![[Graphical abstract Bioresource Technology 2024] [Graphical abstract Bioresource Technology 2024]](/sites/default/files/2024-07/GraphicalAbstractV4.jpg)
Un trabajo publicado en la revista Bioresource Technology por el grupo liderado por Auxiliadora Prieto en el Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CSIC) demuestra la capacidad de adaptación de la bacteria fotosintética Rhodospirillum rubrum a las condiciones ambientales obteniendo variantes mejoradas metabólicamente para la fermentación del gas de síntesis o syngas. El estudio describe los cambios genotípicos impulsados mediante la exposición al syngas como presión selectiva y la alteración en el perfil de expresión de proteínas tras un proceso de evolución de 200 generaciones.
Los residuos municipales, agrícolas o alimentarios, junto con los lodos de depuradora de las plantas de tratamiento de aguas, contienen una fracción sustancial de carbono que puede revalorizarse de forma eficaz. Aunque los residuos orgánicos pueden ser fácilmente digeridos por diferentes microorganismos, hay determinados compuestos recalcitrantes que requieren otros procesos más complejos como la gasificación o la pirolisis. Este proceso da lugar al syngas, en cuya composición destacan el CO, el H2 y el CO2. En este contexto, R. rubrum resalta por ser una de las pocas bacterias capaces de prosperar en entornos con syngas y producir bioplásticos como los polihidroxialcanoatos o PHAs, cuyo interés biotecnológico ha aumentado en los últimos años. Además, bien a partir de la fotofermentación de ácidos orgánicos y carbohidratos, o mediante la oxidación del CO, esta bacteria es capaz de producir H2.
Hernández-Herreros et al. han estudiado los mecanismos metabólicos implicados en el aumento de la producción de hidrógeno en las variantes adaptadas con respecto a la estirpe salvaje. Mediante análisis genómicos identificaron diferentes mutaciones puntuales producidas tras la exposición continuada al syngas, destacando un cambio en el regulador de la expresión génica de la fotosíntesis PpsR. Trabajos previos de este grupo indicaron que el regulador PpsR es responsable de modular la transcripción de genes implicados en la síntesis de la bacterioclorofila y los carotenoides, así como los genes que codifican el complejo antena, estructura principal encargada de la recolección de luz.
Además, el análisis del proteoma puso de manifiesto que las variantes adaptadas mejoraron su capacidad de producir hidrógeno debido a un aumento en la expresión del complejo enzimático CO deshidrogenasa permitiendo una oxidación del CO más activa. Por otra parte, se observó la sobreexpresión del sistema fotosintético y de los cofactores metálicos esenciales para la biosíntesis de pigmentos.
Estos resultados plantean un nuevo escenario de investigación para la producción de H2 como estrategia para la revalorización de residuos complejos a partir de la oxidación de CO utilizando la bacteria R. rubrum como biocatalizador y abren el camino a nuevas líneas de investigación que permitan mitigar los efectos tóxicos del CO a través de aproximaciones metabólicas.
La investigación presentada en este trabajo ha sido financiada por la Plataforma Temática Interdisciplinar (PTI+) Plásticos Sostenibles hacia una Economía Circular (PTI-Susplast+) del CSIC, la Comunidad de Madrid y el Ministerio de Ciencia e Innovación de España.
Referencia: Boosting hydrogen production in Rhodospirillum rubrum by syngas-driven photoheterotrophic adaptive evolution. Natalia Hernández-Herreros, Alberto Rodríguez, Beatriz Galán y M. Auxiliadora Prieto (2024) Bioresource Technology 406 (130972) https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.13097