Los plásticos derivados del petróleo son ampliamente utilizados por su ligereza, resistencia a la corrosión, a la intemperie y a diversos factores químicos. Sin embargo, algunas de estas propiedades constituyen un problema para el manejo de los desechos que se generan con su uso. Así, su acumulación en el ambiente se ha convertido en un problema mundial (14). Es posible obtener plásticos a partir de sustancias naturales que, a diferencia de los plásticos de origen sintético, son biodegradables (22). Entre los materiales que se han utilizado para producir estos plásticos biodegradables se encuentran los polihidroxialcanoatos (PHAs), los cuales son poliésteres naturales producidos por bacterias y arqueas como reserva de energía y nutrientes (18). Los plásticos obtenidos a partir de PHAs tienen propiedades físicas semejantes a las de los plásticos derivados del petróleo y, adicionalmente, tienen la ventaja de ser producidos a partir de recursos renovables (2, 15). Nuestro grupo de investigación ha estudiado tanto las relaciones metabólicas de la síntesis de PHAs con otras vías en Azotobacter vinelandii (24, 43, 44), como los mecanismos de regulación genética que controlan su producción. Al respecto, hemos reportado la participación del activador transcripcional PhbR, del factor sigma alternativo RpoS (32), del sistema de dos componentes GacS/GacA (4, 5) y del sistema PTS-Ntr (40, 27) en el control de la síntesis de PHAs. Otro aspecto importante del metabolismo de PHAs que puede tener repercusiones sobre la cantidad neta de polímeros acumulados y sobre su calidad (peso molecular), lo constituye la degradación intracelular del PHAs. Los estudios que hemos realizado hasta el momento se han enfocado a la síntesis de PHAs y su control genético, mientras que desconocemos por completo cómo se realiza la degradación intracelular del polímero para ser utilizado como fuente de carbono y energía por la bacteria. Tampoco conocemos cómo se regula este proceso. Así, los objetivos del presente proyecto consisten en estudiar de qué manera se da el catabolismo de los PHAs sintetizados, cómo se controla a nivel genético, y cómo se coordinan los procesos de síntesis y degradación. Nos interesa particularmente estudiar el posible papel del sistema PTS-Ntr en la degradación intracelular del polímero, ya que este sistema podría funcionar como un “coordinador” entre síntesis y degradación, pues existen antecedentes de un homólogo de PTS que participa en el control de la movilización de PHB en Wautersia eutropha (36). En el sistema PTS-Ntr se da una cascada de fosforilación que controla negativamente la transcripción de los genes biosintéticos (27). Dado que los componentes de este sistema no poseen dominios de unión a DNA, tenemos la hipótesis de que existe al menos un intermediario en esta regulación. En el proyecto planteamos, además de identificar los genes que codifican para las depolimerasas de A. vinelandii y determinar si el sistema PTS-Ntr participa en la regulación de su expresión, identificar el intermediario entre el sistema PTR-Ntr y la síntesis de PHAs mediante ensayos de interacción de proteínas.

El proyecto permitirá profundizar en el conocimiento sobre la manera en que se catabolizan los PHAs en A. vinelandii. Se identificarán los genes que codifican para las enzimas de degradación y se conocerá su patrón de expresión. Este proceso de degradación intracelular de PHAs es poco conocido, no solo en Azotobacter, sino en general en las bacterias productoras de estos polímeros. El proyecto también permitirá comprender mejor cómo se da la coordinación entre la síntesis y la degradación de PHAs. Se espera elucidar el mecanismo de control de la síntesis de PHB que involucra al sistema PTS-Ntr, y determinar si está involucrado también en el control de la degradación. Adicionalmente esperamos contribuir al conocimiento sobre el papel fisiológico que tiene este sistema de regulación, presente en numerosas bacterias, en donde desempeña funciones tan importantes como la del control de la virulencia. El conocimiento básico que se obtendrá sobre el control del metabolismo de PHAs en A. vinelandii podrá ser aplicado en el diseño de cepas modificadas genéticamente y estrategias de cultivo para la producción de bioplásticos. En el proyecto participarán una estudiante de Maestría y dos estudiantes de Doctorado. Se espera que de su participación en el proyecto se generen datos suficientes para elaborar sus respectivas tesis.