Abstract

En el presente proyecto se realizó un análisis in silico de los metabolismos de Clostridium acetobutylicum ATCC 824 y Clostridium beijerinckii NCIBM 8052, utilizando los modelos a escala genómica iCAC490 y iCM925, respectivamente. Como primera tarea, se busco reproducir los resultados reportados por los autores de ambos modelos. Se determinó que ambos metabolismos no son directamente comparables utilizando los modelos a escala genómica utilizados debido a que los flujos del metabolismo central están representados y validados en función de diferentes variables, el flujo de hidrógeno en el caso de C. beijerinckii y el flujo de protones en el caso de C. acetobutylicum. Debido a la escasa información experimental acerca de C. beijerinckii, se decidió modificar los objetivos del proyecto y trabajar con el modelo iCAC490. En base a la información recopilada de literatura se estableció una estrategia de cultivo con el fin de maximizar la producción de butanol por C. acetobutylicum ATCC 824 y su efecto sobre el metabolismo fue analizado utilizando la herramienta bioinformatica COBRA (Constrained Based Reconstruction and Analysis) a través de análisis de robustez, envolturas de producción y plano de fase fenotípico. Además, se utilizó la función Optknock con el fin de identificar posibles fenotipos híper-productores de butanol. La estrategia definida consiste el la utilización de una fuente externa de electrones. De esta forma, 2 nuevas reacciones fueron agregadas al modelo iCAC490, una reacción de intercambio de electrones y una segunda reacción donde los mismos reaccionan con protones y NAD+ (Nicotinamide adenine dinucleotide) para formar NADH (forma reducida de NAD). De esta forma, los electrones suministrados actúan como co-agente reductor en conjunto con el NADH generado durante el metabolismo de glucosa a través de la glicólisis, lo cual ha sido llamado electrofermentación. Los resultados de los análisis de robustez mostraron que un suministro externo de electrones resulta en un notorio aumento en la productividad específica de butanol, sin embargo, esto requiere un mayor consumo específico de butirato. Además de determinó que bajo estas condiciones, el metabolismo no produce acetona, por lo cual el butirato solo es asimilado por la vía reversa de producción del mismo. Dado el requerimiento de butirato que el suministro de electrones genera, el efecto de diferentes flujos de consumo de butirato y electrones fueron analizados individualmente a través envolturas de producción. Los resultados mostraron que ambas condiciones llevan a un acoplamiento de la producción de biomasa y butanol, lo cual podría tener como resultado un inicio mas temprano de la solventogénesis en cultivo por lote y eventualmente una mayor productividad volumétrica de butanol. El análisis de plano de fase fenotípico mostró que el flujo de butanol aumenta a medida que el consumo de butirato lo hace, lo cual coincide con los resultados obtenidos previamente. Sin embargo, existe una relación óptima entre los consumos de electrones y butirato que resulta en una velocidad de crecimiento máxima (línea de optimalidad), mas allá de la cual esta se ve negativamente afectada. Además, el modelo predice que un alto consumo de butirato y bajo consumo de electrones, el crecimiento celular es nulo. Esto quiere decir que el poder reductor (NADH) normalmente utilizado para la formación de biomasa, es utilizado para la formación de butanol bajo estas condiciones. Los resultados obtenidos a través de la función Optknock están siendo analizados. Los resultados obtenidos han dado lugar a un manuscrito, el cual será enviado a publicación durante el mes de enero.