Modelamiento cinético para la optimización de la producción de beta-ionona en S. cerevisiae
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2017
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Abstract
La producción biotecnológica de Aromas y Sabores (A&S) ha recibido menor atención que la de compuestos farmacéuticos o biocombustibles. Esto resulta sorprendente considerando que el mercado mundial de A&S ha sido estimado en US$ 27,5 mil millones el año 2014 y tiene un crecimiento anual de 4% (Leffingwell & Associates,2015). Dentro de estos compuestos, la β-ionona es una molécula promisoria presente en muchas flores y frutos, como moras, duraznos y damascos (López et al., 2015). Pero requiere la optimización de su biosíntesis mediante modelación matemática e ingeniería metabólica para convertirse en una alternativa económicamente viable. Los modelos cinéticos están siendo cada vez más utilizados para predecir cómo los cambios de la expresión enzimática se relacionan con los cambios en los flujos metabólicos, para ayudar en los esfuerzos para aumentar el rendimiento, el título y la productividad de las vías metabólicas diseñadas. Los modelos cinéticos permiten una mejor comprensión de las dinámicas biológicas y pueden brindar una aproximación costo-efectiva para reducir los experimentos de ensayo y error. En esta tesis desarrollamos un modelo de ecuaciones diferenciales ordinarias para una vía heteróloga de biosíntesis de β-ionona en S. cerevisiae, usando algunos parámetros cinéticos y concentraciones enzimáticas obtenidas de literatura. La calibración del modelo fue realizada para estimar los parámetros cinéticos más relevantes del sistema biológico no encontrados en la literatura. Se obtuvo un buen ajuste entre los módulos diseñados y la dinámica biológica registrada mediante análisis experimental. Además, efectuamos un diagnóstico de post-regresión para detectar posibles inconsistencias paramétricas del modelo. Finalmente, realizamos un análisis para identificar las etapas limitantes de la vía de biosíntesis de β-ionona en esta factoría celular. Las modificaciones genéticas propuestas mediante este trabajo proveen una alternativa para el diseño de una nueva plataforma para la síntesis de novo de β-ionona, que podría alcanzar mejores rendimientos que las estrategias biotecnológicas actuales.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2017