Komagaella phaffii se ha convertido en los últimos años en la factoría celular de levadura preferida para la producción de proteínas recombinantes y biomoléculas. Para desarrollar un nuevo bioproceso se requieren principalmente dos fases: la generación de la cepa heteróloga y la optimización del proceso de producción, también conocida como ingeniería de bioprocesos. No obstante, por ahora solo se ha estudiado ampliamente la primera etapa en K. phaffii. En la ingeniería de bioprocesos, es de vital importancia que las condiciones de cultivo se adapten al promotor seleccionado, que es el encargado de dirigir la expresión de la proteína recombinante. Para evitar el uso de metanol y promover una regulación más independiente de la fuente de carbono, promotores alternativos desreprimidos y/o desacoplados del crecimiento han ganado mucha relevancia últimamente, como el promotor ortólogo PDF. Por lo tanto, esta tesis se ha centrado en la identificación de promotores desacoplados al crecimiento y libres de metanol, así como en el desarrollo de estrategias de cultivo innovadoras que exploten al máximo el potencial del promotor. Como objetivo final estaba la aplicación de los conocimientos adquiridos para desarrollar un bioproceso escalable para la producción de una peroxigenasa inespecífica (UPO, por sus siglas en inglés). El promotor PDH se identificó mediante el análisis transcriptómico de cultivos en erlenmeyer en condiciones de falta de represión por fuente de carbono. A partir de cultivos preliminares, se observó que el promotor PDH se encontraba altamente activado en condiciones de restricción severa de carbono. En concordancia con esto, se diseñó una estrategia en biorreactor desacoplada del crecimiento, realizando una primera fase de cultivo en fed-batch a una velocidad específica de crecimiento alta, con el objetivo de alcanzar densidades celulares medias. A continuación, se aplicó una restricción severa de la fuente de carbono mediante un flujo de alimentación constante muy bajo, obteniendo las llamadas condiciones de pseudo-hambre. Aunque la biomasa no aumentó en esta segunda fase, la producción de la lipasa B de Candida antarctica (CalB) aumentó notablemente, duplicando los niveles de CalB producidos por una cepa basada en el clásico promotor GAP. Debido a la relevancia de la regulación de PDH, se llevaron a cabo dos campañas de ingeniería de promotores para aumentar su fuerza. Como resultado, MV1 y MV2 se erigieron como las mejores variantes para la expresión de CalB en cultivos en erlenmeyer, casi duplicando la producción de CalB en comparación con la cepa basada en PDH. Una vez ampliado el número de promotores desacoplados del crecimiento disponibles para K. phaffii (PDH, MV1, MV2 y PDF), se realizaron cultivos en biorreactor empleando diferentes estrategias de alimentación con glucosa, glicerol y metanol, estudiando cómo afecta la restricción de carbono a la producción de CalB. En todos los cultivos, PDF mostró los niveles de producción más altos, además de una mejor robustez y reproducibilidad, lo que lo convirtió en el promotor seleccionado para escalar a planta piloto el proceso de producción de una UPO. Además, el análisis transcripcional de 26 genes permitió la identificación de 12 genes regulados positivamente en condiciones de pseudo-hambre, sugiriendo que sus promotores serían buenos candidatos para dirigir la expresión de proteínas recombinantes. Se realizó un cambio de escala de un factor de 100 veces en la producción de la UPO de Hypoxylon sp. EC38 (HspUPO), manteniendo los mismos niveles de producción que a escala de laboratorio, además de dos procesos de recuperación del producto. En total, se escalaron exitosamente dos procesos con diferentes estrategias de alimentación sin metanol, previamente diseñadas en el laboratorio. La mejor de las dos condiciones registró la productividad de UPO más alta jamás reportada.
Providing growth-decoupled strategies for recombinant protein production in Komagataella phaffii : from promoter identification to bioprocess scale-up
Bernat Camps, N. (Autor/a). 29 nov 2024
Tesis doctoral