En un avance científico que promete revolucionar la biología sintética y los enfoques de la crisis climática, investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre han dado un paso importante hacia la fijación artificial de dióxido de carbono (CO2) en células vivas. Al crear un innovador ciclo bioquímico sintético, conocido como ciclo theta, pudieron convertir el dióxido de carbono directamente en el metabolito central acetil-CoA.
El resultado representa un hito importante hacia la creación de vías artificiales de fijación de dióxido de carbono dentro de las células vivas. El estudio fue publicado en la revista Nature Catalysts. Al crear un innovador ciclo bioquímico sintético, conocido como ciclo theta, pudieron convertir el dióxido de carbono directamente en el metabolito central acetil-CoA. El resultado representa un hito importante hacia la creación de vías artificiales de fijación de dióxido de carbono en el contexto de células vivas. El ciclo THETA, dividido en tres módulos, se ha implementado con éxito en E.coli. Esta comprensión abre nuevos horizontes para capturar y convertir dióxido de carbono, lo cual es crucial para abordar la emergencia climática.
La biología sintética ofrece oportunidades sin precedentes para diseñar vías completamente nuevas y más eficientes para la fijación de dióxido de carbono que las desarrolladas por la naturaleza. El ciclo implica el uso de 17 biocatalizadores y se basa en las dos enzimas de fijación de CO2 más rápidas conocidas: crotonil-CoA carboxilasa/reductasa y fosfoenolpiruvato carboxilasa, ambas descubiertas en bacterias. Estos biocatalizadores son más de 10 veces más eficientes que RubisCO, una enzima fijadora de dióxido de carbono que se encuentra en los cloroplastos.
El ciclo THETA convierte dos moléculas de dióxido de carbono en una acetil-CoA en cada ciclo. Este último, al ser un metabolito central en casi todos los procesos metabólicos celulares y un componente básico de una amplia gama de biomoléculas vitales, resulta de gran interés para aplicaciones biotecnológicas, incluida la producción de biocombustibles, biomateriales y productos farmacéuticos. Los investigadores confirmaron la función del ciclo del tubo de ensayo y, mediante una optimización racional basada en el aprendizaje automático, pudieron mejorar la producción de acetil-CoA en un factor de 100. El ciclo THETA se dividió en tres módulos y se implementó en E. coli. un paso importante para probar su viabilidad in vivo. La función de estos módulos se verificó mediante selección acoplada al crecimiento y/o marcaje isotópico.
Shanshan Luo, autor principal del estudio, destaca la importancia de este ciclo, que contiene intermediarios metabólicos centrales en el metabolismo bacteriano, brindando la oportunidad de desarrollar un enfoque estandarizado para su implementación. “Hemos demostrado la función de los tres módulos individuales en E. coli. Sin embargo, todavía no hemos podido cerrar completamente el círculo del crecimiento de E. coli exclusivamente con CO2. El cierre completo del ciclo THETA sigue siendo un desafío importante, ya que las 17 reacciones deben sincronizarse con el metabolismo normal de E. coli. Tobias Erb, que dirige el grupo de investigación, destaca la importancia de este descubrimiento para la biología sintética, señalando que la implementación modular de este ciclo en E. coli allana el camino para lograr vías completamente nuevas y complejas para la fijación de CO2 en fábricas celulares. «Estamos aprendiendo a reprogramar todo el metabolismo celular para crear un sistema operativo autótrofo y artificial para la célula», dijo.
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