Optimización de la producción de riboflavina en Ashbya gossypii basada en el análisis funcional de las rutas de recuperación de nucleobases de purina

Résumé

[ES] La biosíntesis de riboflavina o vitamina B2 es un proceso biológico de interés industrial. En la naturaleza, sólo microorganismos y plantas son capaces de sintetizarla, siendo para el hombre y el resto de vertebrados un factor de crecimiento que han de tomar en su dieta. Además de su valor nutritivo, la riboflavina aporta beneficios a las funciones fisiológicas del organismo humano, actuando así como un compuesto nutraceútico. La función que la riboflavina ejerce en el mantenimiento de la salud ha determinado que la demanda mundial se haya incrementado en la última década, siendo la mejora de procesos de producción a gran escala uno de los objetivos del sector industrial. Los procesos actuales de producción se basan en el uso de microorganismos que en mayor o menor medida poseen la capacidad de sintetizar riboflavina. De entre todos los microorganismos empleados destaca el hongo filamentoso Ashbya gossypii, en el que la aplicación de técnicas de ingeniería genética han permitido desarrollar cepas con cualidades apropiadas para la producción industrial. En el cultivo del hongo, y en términos de producción de vitamina, se pueden diferenciar dos fases: una fase trófica, cuando la producción de riboflavina es mínima y la tasa de crecimiento es máxima, y una fase productiva, cuando la tasa de crecimiento disminuye y la producción de riboflavina aumenta. En ambas fases la riboflavina se sintetiza a partir del mismo sustrato, el GTP, el cual puede formarse en la célula a partir de la ruta de síntesis de novo de purinas o a partir de las rutas de recuperación. Las rutas de recuperación de la nucleobases de purina son un conjunto de reacciones enzimáticas que permiten a la célula la formación de los nucleótidos purínicos AMP y GMP a partir de las diferentes nucleobases, adenina, hipoxantina, xantina y guanina. La complejidad de la red de rutas varía de unos organismos a otros y su importancia en la célula se pone de manifiesto, principalmente, en organismos del grupo de los apicomplejos que sólo pueden utilizar esas rutas para la síntesis de nucleótidos por carecer de la denominada ruta de novo, o en enfermedades humanas como el síndrome de Lesch-Nyhan por disfuncionalidad de una enzima necesaria para metabolizar las nucleobases hipoxantina y guanina. Dado el desconocimiento sobre las rutas de recuperación de nucleobases en A. gossypii y su posible utilidad como dianas de manipulación mediante técnicas de ingeniería metabólica para desarrollar cepas del hongo con mayores capacidades de producción de riboflavina, se procedió a su caracterización. El trabajo realizado ha evidenciado la simplicidad de la red de rutas en el hongo. Sólo dos genes son responsables de la recuperación de todas las nucleobases de purina. El análisis de estos genes en las diferentes fases del cultivo del hongo ha permitido diseñar modificaciones génicas que cuando se expresan tanto en la cepa silvestre como en cepas con mejoras, construidas con anterioridad, conducen a un incremento en la producción de riboflavina, demostrando la relevancia de las rutas de recuperación en la formación del nucleótido GTP y en su flujo hacia la formación de riboflavina.