Investigación
The building block 2,4 PDCA, a target chemical for bio-based plastics, is produced in recombinant Pseudomonas putida strains from lignin-derived compounds. The native enzyme for protocatechuate ring-cleavage of this bacterium (PcaGH) was replaced by a heterologous enzymatic activity (LigAB) that generates a new ring-cleavage product that becomes converted to 2,4 PDCA in the presence of ammonium. The recombinant biocatalysts efficiently produce 2,4 PDCA from substrates like protocatechuate (PCA), 4-hydroxybenzoate (HBA), p-coumaric acid or complex soda lignin mixtures. Biotransformation yields and productivities were significantly improved by accelerating substrate uptake and metabolism through the overexpression of genes encoding transporters (pcaK) or monooxygenase enzymes (pobA). [Adapted from Bioresource Technology (2022)]
15 Jan 2022
Se consigue producir una molécula de interés para la síntesis de plásticos bio-basados a partir de compuestos derivados de la lignina en la bacteria modelo Pseudomonas putida
Un nuevo estudio publicado en la revista Bioresource Technology por el gupo de investigación del Dr. Eduardo Díaz en el Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CSIC) presenta el desarrollo de una molécula de interés para la producción de plásticos bio-basados. El trabajo, realizado en colaboración con los grupos del Dr. Juan Nogales (CNB-CSIC) y el Dr. Tim Bugg (Universidad de Warwick, UK) y la empresa Biome Bioplastics (UK), presenta el desarrollo de una batería de cepas de Pseudomonas putida genéticamente modificadas capaces de producir ácido 2,4- piridín dicarboxílico (2,4 PDCA), un análogo del tereftalato (ampliamente usado para la síntesis de plásticos poliéster), usando como sustrato los compuestos monoaromáticos derivados de la degradación de la lignina así como también lignina polimérica.
La lignina, componente aromático de la biomasa vegetal, se extrae y mayoritariamente se desecha como residuo en cantidades superiores a los 50 millones de toneladas al año en el mundo, principalmente debido a la actividad de las industrias papelera y del biodiesel. Sin embargo, los efluentes de lignina se pueden revalorizar a través de aproximaciones biotecnológicas y el uso de microorganismos hacia la producción de compuestos de indudable interés comercial.
Los autores de esta publicación han conseguido rediseñar el metabolismo bacteriano de los compuestos aromáticos presentes en la lignina hacia la generación de 2,4 PDCA, un análogo del tereftalato (de origen petroquímico) utilizado para la síntesis de plásticos bio-basados. Para ello, en la bacteria modelo Pseudomonas putida KT2440 se ha reemplazado la enzima nativa responsable de la apertura del anillo aromático del intermediario central protocatecuato por otra actividad enzimática heteróloga que genera un producto de apertura alternativo y que es susceptible de ser convertido en 2,4 PDCA en presencia de amonio. Los biocatalizadores recombinantes obtenidos transforman de manera eficiente sustratos como el protocatecuato (PCA), 4-hidroxibenzoato (HBA) o p-cumarato (pCA) en 2,4 PDCA, a través de un bioproceso desacoplado al crecimiento bacteriano (resting cells).
Gómez-Álvarez et al. han conseguido mejorar significativamente los rendimientos y productividades de esta biotransformación (alcanzando 0.9 g/L de 2,4 PDCA) mediante la sobreexpresión de genes que codifican transportadores (pcaK) o enzimas monooxigenasas (pobA), que aceleran tanto el transporte como el catabolismo bacteriano de los sustratos, así como mediante la reutilización de dichos biocatalizadores recombinantes mejorados.
Las nuevas cepas recombinantes de P. putida son capaces también de generar 2,4 PDCA a partir de mezclas complejas de lignina, lo que augura una relevante aportación al campo de la revalorización de la lignina polimérica.
Referencia: “Bioconversion of lignin-derived aromatics into the building block pyridine 2,4-dicarboxylic acid by engineering recombinant Pseudomonas putida strains” Helena Gómez-Álvarez, Pablo Iturbe, Virginia Rivero-Buceta, Paul Mines, Timothy D.H. Bugg, Juan Nogales, Eduardo Díaz. Bioresource Technology. Volume 346, February 2022, 126638. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126638