Aplicación de Evolución Adaptativa de Laboratorio para potenciar la síntesis de levano en Zymomonas mobilis PROIMI A1

Abstract

El levano es un biopolímero de aproximadamente 60.000 unidades de D-fructosa con peso molecular ~107 Da. Las uniones son principalmente del tipo β-(2,6) y en menor proporción β-(2,1), siendo estas últimas responsables de la formación de ramificaciones en el polímero. Es producido por una amplia gama de microorganismos como Halomonas, Bacillus, Acetobacter xylinum, Lactobacillus reuteri, Bacillus licheniformis, Bacillus amyloliquefaciens, Zymomonas mobilis entre otros, así como por unas 51 especies de plantas. El levano es un polímero termoestable de baja viscosidad intrínseca, baja toxicidad, biodegradabilidad, biocompatibilidad y bioadhesividad. Además de estas propiedades únicas, se han reportado otras de importancia biomédica como ser actividad anticancerígena, antialérgica, antioxidante y anticoagulante. Sus efectos prebiótico, reductor del colesterol, hidratante y antiirritante en piel, son también funciones terapéuticas de este biopolímero. Debido a estas características distintivas, el levano tiene numerosas aplicaciones en diversas industrias, como la alimentaria, farmacéutica y cosmética, así como en el campo de la nanotecnología. El levano bacteriano se forma a partir de la sacarosa mediante la acción de una levansacarasa y es preferido para aplicaciones industriales debido a que está altamente ramificado y tiene mayor peso molecular que el producido por plantas. “Biotecnología para un futuro sostenible y saludable” 209 Z. mobilis es una de las principales candidatas para la producción a gran escala de levano, ya que es considerada GRAS, lo que la convierte en una plataforma biotecnológica prometedora para la producción de compuestos de alto valor agregado. En este estudio se utilizó la Evolución Adaptativa de Laboratorio (ALE, del inglés Adaptive Laboratory Evolution) para mejorar la producción de levano en Z. mobilis PROIMI A1. La estrategia ALE simula la selección natural en condiciones controladas, favoreciendo la aparición de mutaciones beneficiosas, mediante la exposición prolongada a condiciones selectivas sin recurrir a ingeniería genética directa, por lo que las cepas resultantes no son consideradas organismos genéticamente modificados. La duración de la ALE puede variar y depende del microorganismo, el tipo de factor estresante y los objetivos de la investigación. En este estudio, lo realizamos mediante el método de cultivo continuo en medio complejo con sacarosa, en un biorreactor tubular de flujo ascendente de 60 mL de capacidad, dejando pasar 5 volúmenes de columna en cada condición, con incrementos en la concentración de sacarosa, comenzando con 50 g L-1 hasta 250 g L-1. Posteriormente, se cambió la velocidad de dilución de 0,033 h-1 hasta 0,5 h-1. Finalmente se hicieron cambios graduales de la temperatura de incubación, de 30 hasta 15°C. Se evaluó el consumo de sacarosa (mediante el método de DNS), producción de biomasa y levano (gravimetría) y etanol (refractometría). La mayor concentración de levano (35 g L-1) se obtuvo en la cepa evolucionada mediante ALE a una velocidad de dilución de 0,16 h-1 a 22°C (el doble que la cepa ancestral), mientras que los valores obtenidos de biomasa, azúcares residuales y etanol fueron similares en las cepas evolucionadas y la cepa ancestral. Estos resultados sugieren que la ALE puede ser una herramienta clave en la ingeniería metabólica semirracional, con gran potencial para mejorar cepas industriales sin modificar genéticamente el microorganismo.