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Dr. Alfredo Martínez
Jiménez |
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v Investigador Titular B |
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Tutor de Maestría y Doctorado |
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v Nivel I del SNI |
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e-mail: alfredo@ibt.unam.mx |
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Línea de Investigación del Grupo |
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Biotecnologías para la generación renovable
de energía y compuesto químicos derivados del petróleo. |
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Líneas de investigación |
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« Ingeniería metabólica de Escherichia coli y Bacillus subtilis para la producción
de etanol carburante y lactatos ópticamente puros a partir de residuos
agroindustriales. |
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«
Desarrollo de procesos químicos y enzimáticos para la hidrólisis de
hemicelulosa en azúcares fermentables. |
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«
Integración de procesos para la obtención de combustibles renovables
minimizando el uso de energía proveniente de combustibles fósiles. |
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Realizamos estudios para entender los procesos celulares relacionados al
transporte de fuentes de carbono, el metabolismo central, las vías de
fermentación y la capacidad de producción de compuestos de interés comercial
con las bacterias Escherichia coli y Bacillus subtilis. Además,
realizamos estudios para evaluar la producción de etanol con levaduras en
diferentes condiciones de estrés. Con base en estos estudios, se han
desarrollando cepas modificadas mediante ingeniería de vías metabólicas y
procesos fermentativos para la producción de varios compuestos de interés
industrial. La principal línea de investigación del grupo está enfocada al
desarrollo de cepas microbianas y procesos para convertir los azúcares
presentes en hidrolizados de residuos agroindustriales en etanol carburante,
L o D lactato óptimamente puros, succinato y otros productos homólogos o heterólogos, mediante el uso de las vías fermentativas de
E. coli y B. subtilis. Los tres productos citados se utilizan
para sustituir materiales obtenidos a partir del petróleo. El ya cercano
agotamiento de este combustible fósil permite vislumbrar que, en un futuro
cercano, la obtención de dichos productos, utilizando materiales renovables,
tecnologías sustentables y amigables con el medio ambiente, y la optimización
de cepas y cultivos mediante herramientas de la ingeniería de vías
metabólicas y de bioingeniería, permitirá la producción de éstos a precios
competitivos y por tanto su producción a nivel comercial con procesos
biotecnológicos. |
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El punto de partida para la obtención de estos productos es la
utilización de los azúcares presentes en los hidrolizados de residuos
agroindustriales, principalmente xilosa y glucosa, y fracciones minoritarias
de arabinosa y manosa. Dada la alta disponibilidad y su concentración en
varias regiones del país, el bagazo de caña de azúcar constituye el residuo
agroindustrial en el cual hemos desarrollado procesos de hidrólisis, sin
embargo a futuro contemplamos la utilización de una amplia gama de sustratos
lignocelulósicos. Mediante tratamientos térmicos a 121 grados Centígrados,
por una hora y con una concentración de 2% (p/v) de ácido sulfúrico, logramos
obtener hidrolizados de hemicelulosa conteniendo 60 g/litro de azúcares
fermentables (40 de xilosa, 10 de arabinosa y 10 de glucosa). Además la
resultante fracción celulósica puede ser hidrolizada con enzimas o ácidos
concentrados. |
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Composición del Bagazo de Caña |
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Realizamos estudios experimentales de análisis de control metabólico.
Hemos encontrando que el control del flujo glucolítico y de formación de
etanol se encuentra fuera de la vía glucolítica y que la actividad de la
piruvato decarboxilasa tiene el mayor control del
flujo en cepas etanologénicas de E. coli cuando se utiliza xilosa o
glucosa como fuente de carbono y energía en medios minerales. Hemos construido
versiones más eficientes de E. coli etanologénica para producir etanol
y estamos llevando a cabo estudios enzimáticos, metabólicos y de control para
determinar cómo se distribuye y controla el flujo de carbono en E. coli
silvestre y etanologénica con diferentes niveles de actividad de Pdc y Adh. Actualmente llevamos a cabo estudios para
re-estructurar la red metabólica de E.
coli y potenciar el flujo de carbono a través de vías alternas a la
glucólisis con el fin de incrementar la velocidad de producción de etanol.
Así mismo, iniciamos estudios para producir etanol en cultivos continuos con E. coli etanologénica. |
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Usando como modelo a una bacteria Gram
positiva utilizada ampliamente en la industria biotecnológica, hemos logrado
obtener por primera vez biocatalizadores etanologénicos a partir de B.
subtilis. No obstante que los resultados obtenidos han sido exitosos y
alentadores, es necesario realizar investigación adicional para optimizar la
red metabólica de este microorganismo con el fin de obtener altas velocidades
de producción de etanol. A la par evaluamos la utilización de azúcares
presentes en los hidrolizados de la fracción hemicelulósica del bagazo de
caña, para proponer a B. subtilis
como candidato a ser usada en procesos fermentativos. |
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Por otro lado, estudios exploratorios con B. subtilis nos han
permitido concluir que en condiciones no-aireadas este microorganismo es
capaz de convertir glucosa y celobiosa en L-lactato con rendimientos de
conversión de los azúcares mayores al 80% y el L-lactato obtenido es
óptimamente puro. Este aspecto es relevante, considerando que nuestra
propuesta es obtener polímeros biodegradables basados en lactato y que para
dicho propósito es necesario realizar mezclas a partir de los dos isómeros
óptimamente puros para obtener las propiedades físicas, mecánicas y de biodegradación
del poli-lactato. Actualmente, con el fin de producir lactato a partir de
diferentes fuentes de azúcares, incluyendo los hidrolizados de residuos
agroindustriales, estamos modificando, por ingeniería metabólica tanto cepas
de E. coli como de B. subtilis para producir L y D lactato
óptimamente puros en ambos microorganismos. |
