Emplean una levadura modificada para elaborar el edulcorante xilitol con paja de caña de azúcar

Investigadores de la Universidad de Campinas, en Brasil, editaron el genoma de la especie Saccharomyces cerevisiae, empleada comúnmente en la producción de etanol, para dotarla de capacidad para convertir xilosa en este nuevo endulzante. Esta estrategia puede agregarle valor a la industria de etanol y suplir la demanda de edulcorantes más sanos

Por Julia Moióli  |  Agência FAPESP – La paja de la caña de azúcar, una biomasa de bajo costo utilizada en la producción de etanol de segunda generación, puede originar un azúcar con un mayor valor agregado y más interés económico aún: el xilitol. Mediante la acción de una versión modificada del microorganismo Saccharomyces cerevisiae, la xilosa presente en ese material puede metabolizarse y resultar en ese sano y cada vez más popular edulcorante. Esto es lo que muestran los resultados de un estudio realizado en la Universidad de Campinas (Unicamp), en el estado de São Paulo, Brasil, que fue el tema de un artículo publicado en el Journal of Genetic Engineering and Biotechnology.

“Actualmente, ese potencial no es tenido en cuenta en la industria del etanol, que deja así de agregarle valor y de suplir la creciente demanda del mercado y de la industria alimenticia en relación con el edulcorante xilitol”, afirma Fellipe da Silveira Bezerra de Mello, uno de los autores del artículo e investigador del Departamento de Genética, Evolución, Microbiología e Inmunología del Instituto de Biología (IB-Unicamp).

“Nuestro cerebro percibe el sabor dulzón del xilitol como si fuese azúcar, pero este producto químico aporta también el beneficio de que no se metaboliza en el intestino y no es fermentado por los microorganismos que provocan caries, lo que lo dota de un potencial gigantesco en el mercado mundial”, añade Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, docente del IB-Unicamp, quien también participó en la investigación.

La edición genética

Este trabajo es una combinación de dos esfuerzos de investigación. El primero comprendió la creación de un sistema destinado a la modificación genética de linajes industriales brasileños de Saccharomyces cerevisiae. Esta levadura no metaboliza naturalmente a la xilosa, un tipo de azúcar disponible en la biomasa de la caña de azúcar (y también en los troncos o tallos y las hojas de otros vegetales), como lo hace al transformar la glucosa en etanol. De allí la necesidad de crear una cepa mutante.

El microorganismo recibió el gen que convierte xilosa en xilitol mediante la aplicación de una técnica de edición génica conocida como CRISPR-Cas9 (las siglas de conjunto de repeticiones palindrómicas interespaciadas regularmente, que funciona con una proteína asociada llamada Cas), que permite la edición precisa de una zona específica del ADN. Se trata del primer estudio de este tipo que emplea los principales linajes de la levadura que se utiliza en la industria brasileña de bioetanol y que, a partir de ahora, podrá servir de base para el trabajo de otros investigadores.

Después de la edición genética de la S. cerevisiae, se puso en marcha el segundo frente de este trabajo: las pruebas para confirmar que sería posible aprovechar la misma fuente de material utilizada en la producción de etanol de segunda generación –la paja de la caña de azúcar hidrolizada, es decir, degradada para la liberación de la xilosa–, a los efectos de obtener el xilitol. Asimismo, en esta etapa se comparó la producción efectuada por dos levaduras editadas de la misma manera: una industrial y otra de laboratorio. Ambas cepas tuvieron éxito, pero la industrial superó consistentemente a la de laboratorio.

“Los resultados demostraron que la levadura industrial brasileña logra producir más xilitol en el medio óptimo, que contiene únicamente xilosa, sin todos los estreses [impurezas] del hidrolizado de la caña de azúcar. El linaje industrial también tuvo mayor éxito en la producción de xilitol empleando el hidrolizado de la paja [con las impurezas], lo que indica que esta cepa también posee resistencia a los estreses existentes en ese medio”, comenta Silveira Bezerra de Mello.

“En forma conclusiva, notamos que la levadura industrial brasileña, aparte de ser muy buena para la fermentación del etanol, también es excelente para producir otras moléculas, en este caso el xilitol, que posee un mayor valor agregado.”

El futuro

Una vez culminada la prueba de concepto, los investigadores trabajan ahora con miras a incrementar la productividad mediante la mejor del proceso de fermentación del hidrolizado de la caña de azúcar. Una de las estrategias consiste en suplementar el medio de cultivo para promover un mayor crecimiento de la levadura. Otra pasa por aplicarle una corriente eléctrica al medio, lo que contribuiría en la regeneración de cofactores (moléculas que ayudan en las reacciones químicas necesarias para la transformación de la xilosa): cuantos más cofactores, mayor es la producción de xilitol.

“Estamos efectuado un barrido de posibles estrategias tendientes a obtener un producto comercial con competitividad industrial. De este modo, el área de ingeniería podría trabajar con la purificación del producto que utilizarán los consumidores.”

También participaron en los estudios Carla Maneira, Frank Uriel Lizarazo Suarez, Sheila Nagamatsu, Beatriz Vargas, Carla Vieira, Thais Secches, Alessando L. V. Coradini, Maria Augusta de Carvalho Silvello, Rosana Goldbeck y Gleidson Silva Teixeira. El grupo contó con el apoyo de la FAPESP en el marco de tres proyectos (15/06677-8, 18/03403-2 y 16/02506-7).

Puede leerse el artículo intitulado Rational engineering of industrial S. cerevisiae: towards xylitol production from sugarcane straw en le siguiente enlace: jgeb.springeropen.com/articles/10.1186/s43141-022-00359-8.