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Autor/a Jiménez Álamo, Carlos |
Abstract La vitamina B12, también llamada cobalamina, es una vitamina soluble en agua que presenta un importante rol en el metabolismo celular, actuando como cofactor para importantes enzimas presentes en el cuerpo humano. La participación de esta vitamina en procesos tan importantes como la íntesis de DNA, ácidos grasos o mielina hace que un hipotético déficit pueda llevar a problemas de salud importantes. Por esta razón, debido al envejecimiento de la sociedad y al incremento de las dietas que excluyen productos animales, su valor en el mercado y su necesidad de producción están incrementando significativamente. Típicamente hay dos formas de producir vitaminas a gran escala, químicamente o mediante fermentación haciendo uso de microorganismos que tengan capacidad para producirla. En este caso particular, la síntesis química es muy complicada y costosa debido a su complejidad, haciendo que el proceso de producción a escala industrial sea inviable. Como consecuencia, la producción a gran escala se limita exclusivamente a la fermentación de microorganismos productores. En este estudio se ha utilizado la cepa Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii BNRC12391, debido a su reconocimiento como cepa GRAS (Generally Recognized As Safe). Normalmente, este proceso de fermentación se lleva a cabo utilizando Corn Steep Liquor (CSL) como fuente de nitrógeno, pues es un medio altamente rico que se produce como subproducto durante el procesado del maíz, lo que lo convierte en un medio muy económico. Además, proporciona todos los componentes necesarios para el crecimiento de la cepa. Sin embargo, también presenta importantes desventajas, pues su composición no se conoce exactamente y hay una gran variabilidad lote a lote, lo que dificulta enormemente el control del cultivo y en consecuencia el escalado del proceso. Por otro lado, con un medio químicamente definido (CDM) la composición es completamente conocida, permitiendo así el control exacto de los requerimientos nutricionales, y facilitando la optimización del proceso y la mejora de las productividades. Además, una vez se conocen los requerimientos nutricionales de la cepa, se pueden llevar a cabo estudios de flujo metabólico, lo que permite ampliar enormemente el conocimiento sobre la cepa de estudio. Con este propósito, se propuso un CDM inicial, basado en trabajos en los que había sido desarrollado con éxito para bacterias del ácido láctico, ya que estas comparten nicho ecológico con P. freudenreichii. Empezando con la composición del medio propuesto, se llevaron a cabo simplificaciones sucesivas basadas en la metodología leave-one-out (LOO) mediante fermentaciones en tubos Falcon, lo que incrementa la cantidad de cultivos que pueden llevarse a cabo al mismo tiempo. Más tarde, los resultados del LOO fueron validados en matraces Erlenmeyer. Finalmente, se consiguió desarrollar un CDM simplificado equivalente al inicial en términos de crecimiento, pero con valores muy por debajo de los obtenidos con medios basados en CSL, pero, curiosamente, con el CDM propuesto, P. freudenreichii no es capaz de producir ácido propiónico en las cantidades que lo hace cuando se cultiva en medio complejo. La mayor hipótesis que hay por el momento para este hecho es la posible ausencia de un componente o grupo de componentes que son necesarios para seguir la vía metabólica de Wood-Werkman, vía que utiliza P. freudenreichii para la obtención de energía mediante la producción de ácido propiónico. Además, esta vía es el mecanismo natural de inducción que tiene la cepa para producir Vitamina B12, pues esta es necesaria como cofactor en la reacción de transformación del succinil-CoA a metil malonil-CoA previo a la formación de propiónico. Por lo tanto, futuros estudios deben enfocarse a encontrar cuales son estos componentes que no están presentes en el CDM propuesto y que están forzando a P. freudenreichii a seguir una vía alternativa para la obtención de energía. Una vez se descubra cuáles son estos componentes, deberá llevarse a cabo un diseño de experiencias (DoE) para optimizar el crecimiento y la producción de cobalamina. Finalmente, se llevó a cabo una simulación mediante el software SuperPro designer, con el objetivo de evaluar y comparar la viabilidad de este proceso a escala industrial para ambos tipos de cultivo (basados en medio con CSL, y basados en CDM). Los resultados obtenidos muestran que los cultivos a escala industrial en CDM podrían ser más rentables a pesar de presentar velocidades de crecimiento mucho menores. |
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Director/a Carnicer Heras, Marc |
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Estudios IQS SE - Máster en Bioingeniería |
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Fecha 2020-07-04
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