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Palabras Clave: Electrosíntesis, electrotrófos, fermentación electro- energizante (EEF), electrodos, biopelículas.
General
Específicos
Fermentación ABE
Clostridium beijerinckii
Estudiar la cinética de crecimiento de Clostridium beijerinckii bajo condiciones limitantes de sustrato mediante celdas de electrosíntesis microbiana.
Fermentación a nivel industrial
- 96 y 50000 galones (Rajchenber et al, 2012)
- Sustrato: Melaza, residuos agricolas
Producción de Biocombustibles
Clostridium sp
Crisis
Electrotróficos
Estudiar el efecto del potencial eléctrico en el metabolismo de Clostridium beijerinckii en celdas de electrosíntesis microbiana.
Analizar el efecto de un potencial eléctrico sobre el consumo de sustrato y generación de productos de fermentación en Clostridium beijerinckii.
Optimización de fermentación ABE
Electrosíntesis microbiana
Redirección de rutas
Weizmann Organism
Evaluar el efecto de la aplicación de un potencial eléctrico en la formación de biopelículas de Clostridium beijerinckii.
Efecto sobre el crecimiento
6,6 g/L - Acetona
10,1 g/L- Butanol
1,7 g/L - Etanol
70000 Ton/s
Formación de biopelículas
Cordita
Generación de metabolitos
Estudio del impacto de la incorporación de un flujo de electrones:
-Crecimiento celular
-Consumo del sustrato
Electrosíntesis microbiana
Electro-fermentación (EF)
Transferencia de electrones:
Electrodos:
Avance
- Disminución de costos
- Aumento de productividad
Utilización de nutrientes
Celdas electrosíntesis
Formación biopelículas en cátodos por Geobacter sp
Rojo neutro como mediador - P. metano - A. succinogenes
BiopelÍculas catódicas vs anódicas: H2 - CH4
Electrometanogenesis
Restricción en procesos fermentativos
Mayor rendimiento de butanol - C. acetobutylicum
Fermentación té
Estudiar el potencial eléctrico en celdas de electrosíntesis microbiana
1940 1979 1986 1988 1999 2002 2004 2008 2010 2014 2016
Alteraciones en ciclo celular S. cerevisiae
Revisión, resumen de esfuerzos.
Anticuerpos monoclonales cAMP
Glucosa - Ácido glutámico
Electro-fermentación (EF) se usa por 1ra vez
Glucosa - desplazamiento de Acetato a Propionato
Biopelícula de Ovata sporomus - P. acetato y butirato
Aumento del crecimiento celular y rendimiento etanol por S. cerevisiae
Genoma de E. coli como modelo metabolico
Determinar la capacidad de Clostridium beijerinckii de mejorar sus procesos metabólicos mediante la electrosíntesis.
Diseño Experimental
Estudio de procesos bioelectroquímicos
Configuración y operación en celdas de electrosíntesis
Microorganismo y medio
3 bloques
3 replicas centrales
(Arifin et al, 2014)
Niveles
Diseño factorial
Factores
Voltaje 0 - 0.5 - 1 Volt
[sustrato] 0 - 5 - 10 g/L glucosa
Cepa: Clostridium beijerinckii DSMZ 6423
Medio: Base CBA, vitaminas y metales traza
Cultivos: Placa - anaerocoult
Sustrato: Glucosa
Condiciones: Anaerobiosis (N2), 37°C, pH 6.8
Volumen de trabajo: 100ml
Inoculo: 1%
(Logan, 2011)
Celdas de electrosíntesis
Electrodos:
Ánodo - Grafito
Cátodo - Malla de acero inoxidable.
Materiales conductores:
Alambre de plata
Crecimiento del microorganismo
Espectrofometría UV - visible, 490nm
Microscopía confocal: sondas PI y SYTO 9
Consumo de sustrato
Método DNS, °brix - g/L
Potencial redox - pH
Potenciómetro
Conductividad
Multímetro o Multiparámetro
Grado de reducción NAD+
Espectrofotometría - 340nm.
características
Distancia
Área superficial
Disposición de los electrodos
Bajo rendimiento desde el punto de vista estequiométrico
- Poco rentable
- Improductivo
Rutas metabólicas
Impacto:
- Obtención base científico-tecnológica
- Apoyo en el restablecimiento y fortalecimiento de procesos fermentativos.
- Optimización de procesos a largo plazo (Fermentación ABE)
(Kim, 1998)
Fermentación ABE (Unión sovietica, 1967)
Requerimiento de suplementos específicos y sustratos puros
LIMITANTES
Desviación: generación de metabolitos no deseados
Redirección de las vías biosintéticas: ingeniería genética y metabólica
-Bloqueo en las rutas competitivas
-Aumento en la producción del metabolito de interés
-Incremento en la productividad
Crecimiento lento: descenso drástico del pH - potencial redox
Inhibición: baja tolerancia a los productos generados
Solución
FERMENTACIÓN ABE
Modificación metabólica indirecta: electrosíntesis microbiana (MES).
Desconocimiento del potencial electrico de Clostridium beijerinckii
Demanda:
Estudio
-Interacción material - bacteria
-Acoplamiento microbiano
-Comportamiento microbiano (EET), (ETM)
-Uso de e- en interacciones sintrópicas
- Biocombustibles
- Productos químicos (plastico, fibras y/o medicamentos)
- Otros metabolitos