Análisis in silico del efecto del knockout de genes en el crecimiento de Rhodosporidium toruloides

CASTAÑEDA, MARÍA TERESITA; NUÑEZ, SEBASTIÁN; VOGET, CLAUDIO; DE BATTISTA, HERNÁN

Jornada; 5tas Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión de la Facultad de Ingeniería; 2019

El empleo de biolípidos para la producción de biodiesel viene despertando interés en los últimos años como alternativa a los aceites vegetales, ya que presentan tiempos de producción menores, independencia de la localización y de las condiciones climáticas, facilidad a la hora de escalar el proceso, etc. Estos lípidos se obtienen biotecnológicamente mediante el cultivo de microorganismos oleaginosos. Una de las cepas más empleadas es Rhodosporidium toruloides dada su versatilidad nutricional y elevados rendimientos lipídicos, los cuales están mayoritariamente sujetos a parámetros relacionados con su cultivo. Es por esto que los esfuerzos se concentran en la optimización de la producción de lípidos en la cepa nativa y en el mejoramiento de la cepa mediante ingeniería genética para la sobreproducción de lípidos. Una técnica empleada con este fin es el noqueo de genes asociados a reacciones claves del metabolismo. Para ello, se requiere conocer de antemano el conjunto de genes esenciales para el crecimiento, ya que los mismos no deben estar sujetos a modificación. El objetivo de este trabajo es determinar, mediante herramientas de ingeniería metabólica, la influencia del noqueo de genes sobre el crecimiento de R. toruloides con glucosa y glicerol como fuentes de carbono y energía (FCE). Para ello, se empleó un modelo metabólico a baja escala recientemente publicado por nuestro grupo y, por medio de Análisis de balance de flujos, se determinó la esencialidad de los genes para ambas FCE. De los 116 genes del modelo, 25 resultaron esenciales para cada FCE. Esta esencialidad implica que el noqueo de estos genes individualmente resulta en la letalidad del microorganismo. De estos 25, 21 son genes esenciales mínimos, o sea, son necesarios en condiciones óptimas de cultivo independientemente de la FCE empleada. Los 4 genes restantes resultaron ser genes condicionales esenciales, esto es, dependen del tipo de FCE. Finalmente, se estudió el efecto del noqueo simultáneo de dos genes sobre el crecimiento para glucosa (Fig. A) y glicerol (Fig. B). De este análisis, se determinó la existencia de 48 genes redundantes esenciales mínimos, lo que implica que independientemente de la FCE, el doble noqueo de estos genes produce la letalidad de la cepa. Además, con glucosa y glicerol como FCE hay 11 y 27 combinaciones letales adicionales, respectivamente, constituyendo así genes redundantes condicionales. En conclusión, esta herramienta bioinformática permite determinar el conjunto de genes cuyo noqueo resulta individualmente, o en combinación, letal para el microorganismo. El conocimiento de estos genes permite ahorrar tiempo y recursos a la hora de diseñar mutantes para la sobreproducción de biolípidos.