Programmable balancing of growth and formation of poyhydroxyalkanoates in Escherichia coli

Resumo

A substituição de produtos petroquímicos, tais como plásticos, por materiais renováveis gerados a partir de biomassa é uma prioridade nas agendas tecnológicas de nossos países. Para uma transição bem sucedida, cepas produtoras eficientemente desenhadas serão requeridas. Décadas de pesquisa têm melhorado nosso conhecimento no funcionamento de redes metabólicas, entretanto, a compreensão quantitativa dos mecanismos regulatórios está longe de ser completo. Com este projeto, almeja-se o desenvolvimento de modelos quantitativos para estabelecer um balanço programável entre crescimento e formação de produto. Utilizando como caso de estudo a produção de bioplásticos (polihidroxialcanoatos) em Escherichia coli, pretende-se abordar as seguintes questões: Quais intermediários do metabolismo central são os sinais que determinam a velocidade de crescimento? Pode-se reprogramar o direcionamento de recursos celulares entre a geração de produto de interesse e a formação de biomassa, alterando-se estes sinais e/ou as rotas de sinalização? Para identificar e estudar os papéis desses "metabólitos sinalizadores" na interação entre as redes metabólicas e regulatórias, serão manipuladas a natureza e disponibilidade de nutrientes e será modificada a estequiometria líquida da glicólise. Para melhorar a compreensão das mudanças sistêmicas após as manipulações propostas, serão obtidos dados quantitativos da velocidade de crescimento, fluxos metabólicos, mudanças transcricionais, perfis proteômicos e concentrações de metabólitos intracelulares. Pretende-se desenvolver um modelo abrangente capaz de descrever as mudanças observadas e predizer o resultado de outras intervenções metabólicas. Com a colaboração entre nossos laboratórios na Universidade de Delft e na Universidade de São Paulo, uma equipe multidisciplinar será formada com especialistas em biologia molecular, síntese de polihidroxialcanoatos, metabolômica, proteômica, fluxômica e modelagem metabólica. Para troca de conhecimento e divulgação dos resultados, planeja-se um curso avançado em conjunto no Brasil intitulado "Biologia Sistêmica microbiana", reuniões a cada seis meses e um workshop aberto ao final do projeto. (AU)