Línea: Innovación y sostenibilidad Industrial

La industria textil es responsable del 20 % de la contaminación del agua mundial y contribuye entre el 8 y el 10 % de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. El vertimiento de colorantes al medio ambiente durante el proceso de teñido puede alcanzar entre el 10 y el 50 % del total de colorante utilizado que en su mayoría son compuestos tóxicos para los organismo que habitan los cuerpos de agua. La producción biotecnológica de pigmentos usando microorganismos surge como alternativa renovable y amigable con el medio ambiente para sustituir los colorantes tradicionales. El proyecto evalúa la producción de pigmentos usando E.coli con el propósito de obtener un producto competitivo técnica y económicamente en el mercado textil.

La agroindustria colombiana genera grandes cantidades de biomasa vegetal en forma de subproductos de cosecha o de operaciones extractivas de refino. Uno de los grandes desafíos para tales industrias es la valorización de dicha biomasa siendo incorporada en procesos que generen energía y productos de alto valor agregado. Este proyecto busca evaluar el potencial de valorización del bagazo, residuos de cosecha de la caña de azúcar y los residuos de palma de aceite siendo transformados en azúcares por via enzimatica. La evalución contempla el usp de cocteles enzimaticos comerciales y experimentales, incluyendo la producción de enzimas recombinantes usando hongos filamentosos.

En cuanto a la producción y comercialización de medicamentos a base de galantamina y alcaloides de Amaryllidaceae con alto potencial para el tratamiento sintomático de la enfermedad de Alzheimer y la demencia, es importante considerar los grandes desafíos que existen para la obtención de estos productos: bajo rendimiento de la purificación de galantamina a partir de tejido vegetal y los métodos empleados son ambientalmente insostenibles; esto hace que su extracción con fines comerciales sea costosa. Así mismo, la producción depende de las condiciones ambientales, por lo que no se puede obtener una misma cantidad de producto en cada cosecha. Por otro lado, aunque la síntesis química podría ser una solución para la producción, es una alternativa costosa debido a que involucra muchos pasos y bajos rendimientos (menos de 2%).

Debido a que las técnicas mencionadas anteriormente no generan los niveles de rendimiento que se requieren para la comercialización de alcaloides, con una adecuada relación costo/beneficio, y al crecimiento en la demanda expuesta previamente, es necesario plantear alternativas costo/efectivas de producción. Dos metodologías económicas y ecológicamente sostenible son (A) el desarrollo de nuevas plantas o cultivos in vitro capaces de producir una mayor cantidad de galantamina, pero que requieren condiciones controladas muy estrictas y largos periodos de crecimiento de las plantas¹; o (B) la ingenieria o reconstrucción metabólica en organismos recombinantes, que permita producir la galantamina en sistemas microbianos o de otras especies de plantas. Esta última estrategia se ha utilizado en la producción de otros alcaloides como los cannabinoides en levaduras, y otras moléculas de interés clinico. A la fecha hay muy pocos ejemplos del uso de biofábricas a nivel comercial, pero los pocos ejemplos que hay demuestran el gran potencial que tienen.

Teniendo en cuenta lo anterior, el proyecto Gal Biofactory tiene como objetivo desarrollar una biofábrica para la obtención de galantamina a partir del diseño racional in silico usando datos-ÓMICOS, como estrategia de producción biotecnológica de alcaloides que asegure el aprovechamiento sostenible de la biodiversidad colombiana. Para esto se plantea realizar ingeniería metabólica en Saccharomyces cerevisiae para la sintesis de galantamina, a partir de la reconstrucción metabólica realizada en el proyecto Gal Discovery empleando herramientas de biologia sintética. La ruta se dividirá en dos módulos, en cepas diferentes para facilitar su desarrollo, incrementar su plasticidad para futuros trabajos y reducir el estrés metabólico por la sobreexpresión de muchas proteínas exógenas. Luego, se verificará su producción a escala de laboratorio como co-cultivo o cultivos en serie; y se corroborará la citotoxicidad y efectividad de la galantamina producida y purificada en modelos ex-vivo e in Vitro. Como principal resultados se obtendrán las cepas modificadas que de forma sinergica producirán galantamina, la cual será purificada, caracterizada y evaluada. Adicionalmente como parte del programa de fortalecimiento de las instituciones participantes y en busca de potenciar el área de la biologia sintética en Colombia dada su importancia en el ámbito científico, académico e industrial observado en otros paises, en este proyecto se trabajará de la mano con el SENA para desarrollar servicios tecnológicos y la norma de competencias laborales que permita en el largo incorporar estas tecnologias en los procesos productivos.

En este proyecto se plantea combinar la caracterización de una especie de planta nativa de la familia Amaryllidacea a partir del fortalecimiento en las capacidades de cultivo vegetal in vitro y herramientas de secuenciación, con el diseño y construcción de una biofábrica microbiana productora de licorina, un alcaloide con potencial terapéutico como caso de estudio. El trabajo de cultivo in vitro permitirá identificar las condiciones que estimulen la producción de licorina; bajo las cuales se realizarán análisis metabolómicos y transcriptómicos para identificar los genes que codifican para las enzimas responsables de la biosintesis. Con esos resultados y el uso de algoritmos basados en teoría de grafos y de aprendizaje supervisado se diseñará la ruta de biosintesis para su integración al metabolismo de Saccharomyces cereviase o Escherichia coli, y asi obtener la biofábrica microbiana. De esta forma se desarrollará las capacidades técnicas y metodológicas necesarias para producir extractos en cultivos in vitro o moléculas puras a través de biofábricas microbianas como estrategias biotecnológicas para el aprovechamiento sostenibles de la biodiversidad colombiana.

The project aims to improve biogas production by analyzing the composition and interactions of microbial communities in anaerobic digestion systems. Using metagenomics, metabolic data analysis, and genome-scale reconstruction techniques, the study seeks to comprehend the underlying mechanisms of anaerobic digestion to timize biogas yield, by developing targeted strategies to enhance the efficiency of anaerobic digestion and advance sustainable bioenergy generation.