La transición hacia una economía sostenible requiere soluciones innovadoras para reducir las emisiones industriales y aprovechar fuentes de energía renovables. En este contexto, los sistemas bioelectroquímicos (BES) son una tecnología emergente que combina biotecnología y electroquímica para producir energía y compuestos de alto valor añadido a partir de microorganismos. Este proyecto se centra en optimizar las capacidades electroactivas de la bacteria Pseudomonas putida y su integración en consorcios microbianos para mejorar el rendimiento de los BES y su aplicación industrial. Para ello, se abordarán cuatro áreas clave:

1. Ingeniería genética y optimización de EET en P. putida Se mejorarán los tres mecanismos de transferencia extracelular de electrones (EET): directa (citocromos), indirecta (mediadores redox como flavinas) y mediante nanowires. Esto permitirá maximizar el intercambio de electrones en cultivos planctónicos y biofilms, mejorando tanto la producción de electricidad como la síntesis de 2,3-BDO. En este aspecto resulta clave que dichos mecanismos de EET posibiliten que el electrodo actúe como un aceptor de electrones externo que permita el crecimiento y mantenimiento de P. putida en condiciones anóxicas. Así, se podría resolver un problema clave para su utilización en contextos de bioproducción industrial.
2. Desarrollo de consorcios microbianos sinérgicos Se establecerán consorcios entre P. putida y bacterias exoelectrógenas como Shewanella oneidensis, complementando así sus capacidades para optimizar la bioproducción de electricidad. Además, se evaluará la integración de hongos saprófitos (Ophiostoma piceae y Talaromyces amestolkiae) para aprovechar residuos vegetales e incorporar propiedades metabólicas que mejoren la degradación de contaminantes recalcitrantes.
3. Valorización de residuos y diseño de biofilms catalíticos Se estudiarán biofilms multicelulares mediante el estudio de las interacciones químicas de quorum sensing para aumentar la estabilidad y la eficiencia en la transferencia de electrones. Esto permitirá mejorar la eficiencia de conversión de los sustratos en productos químicos de interés y bioelectricidad.
4. Modelado metabólico para optimización sistémica Se incorporarán los procesos de intercambio electrónico en el modelo genómico de P. putida para identificar modificaciones genéticas y mejorar el rendimiento en BES. El proyecto promete avances significativos en la bioproducción sostenible, contribuyendo a la generación de energía limpia y la valorización de residuos en el marco de una economía circular, respaldado por la experiencia del grupo del CIB-CSIC en sistemas microbianos e ingeniería de proteínas.