Este blog está asociado a las páginas web de las asignaturas de Microbiología del Grado de Biotecnología y del Grado de Ciencias Ambientales de la UMH.

Aquí se publican los resúmenes de los diferentes trabajos realizados por los alumnos de la asignatura Microbiología Industrial.


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miércoles, 21 de mayo de 2014

Producción de ácido propiónico mediante PFB

La producción masiva actual de ácido propiónico está basada en la industria petroquímica. Debido al coste, al impacto medioambiental y a la creciente preferencia de la sociedad por el uso de materiales biológicos se ha comenzado a investigar otras formas de producirlo como a través de fermentaciones anaerobias con Propionilbacterias.

Molécula de ácido propiónico
El ácido propiónico es un ácido carboxílico que puede encontrarse naturalmente y que tiene una gran diversidad de usos en la industria alimentaria, farmacéutica, etc.
Este estudio intenta mejorar la eficiencia de producción de ácido propionico, para ello se van a estudiar los beneficios de un cultivo inmovilizado utilizando bagazo de caña de azúcar, el cual es un material ecológico y barato.
Empezaremos hablando de que es un  biorreactor, clave en este proceso.
Un biorreactor es un sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o  sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos.

Bagazo de caña de azucar
En el biorreactor se utilizaron dos técnicas: la libre  y la inmovilizada con caña de azúcar. La ventaja de esta última recae en que la inmovilización celular logra aproximar las células así como aumentar la densidad celular y la concentración de metabolitos dentro de las células por ello es un método mucho más eficiente y logra rendimientos muy superiores a los del libre.



Ahora pasaremos a introducir la discusión del experimento y los resultados que se exponen en el artículo.
 Las células inmovilizadas han resultado ser más productivas, se observa una mayor producción de propionato por unidad de tiempo y una menor cantidad de ácidos orgánicos que se desvían de la ruta (acética y succínica). (Primera gráfica: libres; segunda: inmovilizadas). En la gráfica vemos como el ácido propiónico aumenta más (círculos negros) y la biomasa disminuye (círculos blancos), así como los ácidos orgánicos (cuadrados negros y blancos).

Gráfica comparativa entre fermentación libre (izqda) e inmovilizada (dcha)

Se estudia el método de introducir la glucosa y su influencia en la producción de ácido propiónico: de manera intermitente o de manera constante. Ésta última ha resultado ser más beneficiosa y productiva, ya que la intermitente produce alteraciones metabólicas. En la primera gráfica el ácido propiónico no aumenta tanto como en la segunda (puntos negros gordos) y la glucosa (puntos negros pequeños) se introduce de distintas formas: primera, de manera intermitente; y segunda, de manera continua.

Gráfica comparativa entre fermentación discontinua (izqda) y continua (dcha)
Con las condiciones del PFB (Reactor con una cama de plantas) podemos observar un cambio morfológico en las bacterias: crecen de tamaño aumentando el área de superficie específica beneficiando el intercambio de sustancias.
Se midieron las distribuciones de flujo de carbono y se comparó la producción de ácido propiónico  de los dos tipos de fermentación. Vieron que el flujo que daba lugar a moléculas que más tarde dserían precursores de  este ácido era mayor cuando había una fermentación PFB que cuando las células estaban libres. También se comprobó que la biomasa producida en PFB era también mayor. De esto se concluyó que la fermentación con células inmovilizadas en PFB era mucho más factible.
Se analizaron también los nodos de la ruta de síntesis de propiónico, que son el G6P (Glucosa-6-fostato), PEP (FosfoenolPiruvato) y PYR (Piruvato). De ahí se puede observar que:
Ruta metabólica de la bacteria
G6P: Deriva a la ruta de las pentosasfosfato, a rutas de biosíntesis y la glucólisis, que es la que  nos interesa.
PEP: Se transforma en oxalacetato, que da lugar a succínico, y en pirvato.
PYR: El piruvato se transforma en ácidoláctico, ácido ácetico (que no nos interesan)  y en ácido propiónico.


Se vio que en la fermentación PFB, en el nodo (lugar de bifurcación de flujos) de PEP el flujo se veía desviado hacia la formación de piruvato, reduciéndose la formación de succínico. Mientras, en el nodo de PYR esta misma fermentación aumenta el porcentaje de precursores del propiónico. La fermentación continua sugiere que el PFB produce una distribución de los flujos hacia los 3 nodos de síntesis de ácido propiónico.
La cantidad de alimento debe ser moderado para que su exceso no de lugar a cambios ambientales que consecuentemente perturben el balance metabólico. Aún así, el fed-batch constante es más efectivo con PFB inmovilizado que con el intermitente.
A continuación vamos a mostrar la actividad enzimática de ciertas proteinas frente a distintos medios y a distintas condiciones:

Gráfica comparativa de la actividad de las enzimas G6PDH y PPC

La G6PDH y la PPC aumentan su actividad con la fermentación PFB en comparación con las células libres , lo que se traduce en un aumento de la ruta de las pentosas fosfato y la transformación de PEP a OACE.

Gráfica comparativa de la actividad de las enzimas PTA y ACK

La PTA y ACK disminuyen su actividad con PFB con respecto a las células libres. Son enzimas que desvían el flujo hacia productos que nos son PA. Nos interesa esta disminución de actividad porque se desvía la mínima cantidad de carbono hacia productos que no sean PA.

Gráfica comparativa de la actividad de las enzimas OTC y CoAT. Aumento de la actividad en PFB.


La OTC y la CoAT aumentan su actividad en PFB en comparación con las células libres, que se traduce en cada caso en un aumento de producción de:
                        -OTC: aumento formación de PPCoA precursor de PA
                        -CoAT: realiza la transformación de PPCoA en PA

Se concluyó que:

Mediante PFB se ha obtenido la concentración máxima con diferencia de ácido propiónico por métodos biológicos hasta la fecha,  frente a otros métodos como la fermentación con células libres o el lecho de algodón, en FBB[i] y en  MFB[ii]. También se ha observado un cambio morfológico notable tras la domesticación en PFB. Además el estudio de los flujos metabólicos muestran una redistribución del flujo metabólico hacia la producción de a. propionico sin modificación genética.
En definitiva el reactor PFB ha demostrado ser un método sencillo y barato de aumentar la eficiencia de la producción de a. propiónico.

Referencias:

Autores: Fei Chena, Xiaohai Fenga, Hong Xua, Dan Zhanga, Pingkai Ouyang.

Integrantes del Grupo 7:

Alicia García 
Natalia González 
Melisa Pinilla
Joaquín Rives 
María Romo

2 comentarios:

  1. El tono divulgativo es correcto en la primera parte del texto, pero cuando os ponéis a describir el artículo lo perdéis y el contenido se hace bastante confuso.

    Tenéis errores de formato (párrafos pegados, tipo de letra distinto en una parte del texto, …) No habéis puesto los pies de figura, con lo que al explicar las figuras en el texto se consigue un efecto de mayor confusión. Cuando se usan abreviaturas, la primera vez que aparecen en el texto hay que poner lo que significa a menos que dicha abreviatura sea archiconocida (¿Qué es PFB? Vosotros lo sabéis, el lector no). Sólo lo habéis hecho con FBB y MFB, y lo habéis puesto en inglés, sin traducirlo, algo necesario si se supone que este debía de ser un texto divulgativo.

    Cuando se describe el trabajo de otras personas, si no es conveniente usar la 1º persona en una presentación oral, mucho menos lo es si lo haces por escrito.

    Solamente hay un enlace (en la palabra “biorreactor”) que funciona y en el texto hay un montón de términos y técnicas que a cualquiera que esté interesado en el tema le gustaría poder profundizar.

    No habéis puesto la revista en la referencia bibliográfica

    El resumen en inglés no era necesario publicarlo en la entrada de blog. Se dijo que se mandaba de manera independiente al profesor.

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  2. Por cierto, os falta poner el nombre de los componentes del grupo como autores de esta entrada

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