Optimización de cepas bacterianas aisladas de los arrozales de las marismas del Guadalquivir para su aplicación en la síntesis biotecnológica de precursores de polímeros utilizados en la fabricación de bioplásticos

En esta Tesis Doctoral planteamos las consecuencias negativas que conlleva la gran cantidad de plásticos que se fabrican anualmente en todo el mundo a partir del petróleo, implicada en problemas ambientales de actualidad: la disminución de las reservas fósiles, las emisiones de productos contaminantes al suelo, agua y atmósfera y el incremento de efectos globales como la disminución de la capa de ozono, el aumento del efecto invernadero y la lluvia ácida. La preocupación en el ámbito mundial por estos problemas ambientales ha generado el interés en la investigación de nuevas formas de obtención de productos como los plásticos, evitando en la medida de lo posible los procesos químicos y rebajando la dependencia del petróleo como materia prima. Por otra parte, abordamos otra cuestión de importancia ambiental como es la generación de grandes cantidades de residuos agroindustriales que se acumulan en la naturaleza generando problemas de contaminación, a la vez que se pierden fuentes potenciales de gran valor para la industria y se originan problemas de gestión en las empresas productoras. Como solución a esta serie de problemas, en nuestro trabajo hemos estudiado la obtención de compuestos precursores de polímeros por vía biotecnológica, en sustitución de los convencionales procesos químicos. Además, hemos llevado a cabo el aprovechamiento de residuos agroindustriales para la fabricación de dichos compuestos precursores. El 2,3-butanodiol ha sido el compuesto elegido para su síntesis biotecnológica, compuesto con una amplia variedad de aplicaciones como son la fabricación de poliuretanos, tintas, perfumes, agentes suavizantes o explosivos, así como aplicaciones en la industria farmacéutica y alimentaria. Se trata de un compuesto de alto interés comercial cuya demanda se encuentra en continuo crecimiento. Para llevar a cabo la obtención de 2,3-BDO se aislaron una serie de cepas de enterobacterias de los arrozales de las Marismas del Guadalquivir. Debido a la variedad de condiciones ambientales que se dan en este agroecosistema, y a la necesidad de adaptación de las bacterias a las mismas, se obtuvieron cepas con diferentes capacidades metabólicas, lo cual se consideró interesante para su futura aplicación en diferentes actividades industriales. Tras su identificación y la comprobación de que gran parte de los aislados poseían la capacidad de sintetizar 2,3-BDO por fermentación, se seleccionó entre ellos la cepa E. aerogenes SC10, que tras un estudio comparativo se determinó que presentaba ventajas adaptativas con respecto a la cepa tipo de la misma especie depositada en colecciones de cultivo. Con el objetivo de incrementar el beneficio que supone la utilización de procesos biotecnológicos frente a los convencionales procesos químicos para la síntesis de precursores de polímeros, en esta Tesis Doctoral se ha llevado a cabo la mejora de la cepa de estudio E. aerogenes SC10 mediante la modificación de genes implicados en la ruta metabólica que da lugar a 2,3-BDO. Mediante la deleción del gen ldhA, reponsable de la síntesis de ácido láctico (producto que compite con el 2,3-BDO), y la sobreexpresión de los genes gapA y bdh, responsables de la formación de piruvato y la formación de 2,3-BDO a partir de su intermediario acetoína, respectivamente, se obtuvo la cepa EALDGB, con la que se ha logrado una productividad un 58% mayor que la conseguida con la cepa silvestre y una reducción del 89% de metabolitos no deseados resultantes de la fermentación. Por último, estudiamos la composición de diversos residuos agroindustriales (remolacha, naranja y piña), así como distintos procesos de obtención de los azúcares fermentables contenidos en dichos residuos (autohidrólis, hidrólisis enzimática e hidrólisis ácida). Se determinaron óptimos para la fabricación de 2,3-BDO los residuos de naranja y piña procesados mediante autohidrólisis, obteniendo de esta forma 34,6 g/L y 36,4 g/L de azúcares respectivamente. A partir de los hidrolizados de naranja y piña se logró la obtención de 2,3-BDO por fermentación bacteriana, sustituyendo de esta forma a los azúcares puros como materia prima, lo que supone una ventaja económica para la fabricación de este compuesto, puesto que se trata de sustratos de bajo coste. En vista de los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral, se puede afirmar que se ha logrado con éxito obtener compuestos precursores mediante el uso de procesos biotecnológicos, ofreciendo una alternativa viable a la dependencia del petróleo en la fabricación de polímeros como el poliuretano y otros productos. De la misma forma se ofrece una solución tangible a los problemas ambientales ocasionados por los procesos químicos y a la generación y acumulación de residuos agroindustriales. La presente Tesis incluye los siguientes apartados: i) una introducción acerca de la problemática de los plásticos convencionales y la alternativa de los bioplásticos, así como de la familia bacteriana Enterobacteriaceae y su asociación a plantas de arroz ii) los objetivos perseguidos en este trabajo; iii) una descripción detallada de los materiales y métodos utilizados; iv) los principales resultados obtenidos; v) la discusión de los resultados; vi) las conclusiones obtenida