Un juego de herramientas para la conversión de hidrocarburos en ambientes acuosos

Eva K. Brinkman; Kira Schipper; Nadine Bongaerts; Mathias J. Voges; Alessandro Abate; S. Aljoscha Wahl

doi:10.3791/4182

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Artículo de método

Un juego de herramientas para la conversión de hidrocarburos en ambientes acuosos

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DOI:

10.3791/4182

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2 de octubre de 2012

Eva K. Brinkman¹ , Kira Schipper¹ , Nadine Bongaerts¹ , Mathias J. Voges¹ , Alessandro Abate² , S. Aljoscha Wahl¹

¹Department of Biotechnology, Delft University of Technology, ²Delft Center for Systems and Control, Delft University of Technology

En este artículo

Resumen

Un auto sostenible sistema de regulación de las bacterias para la remediación de contaminaciones de aceite ha sido diseñado utilizando piezas estándar de ADN intercambiables (BioBricks). Una ingeniería E. coli se utiliza para degradar alcanos a través de β-oxidación en ambientes acuosos tóxicos. Las respectivas enzimas de diferentes especies mostraron actividad de degradación de alcano. Además, una mayor tolerancia a N-Hexano se obtuvo mediante la introducción de genes de alcano bacterias tolerantes.

Resumen

Este trabajo expone un conjunto de herramientas que permite la conversión de alcanos por Escherichia coli y presenta una prueba de principio de su aplicabilidad. El juego de herramientas se compone de varias piezas estándar intercambiables (BioBricks) ⁹ abordan la conversión de alcanos, la regulación de la expresión génica y la supervivencia en tóxicos ambientes ricos en hidrocarburos.

Una vía de tres pasos para la degradación de alcano se llevó a cabo en E. coli para permitir la conversión de alcanos a medio y largo de cadena a sus respectivos alcanoles, alcanales y, finalmente, ácidos alcanoicos. Este último se metaboliza a través de la nativo β-oxidación vía. Para facilitar la oxidación de alcanos de cadena media-(C5-C13) y cicloalcanos (C5-C8), cuatro genes (alkB2, rubA3, rubA4 y Rubb) del sistema hidroxilasa alcano de Gordonia sp. TF6 ^8,21 se transformaron en E. coli. Para la conversión de losalcanos de cadena larga (C15-C36), el gen Lada de Geobacillus thermodenitrificans fue implementado. Para conocer los pasos necesarios adicionales del proceso de degradación, ADH y ALDH (procedente de thermodenitrificans G.) se introdujeron ^10,11. La actividad se midió mediante ensayos de células en reposo. Para cada etapa oxidativa, la actividad enzimática se observó.

Para optimizar la eficacia del proceso, la expresión fue inducida sólo bajo condiciones bajas de glucosa: un promotor regulado sustrato, pCaiF, se utilizó. pCaiF está presente en E. coli K12 y regula la expresión de los genes implicados en la degradación de fuentes de carbono distintas a la glucosa.

La última parte del conjunto de instrumentos - focalización supervivencia - se implementó el uso de genes de tolerancia, solventes PhPFDα y β, ambos de Pyrococcus horikoshii OT3. Disolventes orgánicos pueden inducir estrés celular y la disminución de la supervivencia de forma negativa affecting plegamiento de proteínas. Como chaperones, PhPFDα y β mejorar el proceso de plegamiento de proteínas por ejemplo en virtud de la presencia de alcanos. La expresión de estos genes condujeron a una tolerancia mejorada de hidrocarburos se muestra por una tasa de crecimiento mayor (hasta 50%) en la presencia de 10% de n-hexano en el medio de cultivo se observaron.

En resumen, los resultados indican que el kit de herramientas permite E. coli para convertir y tolerar hidrocarburos en ambientes acuosos. Como tal, representa un primer paso hacia una solución sostenible para la recuperación de petróleo mediante un enfoque de la biología sintética.

Introducción

La contaminación por petróleo es una de las causas más graves de contaminación ambiental y afecta en gran medida a los ecosistemas, empresas y comunidades ³. Por ejemplo, se requieren soluciones para combatir la contaminación continua por petróleo procedente de las aguas residuales de arenas bituminosas en Alberta, Canadá. Durante el proceso de extracción de petróleo a partir de arenas bituminosas, el bitumen, una forma semisólida y oxidada del petróleo, se extrae mediante técnicas de recuperación térmica que consumen aproximadamente 3,1 barriles de agua por cada barril de petróleo ¹. El agua de proceso contaminada con petróleo, procedente princi....