Los productos naturales procedentes de las plantas tienen multitud de aplicaciones, tales como la fabricación de medicamentos, cosméticos, fragancias, saborizantes, repelentes y colorantes. Actualmente, su producción a gran escala se basa en la extracción a partir de biomasa vegetal procedente de cultivos, de manera que consume un volumen considerable de recursos (espacio, agua, etc.) y genera emisiones perjudiciales para el medio ambiente. La biotecnología y en concreto la biología sintética, ofrece una alternativa sostenible de producción de estos compuestos replicando en bacterias modelo las rutas metabólicas de las plantas. Dado que la producción de metabolitos complejos requiere de la intervención de docenas de genes que a su vez están regulados por mecanismos igualmente complejos, la obtención de sustancias vegetales mediante biotecnología aún precisa de estrategias innovadoras para mejorar su eficiencia y rentabilidad.

RobExplode afronta este reto mediante la aplicación del principio de desacoplamiento de la biología sintética, que consiste en dividir un proceso complejo de síntesis en fases más sencillas para trabajar en ellas de forma independiente y, una vez resueltas, asignar cada una de las fases a un único componente de una comunidad microbiana. De este modo, el proceso biosintético queda reensamblado y la comunidad microbiana se convierte en un conjunto funcional capaz de producir el compuesto de interés. RobExplode afronta este reto intentando, tal como ocurre en los organismos superiores, que una bacteria sea capaz de generar una descendencia de células especializadas, de manera que la comunidad microbiana resultante esté formada por células que, aun compartiendo una misma información genética, presenten funciones distintas.

El Grupo de Biotecnología de Sistemas del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), liderado por el investigador Juan Nogales, es el responsable de RobExplode. La principal actividad investigadora del grupo se centra en descifrar la complejidad del metabolismo microbiano y sus implicaciones evolutivas, estudiando las propiedades de los sistemas microbianos a escala subcelular, celular y supracelular para desarrollar aplicaciones biotecnológicas y biomédicas. El desarrollo del proyecto requiere experimentación con comunidades microbianas salvajes y sintéticas. No obstante, conseguir comunidades microbianas funcionales de forma artificial es un proceso complejo y costoso porque implica replicar en el laboratorio las condiciones ambientales adecuadas para su desarrollo. Por este motivo, también se utilizan técnicas de modelización computacional que permiten diseñar comunidades microbianas virtuales y simular su funcionamiento. De este modo, la experimentación con material biológico se limita a aquellas comunidades que han demostrado tener mayor potencial en los ensayos computacionales.

RobExplode trabaja en el desacoplamiento de las complejas rutas biosintéticas de la cetona de frambuesa y la glucogalina, dos compuestos de origen vegetal con numerosas aplicaciones en alimentación, cosmética, farmacología, etc. Además, desarrollamos células pluripotentes de la bacteria Pseudomonas putida capaces de especializarse en funciones metabólicas diferenciadas. De este modo, conseguimos reensamblar los procesos biosintéticos a la vez que eliminamos las incompatibilidades que frecuentemente se presentan cuando se trabaja con comunidades microbianas compuestas por especies diferentes.

RobExplode permitirá comprender los mecanismos que desencadenan la heterogeneidad metabólica en bacterias a escala de población, así como ampliar el conocimiento existente acerca de su robustez metabólica microbiana, es decir, su capacidad para conservar sus funciones metabólicas ante perturbaciones ambientales, genéticas, etc. Esto permitirá controlar la diferenciación celular de células pluripotentes bacterianas para diseñar poblaciones heterogéneas capaces de producir compuestos de gran valor añadido. La estandarización del proceso permitirá generar poblaciones microbianas a la carta para aplicaciones biotecnológicas y biomédicas de todo tipo.

Mediante el diseño de procesos de biosíntesis eficientes en el aprovechamiento de recursos y materias primas, RobExplode contribuye de manera muy significativa al desarrollo de procesos industriales para la producción sostenible de compuestos químicos de alto valor añadido.

Más allá del cambio de paradigma que plantea RobExplode en la producción sostenible de metabolitos complejos, nuestra aportación al conocimiento acerca de la robustez biológica permitirá comprender mejor los mecanismos de conservación de la vida. Además, dado que enfermedades como el cáncer y fenómenos como la persistencia bacteriana podrían estar relacionadas con la robustez metabólica, el proyecto podría facilitar la identificación de nuevas dianas terapéuticas.

RobExplode cuenta con la participación de dos PYMES, una dedicada a la prestación de servicios biotecnológicos y venta de material genético y otra que comercializa metabolitos de alto valor añadido. De este modo se minimiza el tiempo de llegada al mercado y se maximiza el impacto de los resultados de investigación en forma de puestos de trabajo, creación de start-ups, etc.