Publication: Strategies for expanding the functionalization of bacterial polyesters
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Publication Date
2020-03-11
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
Polyhydroxyalkanoates (PHA) constitute the carbon and energy storage material of certain bacterial species under excess of carbon and nutrient limitation conditions. These polymers are considered a good choice to replace oil-based plastics, especially for value added applications in the industrial and medical fields, since they are non-toxic, biocompatible and biodegradable materials. They play an important role in the development of novel generation biomaterials with exceptional appealing biomedical applications that include their use as surgical sutures, scaffolds or drug carriers. The capacity to incorporate novel functionalities into PHA confers tremendous versatility to these polymers. The complex structure of the PHA granule can be exploited as a toolbox to display molecules on their surface carrying out specific functions. In this sense, many granule-associated proteins (GAPs) have been employed as anchoring tags to obtain functionalized PHA beads for various applications such as high-affinity bioseparation, enzyme immobilization, diagnostics or cell targeting. In addition, the ability to edit and redirect the cell system through metabolic and genetic engineering tools enables the construction of platforms to produce a huge range of polymers varying their monomer contents and thus affecting thermal and mechanical properties of the material. This approach can be added to the possibility of incorporating functional groups on the lateral chains of the monomers to generate novel functionalities. The combination and optimization of the functionalization strategies from a multidisciplinary approach is the basis to expand the PHAs potentialities for target applications. This Thesis tries to explore and optimize the described tools for the functionalization of PHA materials following in vivo and in vitro techniques to further increase the applicability of these polymers. This has been achieved by following a multidisciplinary approach...
Los polihidroxialcanoatos (PHA) constituyen el material de almacenamiento de carbono y energía de ciertas especies bacterianas en condiciones de exceso de carbono y limitación de nutrientes. Estos polímeros se consideran una alternativa interesante para reemplazar los plásticos de origen petroquímico, especialmente para aplicaciones de valor añadido en los campos industrial y médico, ya que son materiales no tóxicos, biocompatibles y biodegradables. Desempeñan un papel importante en el desarrollo de biomateriales de nueva generación con aplicaciones biomédicas excepcionales que incluyen su uso como suturas quirúrgicas, andamios o transportadores de fármacos. La capacidad de incorporar nuevas funcionalidades a los PHA confiere una gran versatilidad a estos polímeros. La compleja estructura del gránulo de PHA se puede explotar como una caja de herramientas para exponer moléculas en su superficie que lleven a cabo funciones específicas. En este sentido, se han empleado numerosas proteínas asociadas a los gránulos (GAPs) como tags de afinidad para obtener partículas de PHA funcionalizadas con diversas aplicaciones, como bioseparación, inmovilización de enzimas, diagnóstico o transporte dirigido. Además, la capacidad de editar y redirigir el sistema celular a través de herramientas de ingeniería metabólica y genética permite la construcción de plataformas a partir de las cuales se pueden producir una amplia gama de polímeros que varían su contenido monomérico y, por lo tanto, sus propiedades térmicas y mecánicas. Este enfoque se puede añadir a la posibilidad de incorporar grupos funcionales en las cadenas laterales de los monómeros para generar nuevas funcionalidades. La combinación y optimización de las estrategias de funcionalización desde un enfoque multidisciplinar es la base para expandir las potencialidades de los PHA en aplicaciones específicas. La presente Tesis trata de explorar y optimizar las herramientas descritas para la funcionalización de materiales de PHA siguiendo técnicas in vivo e in vitro y mejorar la aplicabilidad de estos polímeros. Esto se ha logrado siguiendo un enfoque multidisciplinar...
Los polihidroxialcanoatos (PHA) constituyen el material de almacenamiento de carbono y energía de ciertas especies bacterianas en condiciones de exceso de carbono y limitación de nutrientes. Estos polímeros se consideran una alternativa interesante para reemplazar los plásticos de origen petroquímico, especialmente para aplicaciones de valor añadido en los campos industrial y médico, ya que son materiales no tóxicos, biocompatibles y biodegradables. Desempeñan un papel importante en el desarrollo de biomateriales de nueva generación con aplicaciones biomédicas excepcionales que incluyen su uso como suturas quirúrgicas, andamios o transportadores de fármacos. La capacidad de incorporar nuevas funcionalidades a los PHA confiere una gran versatilidad a estos polímeros. La compleja estructura del gránulo de PHA se puede explotar como una caja de herramientas para exponer moléculas en su superficie que lleven a cabo funciones específicas. En este sentido, se han empleado numerosas proteínas asociadas a los gránulos (GAPs) como tags de afinidad para obtener partículas de PHA funcionalizadas con diversas aplicaciones, como bioseparación, inmovilización de enzimas, diagnóstico o transporte dirigido. Además, la capacidad de editar y redirigir el sistema celular a través de herramientas de ingeniería metabólica y genética permite la construcción de plataformas a partir de las cuales se pueden producir una amplia gama de polímeros que varían su contenido monomérico y, por lo tanto, sus propiedades térmicas y mecánicas. Este enfoque se puede añadir a la posibilidad de incorporar grupos funcionales en las cadenas laterales de los monómeros para generar nuevas funcionalidades. La combinación y optimización de las estrategias de funcionalización desde un enfoque multidisciplinar es la base para expandir las potencialidades de los PHA en aplicaciones específicas. La presente Tesis trata de explorar y optimizar las herramientas descritas para la funcionalización de materiales de PHA siguiendo técnicas in vivo e in vitro y mejorar la aplicabilidad de estos polímeros. Esto se ha logrado siguiendo un enfoque multidisciplinar...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Biológicas, Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, leída el 25/11/2019