Tecnologías de vanguardia para la producción de bioplásticos a partir de residuos complejos

Resumen

En el primer capítulo de esta memoria, Cupriavidus necator H16 ha sido seleccionada para la transformación de ácidos grasos volátiles (VFAs), derivados de la digestión anaerobia (AD) de las aguas residuales, en bioplásticos de origen bacteriano o polihidroxialcanoatos (PHA) el contexto del proyecto europeo ¿AFTERLIFE¿. Aplicando una estrategia de alimentación acoplada a la producción de biomasa y la tasa específica de consumo de las fuentes de carbono disponibles en el residuo, se alcanzó una acumulación de PHA del 80 % (p/p) en relación al peso seco de la biomasa y una productividad de 0,8 g-1L-1h-1. Además, mediante el análisis la composición monomérica y de las propiedades térmicas de los polímeros obtenidos, se determinó que las estrategias de producción basadas en la alimentación continua de fuente de carbono aumentan tanto el peso molecular como la temperatura de fusión, mientras que las estrategias de alimentación discontinuas disminuyen dicha temperatura. En el segundo capítulo se ahonda en un resultado obtenido durante la puesta a punto del bioproceso de producción de bioplásticos a partir de un residuo rico en ácido láctico. En este caso, se observó la acumulación del copolímero polihidroxibutirato-co-lactato (P(3HB-co-LA)) en la estirpe parental C. necator H16, sólo descrita previamente en la literatura en cepas bacterianas de Escherichia coli y C. necator modificadas genéticamente. A través de una estrategia de incubación de células quiescentes en un medio de producción definido, y utilizando únicamente lactato como precursor, se consiguió modular la composición monomérica del polímero obteniéndose un panel de poliésteres con un rango entre 20-90 % de ácido láctico. Asimismo, mediante el estudio del proteoma de C. necator H16 en condiciones de producción, se detectaron 17 proteínas posiblemente involucradas en la síntesis de P(3HB-co-LA), donde destacan una L-lactato permeasa (Llp2), responsable del transporte de lactato al interior celular, y dos proteínas anotadas como posibles subunidades ¿ y ß de una CoA transferasa (Pct) que catalizarían la conversión del lactato en lactoil-CoA, siendo el paso crucial para su incorporación en el polímero a través de una reacción catalizada por la PHA sintasa (PhaC) de C. necator H16. En el tercer capítulo de esta Tesis Doctoral se aborda la revalorización del gas de síntesis o syngas. El syngas se puede obtener a partir de efluentes industriales gaseosos y mediante procesos de pirólisis y/o gasificación de residuos complejos cuando otros métodos de pretratamiento no son eficaces. El proceso que se desarrolla está basado en la capacidad de la bacteria Rhodospirillum rubrum para generar PHA a partir de syngas. Inicialmente se establecieron las mejores condiciones de fermentación del syngas en R. rubrum. Posteriormente, se llevó a cabo un proceso de adaptación evolutiva a escala de laboratorio (ALE) durante aproximadamente 200 generaciones, dando lugar a una librería de variantes evolucionadas con un aumento en la velocidad de crecimiento y producción de biomasa del 22 y 60 %, respectivamente, en comparación con la cepa parental RR02_01. Mediante la caracterización fisiológica de cinco aislados diferentes, se seleccionaron dos variantes con capacidades metabólicas mejoradas para la síntesis de PHA. Además, en condiciones de crecimiento fotoheterotrófico, usando syngas y ácido acético como co-sustrato, se observó una disminución muy significativa de la fase de latencia en estas variantes concomitante a un aumento de la asimilación de ácido acético y la acumulación de PHA. Mediante el análisis del proteoma de ambas variantes se identificó la ruta del etilmalonil-CoA (EM-CoA) como la vía principal del metabolismo central a través de la cual se asimila el ácido acético en esta bacteria.