Un microorganismo oleaginoso es un tipo de microbio que acumula lípidos como parte normal de su metabolismo . Los microbios oleaginosos pueden acumular una variedad de diferentes compuestos lipídicos, incluidos polihidroxialcanoatos , triacilgliceroles y ésteres de cera . Se sabe que varios microorganismos, incluidas bacterias , hongos y levaduras , acumulan lípidos. Estos organismos a menudo se investigan por su uso potencial en la producción de combustibles a partir de productos de desecho.
En una bacteria típica, los lípidos polares, como los fosfolípidos, se sintetizan para mantener la membrana celular. Sin embargo, en los organismos oleaginosos, los lípidos pueden sintetizarse y acumularse dentro de la célula para actuar como almacenamiento de energía en condiciones de privación de nutrientes. La acumulación de lípidos también puede tener propósitos secundarios, como actuar como fuente de agua en condiciones de estrés hídrico y prevenir el estrés oxidativo por la formación de especies reactivas de oxígeno como resultado de la radiación ultravioleta. [1]
La acumulación de lípidos se produce como un almacenamiento de energía y nutrientes, que parece desencadenarse por condiciones ambientales inadecuadas. Se ha observado que bacterias como la cepa MB126 de Mmethylobacterium rhodesianum acumulan poli-β-hidroxibutirato cuando se cultivan en condiciones deficientes en fósforo, nitrógeno y carbono. [2] De manera similar, se sabe que otros organismos, como las especies oleaginosas de Rhodococcus como R. opacus, acumulan triacilgliceroles, [3] y el contenido de ácidos grasos de estos compuestos varía según el organismo y las condiciones ambientales. [1] Se propone que la acumulación de lípidos sea ventajosa para los microbios oleaginosos, ya que proporciona una fuente de energía y nutrientes cuando están ausentes del medio ambiente. Permite que los organismos sobrevivan en condiciones de "festín y hambruna", para evitar la muerte antes de que se pueda proporcionar a la población una nueva fuente de energía y nutrientes. [2]
Se han estudiado las condiciones específicas que causan la síntesis y acumulación de triacilglicerol para desarrollar procesos donde se maximice su contenido intracelular. Se ha identificado que la proporción de carbono a nitrógeno es particularmente importante para la acumulación de lípidos. Se ha observado que las condiciones con bajo contenido de nitrógeno y exceso de carbono causan un aumento de la lipogénesis en bacterias del género Rhodococcus . [3]
La acumulación de lípidos también puede proporcionar beneficios a los organismos en condiciones de estrés hídrico. El metabolismo de los triacilgliceroles y los ésteres de cera tiene el potencial de producir 1,4 moléculas de agua por cada molécula de lípido procesado, mientras que el poli-β-hidroxibutirato tiene un retorno de 0,5 moléculas de agua por cada molécula del metabolismo de los lípidos. [1] Otro análisis determinó que se pueden recolectar 107,1 g de agua a partir de 100 g de lípidos microbianos, que es mayor que la misma cantidad de moléculas de almacenamiento de carbohidratos. [4] Esto significa que los organismos oleaginosos pueden depender del almacenamiento de lípidos para reducir el estrés hídrico y prevenir la desecación en ambientes áridos.
Otra forma en que la acumulación de lípidos favorece la supervivencia de los microbios oleaginosos es moderar el estrés oxidativo causado por especies reactivas de oxígeno. En entornos donde la radiación ultravioleta es intensa, como desiertos o regiones polares, los microbios pueden resultar dañados mediante la formación de especies reactivas de oxígeno a partir de moléculas de agua que interactúan con el ADN de la célula, los componentes celulares o los procesos metabólicos. Los osmolitos como el glicerol –componente del triacilglicerol– estabilizan el agua intracelular e impiden la formación de especies reactivas de oxígeno, previniendo el daño celular y la lisis como resultado de la radiación ultravioleta. [1]
Se ha investigado el componente genético de la biosíntesis de triacilglicerol. Su biosíntesis es catalizada por las enzimas éster de cera/acil-CoA:diacilglicerol aciltransferasa, que está asociada con los genes atf . Un estudio que investiga los genes atf determina que de los 10 genes atf identificados en R. opacus PD630, solo atf1 y aft2 tuvo impactos significativos en la actividad de las enzimas y la resultante síntesis y acumulación de triacilglicerol. [5]
Los microbios oleaginosos han llamado la atención por su potencial como fuente de biocombustibles como el biodiesel . En lugar de utilizar fuentes de combustible no renovables como el petróleo y el gas natural, el biodiesel tiene el potencial de producir fuentes de combustible a partir de otras formas de desechos, como desechos agrícolas o aguas residuales. Los microbios oleaginosos tienen la capacidad de degradar varios materiales diferentes en polihidroxialcanoatos, que pueden tener el potencial de formar bioplásticos , y triacilgliceroles, que pueden tener el potencial de formar biodiesel. Los microbios se pueden integrar en procesos existentes o flujos de desechos, como el tratamiento de aguas residuales, para recolectar recursos de los desechos. [6] Actualmente, muchos biocombustibles se elaboran utilizando aceites vegetales, pero productos como el aceite unicelular que utiliza lípidos microbianos requieren menos tierra y tienen limitaciones de tiempo más cortas en comparación con el procesamiento de aceites vegetales. [7] Teniendo en cuenta tanto el uso de residuos como sustrato, la integración en procesos establecidos y la baja inversión de recursos, el uso de microbios oleaginosos como fuente de biocombustible es atractivo para muchos investigadores. [3]