Inteligencia artificial y biología sintética para la obtención de compuestos vegetales

El Grupo de Biotecnología de Sistemas del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), dirigido por Juan Nogales, y el Grupo de Biotecnología de Polímeros del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC), liderado por Auxiliadora Prieto, son miembros de esta iniciativa financiada con 6 millones de euros, la cual integra a 10 grupos de 6 países europeos.

Estos dos equipos trabajarán de forma coordinada para optimizar la expresión y el rendimiento de las enzimas vegetales (llamadas CYP). Estas están encargadas de la producción de terpenoides y flavonoides en compartimentos microbianos sintéticos especialmente diseñados para ello. Además, el CSIC está liderando los esfuerzos para redirigir las rutas metabólicas de Pseudomonas putida. Se trata de una de las especies bacterianas de mayor interés industrial, para la producción de flavonoides funcionales. De esta manera, se obtendrán fábricas de células microbianas altamente eficientes.

Marjan De Mey, investigadora de la Universidad de Gante (Bélgica) y coordinadora del proyecto, señala:

"Los avances en inteligencia artificial y aprendizaje automático reducen las posibilidades de diseño a las más probables y pueden descubrir soluciones nuevas para la naturaleza".

Además de su contribución a la descodificación de los componentes básicos y procesos de la naturaleza, Decypher aplicará un enfoque innovador y holístico al desarrollo de los bioprocesos. En el marco del proyecto, los científicos desarrollarán una plataforma estandarizada de inteligencia artificial y aprendizaje automático para aplicaciones biotecnológicas. Además de guiar los bioprocesos en todos los pasos de la cadena de desarrollo. Basándose en objetivos específicos para casos de estudio (y decodificando CYP), Decypher planea trabajar metódicamente para llevar el diseño y control de los bioprocesos más allá de una forma de arte a un sistema reproducible y sostenible.

Los flavonoides y los terpenoides

Los terpenoides y los flavonoides se extraen tradicionalmente de las plantas y son muy importantes en diversas aplicaciones y mercados. Este es el caso del farmacéutico, el de las fragancias y aromas, los conservantes alimentarios y los insecticidas. Su diversidad se debe a las múltiples variaciones de las estructuras moleculares comunes. Estas, en su mayoría, proceden de la oxigenación llevada a cabo por una amplia familia de enzimas denominadas citocromos P450 (o CYP).

Sin embargo, sólo una pequeña fracción de estos compuestos puede extraerse comercialmente de las plantas. Debido a su bajo contenido en las plantas, estos procesos comerciales requieren cultivos a gran escala que son insostenibles. Los terpenoides y flavonoides ilustran una vez más la complejidad que entrañan los procesos biológicos y la dificultad de descodificarlos y rediseñarlos en un laboratorio, por no hablar de su producción a escala industrial y comercial.

Decypher consiste en un proyecto Horizonte Europa financiado con 6 millones de euros. Se puso en marcha el 1 de septiembre de 2023 y que se desarrollará durante los próximos cuatro años. El proyecto está coordinado por la Universidad de Gante y reúne a 10 socios de 6 países europeos. 5 organizaciones de investigación y tecnología (UGent, CSIC, Stichting Wageningen Research, Barcelona Supercomputing Center, VIB), 3 pequeñas y medianas empresas (ML6 Skyhaus, Biofaction, Lantana Bio), una gran empresa (Isobionics) y una asociación dedicada a la promoción del arte y las ciencias naturales (Finnish Bioart Society).