Esto es verdad. Los microbios se han descrito como fábricas programables innumerables veces, y sin embargo, todavía no son la tecnología principal. De mis experiencias en biología sintética e ingeniería química, esto es lo que puedo decirte. Los números se corresponden entre sí en cada sección, respectivamente ( es decir, 1 va con 1).
¿Por qué no reemplazan máquinas?
- Los microbios son programables, pero las partes genéticas programadas no son lo suficientemente robustas . A menudo, los investigadores tratarán de maximizar el rendimiento de algún producto que pueda colocar una carga metabólica masiva sobre las células. Estos pueden desafiar a la muerte por algunas generaciones, pero eventualmente las células intentarán y mutarán lo que sea que esté causando la carga. Desde una perspectiva de ingeniería, esta falta de fiabilidad hace que sea económicamente difícil invertir en operaciones a gran escala con fábricas microbianas.
- Las fábricas son comparativamente no lo suficientemente eficientes . Algunas veces tratamos de maximizar los rendimientos al mutar al azar el gen que codifica la enzima principal para que sea más rápido o introducir más de ese gen en el microbio. Claro, hemos aumentado su rendimiento, pero puede no ser suficiente para ser económicamente ventajoso.
- Los microbios son sistemas caóticos que, por lo general, son difíciles de predecir porque así es la vida (literalmente). Cultivar E. coli y S. cerevisiae en un matraz de 100 ml es una cosa. Cultivarlos en 2000L es una historia (y disciplina) completamente diferente. Hay formas de simplificar estos sistemas, y estamos comenzando a ver trabajos que se esfuerzan por esta simplificación.
¿Qué falta que permitiría el reemplazo de las máquinas?
- Francamente, necesitamos biología sintética para optimizar los rendimientos en lugar de maximizarlos. Para optimizar, puede cambiar muchas cosas, como el ajuste de la potencia del promotor, la elección del inductor ( por ejemplo , químico, temperatura, luz, etc.), la tasa de reemplazo de nutrientes en el biorreactor, etc. Esto permite que las células crezcan felices y se mantengan felices por períodos de tiempo más largos para que pueda reemplazar el cultivo con menos frecuencia (ahorrando así dinero).
- La evolución dirigida racional (DE) es una mejor opción para producir enzimas que son catalíticamente más eficientes (calidad sobre cantidad). Varias enzimas han realizado esto en ellos. Por ejemplo, la LovD aciltransferasa se desarrolló para producir 10 veces más lovastatina (reducir el colesterol en sangre), y desde entonces se ha industrializado. DE es un proceso muy largo, sin embargo, y eso se debe en parte a la cantidad de tiempo que lleva clonar. Los protocolos experimentales impulsados por biólogos sintéticos (y entusiastas) como Gibson Assembly tienen el potencial de agilizar la clonación, aunque algunos grupos de investigación han tardado en adoptar estos protocolos más nuevos.
- Miremos el increíble trabajo del Dr. Keith Pardee et al . en un estudio aquí. En resumen, ha tomado los componentes más importantes de una célula requerida para fabricar un producto y sacarlo de la celda. Al combinar los diferentes componentes in vitro , aún puede hacer su producto deseado sin el gran desastre que es 2000L de células. Es este tipo de trabajo en biología sintética lo que hace que las partes genéticas funcionen abióticamente. Esto permite futuras operaciones a gran escala que pueden producir estos materiales y productos importantes a la vez que se minimiza el caos en el sistema.
Por supuesto, seguramente hay más razones por las que no tenemos fábricas microbianas convencionales en este momento, pero estoy seguro de que estamos en camino hacia allí en el futuro cercano.
