Desarrollo de biosensores para el monitoreo en tiempo real de procesos de biosíntesis en plataformas biotecnológicas celulares

En las últimas décadas, los avances en biotecnología han revolucionado la producción de compuestos químicos mediante el uso de plataformas celulares diseñadas para la biosíntesis sostenible. Este enfoque ha surgido como una alternativa viable a los procesos químicos tradicionales, impulsado por la creciente demanda de productos respetuosos con el medio ambiente y la necesidad de reducir la dependencia de recursos no renovables. En este contexto, microorganismos genéticamente modificados han demostrado ser herramientas poderosas para la síntesis de una amplia gama de compuestos de alto valor agregado, incluyendo biocombustibles, bioplásticos, fármacos, enzimas industriales, carotenoides, ácidos orgánicos y metabolitos esenciales como aminoácidos, nucleótidos y vitaminas. Entre estos organismos, Escherichia coli se ha establecido como una plataforma celular modelo debido a su rápida tasa de crecimiento, su genoma bien caracterizado y su capacidad para producir proteínas recombinantes y otros metabolitos de interés industrial. Paralelamente, organismos fotosintéticos como la cianobacteria Synechococcus elongatus y la microalga Chlamydomonas reinhardtii han emergido como plataformas prometedoras para la producción sostenible de compuestos valiosos. Por ejemplo, S. elongatus ha sido eficientemente modificado para acumular altos niveles de ácidos grasos omega-3 y zeaxantina, un carotenoide con aplicaciones en salud humana y alimentación animal. Por su parte, C. reinhardtii puede sintetizar polisacáridos, lípidos, proteínas funcionales, pigmentos, hormonas, vacunas y anticuerpos, lo que la convierte en una plataforma versátil para diversas aplicaciones biotecnológicas. Sin embargo, el uso de estos organismos fotosintéticos en procesos industriales a gran escala enfrenta desafíos significativos relacionados con la identificación y optimización de rutas metabólicas clave, así como con la estandarización de condiciones de cultivo que maximicen la producción de metabolitos de interés. Para abordar este problema se emplearán métodos computacionales y experimentales, de tal modo que se construirá un biosensor utilizando estrategias de biología molecular e ingeniería de proteínas. Objetivo general: Desarrollar un biosensor fluorescente basado en la proteína receptora de cAMP (CRP) de E. coli y la proteína fluorescente amarilla (YFP) para el monitoreo en tiempo real de cAMP, un metabolito central involucrado en múltiples vías metabólicas y procesos de señalización celular. Objetivos específicos: 1) Desarrollo de un biosensor fluorescente ecCRP-YFP para monitorear la relación entre la concentración de cAMP y la producción de licopeno en E. coli. 2) Incorporación y evaluación de biosensor fluorescente ecCRP-YFP para monitorear la relación entre la concentración de cAMP y la producción de ficocianina en Synechococcus elongatus. 3) Incorporación y evaluación de biosensor fluorescente ecCRP-YFP para monitorear la relación entre la concentración de cAMP y la producción de carotenoides en Chlamydomonas reinhardtii. 4) Comparar los resultados del sensor ecCRP-YFP con biosensores reportados previamente: “NERNST: a genetically-encoded ratiometric non-destructive sensing tool” to estimate NADP(H)” Resultados esperados: A) Biosensor basado en las proteínas CRP e YFP para la cuantificación de los niveles de cAMP para bacterias, cianobacterias y microalgas. B) Flujo de trabajo y protocolos de desarrollo de biosensores basados proteínas que se unén a metabolitos y proteína fluorescente amarilla. C) Células modificadas de E. coli, Synechococcus elongatus y Chlamydomonas reinhardtii con el gen del biosensor de cAMP incorporado. El desarrollo de esta herramienta contribuirá al avance de la biotecnología al permitir la generación de protocolos estandarizados para la implementación eficiente de sistemas biosintéticos en biorreactores, representando un paso crítico hacia la optimización de procesos biosintéticos.