Nuestro grupo de investigación estudia desde hace varios años la genética molecular de la síntesis del bioplástico PHB en la bacteria Azotobacter vinelandii. Estos estudios nos permitieron identificar los genes que codifican para las tres enzimas que participan en la biosíntesis de PHB (phbBAC), así como algunos genes cuyos productos regulan de manera positiva, ó negativa, la producción de PHB. Dentro de los reguladores negativos más importantes, encontramos a las proteínas IIA-Ntr y RsmA. La proteína IIA-Ntr, codificada por el gen ptsN, en su forma no fosforilada reprime completamente la síntesis de PHB, de manera que la inactivación del gen ptsN resulta en la sobreproducción de PHB. De igual forma, encontramos que la proteína RsmA se une al transcrito de phbBAC, lo que previene su traducción y promueve se degradación, por lo que la inactivación del gene rsmA también resultó en la sobreproducción de PHB. Recientemente construimos una cepa que lleva las mutaciones ptsN y rsmA, la cual acumula grandes cantidades de PHB cuando se crece en placas o en matraces. Se sabe que uno de los parámetros críticos en la producción del PHB es la producción de biomasa, y ésta, al igual que la acumulación del polímero, dependen de la tensión de oxígeno disuelto (TOD). En estudios previos se encontró que por debajo de 3% de oxígeno disuelto una cepa silvestre de A. vinelandii acumula altas concentraciones de PHB. También se ha demostrado que las características químicas del PHB, como el peso molecular, están fuertemente influenciadas por este parámetro._x000D_ Otra característica de A. vinelandii en relación al oxígeno es su alta tasa de respiración. Se ha determinado que esta bacteria tiene cadenas respiratorias alternativas, una de las cuales es muy activa y está sólo parcialmente acoplada a la generación de potencial de protones trans-membranal, generando 5 veces menos energía que la completamente acoplada. Esto repercute notablemente en un menor crecimiento y rendimiento de PHB, y en una alta demanda de oxígeno. Esta cadena respiratoria es esencial únicamente bajo ciertas condiciones de fijación de nitrógeno._x000D_ Es importante señalar que estrategias de cultivo celular en sistemas en multi-etapas y/o cultivos en lote alimentado han resultado adecuadas en la optimización del crecimiento celular y la producción de metabolitos intracelulares como el PHB. En este proyecto se propone estudiar los efectos de la TOD; así como estrategias de cultivo en sistemas multi-etapas para determinar las condiciones óptimas para la producción de biomasa y de PHB usando la doble mutante ptsN-rsmA y mutantes derivadas afectadas en su capacidad respiratoria, que se espera presenten menores demandas de oxígeno _x000D_ En resumen, con este estudio pretendemos implementar protocolos que permitan controlar la TOD de los cultivos para favorecer en una primera etapa el crecimiento y en una segunda etapa la síntesis de PHB, con el objetivo de elevar la producción de biomasa y de PHB en cepas de A. vinelandii sobreproductoras de este polímero. _x000D_

A través del desarrollo del presente proyecto se plantea contribuir en los siguientes aspectos:_x000D_ _x000D_ Generar conocimiento acerca del papel de la cadena respiratoria desacoplada en el crecimiento de A. vinelandii._x000D_ Generar cepas de A. vinelandii con capacidades mejoradas para la producción de biomasa y del bioplástico PHB. _x000D_ Proponer un proceso de fermentación, basado principalmente en el control de la TOD y en un sistema de dos etapas y de tipo lote alimentado, para la producción de PHB con altos rendimientos._x000D_ La publicación de dos articulos cientificos en revistas indizadas._x000D_ Generar Patentes sobre cepas sobreproductoras de PHB y posiblemente sobre el proceso fermentativo para la producción de PHB por estas cepas, si los resultados son favorables _x000D_ Formación de recursos humanos, consistente en 2 tesis de licenciatura de Deborah Ramirez y Silvia Herrera, y una de Maestría de Libertad Adaya, quien acaba de concluir su Tesis de Licenciatura y presentara proximamente su examen de Admisión a la Maestría en Ciencias Bioquimicas de la UNAM_x000D_