrofo, dice Dave Savage, bioquímico de la Universidad de California, Berkeley, que no participó en el estudio. >El Científico en un correo electrónico. Sugiere que el metabolismo es extremadamente maleable.
Este proceso de usar carbono inorgánico para hacer biomasa, llamado fijación de carbono, podría usarse para resolver algunos de los mayores desafíos de la humanidad hoy en día, Ron Milo, biólogo de sistemas de el Instituto de Ciencias Weizmann en Israel y el autor principal del artículo, le dice a The Scientist. Por ejemplo, aumentar la fijación de carbono en las plantas genera más biomasa, lo que podría aumentar el suministro mundial de alimentos.
El equipo se dispuso a hacer E. coliun organismo modelo muy maleable genéticamente, dice Milofix carbon como un paso hacia procesos industriales sostenibles como la creación de biocombustibles.
E. coli normalmente no tiene mecanismos moleculares para usar CO2, por lo que los investigadores le dieron genes para la capacidad de fijar carbono que se basaron en la secuencia de genes de la bacteria Pseudomonas que fija carbono. Estos cambios no fueron suficientes para obligar a las bacterias a cambiar a ser autótrofas, por lo que el equipo también inhabilitó tres genes involucrados en el metabolismo heterótrofo y colocó a las bacterias en cámaras de crecimiento con cantidades limitadas de azúcar, lo que las dejó sin alimento. En este entorno, había una ventaja para las bacterias que usaban CO2 en lugar del suministro finito de azúcar, y los investigadores querían ver si las bacterias podían evolucionar para usar solo CO2.
La E. coli se cultivaron en formiato de sodio, una molécula de carbono que dona los electrones necesarios durante el proceso de producción de energía, pero no contribuye a la biomasa. El aire de las cámaras de crecimiento también se enriqueció con dióxido de carbono.
Después de aproximadamente 200 días, las bacterias dependían completamente del dióxido de carbono del aire para generar biomasa mientras tomaban formiato como ingrediente necesario para la reacciones químicas. Cuando los científicos analizaron el genoma bacteriano, descubrieron que la bacteria evolucionó para ingerir únicamente dióxido de carbono después de tan solo 11 mutaciones. Algunos de los cambios ocurrieron en genes relacionados con la fijación de carbono, mientras que otros se produjeron en genes que se sabe que mutan en otros experimentos de evolución de laboratorio o que no tienen un papel conocido en la producción de biomasa a partir de CO2.
Heterótrofo E. coli (izquierda) produce biomasa a partir del azúcar, pero la E. coli del nuevo estudio (centro) usa CO2 en su lugar. Los autores prevén que la E autótrofa. coli que usan energía renovable y no tienen emisiones netas de carbono en el futuro (derecha). GLEIZER ET AL.
Es una prueba de concepto para el campo, que realmente se puede reconfigurar. . . las características metabólicas de los organismos vivos desde cero. Es un emocionante paso adelante, le dice a The Scientist Tobias Erb, biólogo sintético del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre en Alemania, quien escribió un comentario sobre el estudio. Sin embargo, si la cepa que crearon [tiene] relevancia biotecnológica en el futuro. . . Creo que todavía está en debate, dice.
Por ejemplo, la autotrófica E. coli produce actualmente más dióxido de carbono como subproducto del que ingiere. Esto podría solucionarse produciendo formiato a partir de dióxido de carbono en el futuro, de modo que no haya emisiones netas de dióxido de carbono.
En Además, los investigadores utilizaron altos niveles de dióxido de carbono en las cámaras de crecimiento de bacterias, alrededor del 10 por ciento del aire, pero solo el 0,04 por ciento de la atmósfera terrestre. Estábamos interesados en ver si podíamos moverlo hacia los niveles ambientales de dióxido de carbono, lo que significa que uno podría usar la atmósfera ambiental que tiene mucho menos [dióxido de carbono], 400 partes por millón, dice Milo.
Es una interesante concepto ahora. Si realmente es algo que se vuelve útil en términos de aplicación, esa es otra pregunta, Patrik Jones, quien estudia ingeniería metabólica microbiana en el Imperial College London y no participó en el estudio, le dice a The Scientist. Definitivamente es un paso en esa dirección. . . Pero luego creo que es importante darse cuenta de que se necesitan más pasos para utilizar esto.
Emily Makowski es pasante en The Scientist. Envíele un correo electrónico a emakowski@the-scientist.com.
Corrección (2 de diciembre): una versión anterior de este artículo decía quet E. coli generar energía a partir del dióxido de carbono. E. coli produce energía a partir de formato y consume dióxido de carbono para producir biomasa. El científico lamenta el error.