Los científicos descubren la eficiente fijación sintética del CO2 en una bacteria
Investigadores del Instituto Max-Planck de Microbiología Terrestre han logrado un hito importante en la biología sintética al desarrollar una nueva vía bioquímica que convierte el dióxido de carbono (CO2) directamente en acetil-CoA, un componente metabólico clave
Este nuevo desarrollo marca un avance importante en las vías de fijación de CO2 sintético dentro de las células vivas, específicamente en la bacteria E. coli.
La emergencia climática ha intensificado la necesidad de soluciones innovadoras para la captura y conversión de CO2. La biología sintética ofrece nuevas vías para diseñar vías de fijación de CO2 que sean más eficientes que las que se encuentran en la naturaleza. Sin embargo, la implementación de estas nuevas vías en varios sistemas in vitro e en vivo plantea desafíos importantes. El grupo liderado por Tobias Erb ha logrado un gran avance en este campo al diseñar y construir una nueva vía sintética de fijación de CO2, denominada ciclo THETA.
Nuevo método de fijación del CO2 atmosférico
El ciclo THETA se distingue por su capacidad de convertir dos moléculas de CO2 en una molécula de acetil-CoA en un solo ciclo. El acetil-CoA es un metabolito central en casi todas las formas de metabolismo celular y es crucial para la síntesis de diversas biomoléculas, incluidos biocombustibles, biomateriales y productos farmacéuticos. Esto lo convierte en un compuesto excepcionalmente valioso en aplicaciones biotecnológicas.
El ciclo se diseñó en torno a dos de las enzimas fijadoras de CO2 más rápidas conocidas: crotonil-CoA carboxilasa/reductasa y fosfoenolpiruvato carboxilasa.
En el laboratorio se confirmó la funcionalidad del ciclo THETA en tubos de ensayo. A continuación, los investigadores se embarcaron en una serie de optimizaciones racionales y guiadas por el aprendizaje automático, que condujeron a un aumento de cien veces en el rendimiento de acetil-CoA. El siguiente paso crítico fue probar su viabilidad in vivo, para lo cual el ciclo se dividió en tres módulos. Cada módulo se incorporó con éxito en E. coli y su funcionalidad se verificó mediante selección acoplada al crecimiento y etiquetado isotópico.
Shanshan Luo, autor principal del estudio, destacó la singularidad del ciclo y afirmó: "Lo que tiene de especial este ciclo es que contiene varios intermediarios que sirven como metabolitos centrales en el metabolismo de la bacteria. Esta superposición ofrece la oportunidad de desarrollar un enfoque modular para su implementación." Luo destacó la demostración exitosa de los tres módulos individuales en E. coli pero también reconoció que cerrar todo el ciclo en vivo sigue siendo un desafío importante, dada la necesidad de sincronizar las 17 reacciones con el metabolismo natural de E. coli, que involucra cientos de miles de reacciones.
A pesar de estos desafíos, Luo ve un gran potencial en el ciclo y lo visualiza como una plataforma versátil para producir compuestos valiosos directamente a partir de CO2 ampliando su molécula de salida, acetil-CoA.
Esta investigación no solo demuestra un enfoque novedoso para la fijación de CO2, sino que también abre la puerta a aplicaciones potencialmente transformadoras en biotecnología, abordando la necesidad urgente de soluciones sostenibles frente a la crisis climática global.
Referencia
Luo, S., Diehl, C., He, H. et al. Construction and modular implementation of the THETA cycle for synthetic CO2 fixation. Nat Catal 6, 1228–1240 (2023). https://doi.org/10.1038/s41929-023-01079-z