Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / Productos biotecnológicos, como los biofarmacéuticos entre otros, son productos cuyas tecnologías de producción están en constante desarrollo. Adicionalmente, sus escalas de producción son pequeñas haciendo de las plantas batch las más apropiadas para su producción. En particular, plantas batch multi-producto permiten la producción de una variedad de productos biotecnológicos con varias etapas en común. Una forma de modelar el diseño de plantas batch multi-producto es mediante el enfoque basado en optimización que fue estudiado por primera vez para este tipo de plantas por Robinson y Lonkar, quienes estudiaron el diseño de este tipo de plantas dimensionando los equipos que la conforman. Pese a los múltiples avances en el área, los que incluyen decisiones como la duplicación de unidades, la disposición de tanques de almacenamiento intermedio, programación de la producción y consideración ambientales, entre otras mejores, aún existe una falta de trabajos donde este tipo de enfoques es aplicado en plantas reales. En este trabajo se estudia una reformulación Entera-Mixta Lineal (MILP) del problema Entero-Mixto No-Lineal (MINLP) que resulta al plantear el modelo para el diseño de una planta biotecnológica batch multi-producto. En un primer paso se estudia una reformulación MILP que permite modelar el diseño de una planta utilizando tamaños de equipos en un conjunto continuo y una selección de hosts en un conjunto discreto de opciones. Esta reformulación hace uso de técnicas avanzadas de reformulación, probando ser escalable y confiable para su aplicación en casos reales. En un segundo paso, la reformulación MILP original fue modificada para la inclusión de una selección de equipos, tanto en un conjunto discreto, como en uno continuo, dando un enfoque más realista para poder modelar una planta biotecnológica batch multi-producto; donde unidades como los reactores pueden ser construidos de acuerdo con las necesidades del cliente, sin embargo, unidades como las columnas cromatográficas sólo están disponibles en tamaños discretos dados por el proveedor. Información de procesos reales que formaban parte de una planta batch multi-producto real permitieron la determinación de los parámetros del modelo y una comparación entre las distintas lineas de producción versus la planta real mostraron que este tipo de modelos puede permitir grandes ahorros en los costos de los principales equipos de la planta. Finalmente, como el enfoque estudiado utiliza software de modelación y optimización, el modelo es más amigable para quienes puedan utilizarlo en la práctica. Sin embargo niveles más bajos de implementación podrían mejorar los tiempos de resolución permitiendo la inclusión de formulaciones más complejas, como por ejemplo, la inclusión de costos u objetivos de producción variables.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Química y Biotecnología / Streptomyces leeuwenhoekii C34 es un actinomiceto aislado del desierto de Atacama, Chile, productor de los antibióticos chaxamicinas A a D y chaxalactinas A a C. El objetivo de este trabajo fue identificar los genes involucrados en la biosíntesis de chaxamicinas y chaxalactinas y producir chaxamicinas en un huésped heterólogo. Capítulo Uno detalla procedimientos de crecimiento y modificación genética de S. leeu- wenhoekii C34. La temperatura óptima para producción de chaxamicinas en medio líquido fue 30 °C, y la que permitió alcanzar altos niveles de esporulación en medio sólido fue 37 °C. S. leeuwenhoekii C34 fue sensible a tioestreptona, apramicina, higromicina B y kanamicina, mientras que no a ácido nalidíxico, antibióticos usados para seleccionar bac- terias genéticamente modificadas. Un vector sensible a temperatura (pGM1190) y otro con un sistema de integración del fago C31 (pSET152) fueron exitosamente transferi- dos a S. leeuwenhoekii C34 por conjugación con una cepa que no metila ADN, E. coli ET12567/pUZ8002. Suplementación del medio de conjugación con 120 mM MgCl2 ó 60 mM CaCl2, incrementó la frecuencia de conjugación de forma significativa, comparado con el control sin adición de sales. En este trabajo se demostró que S. leeuwenhoekii C34 incorpora ADN foráneo no metilado. Capítulo Dos describe la identificación y expresión heteróloga de los genes de biosín- tesis de chaxamicinas. El genoma de S. leeuwenhoekii C34 fue secuenciado de novo combinando tecnologías de secuenciación Illumina y PacBio. Un grupo de 27 genes (80,2 kb, locus 1.210.347 1.290.550), codifica enzimas para la biosíntesis de chaxam- icinas. pIJ12853 contenía un inserto del genoma de S. leeuwenhoekii C34 de 145 kb que incluye el segmento de 80,2 kb, el que fue transferido a una cepa que no produce chaxamicinas, S. coelicolor M1152, resultando en la producción de chaxamicinas A D, confirmando que los genes presentes en pIJ12853 codifican para la ruta de biosíntesis de chaxamicinas. Genes del huésped heterólogo podrían estar involucrados en biosíntesis y/o exporte de estas moléculas. La deleción del gen AHBA sintasa (cxmK) en S. leeu- wenhoekii C34, dio origen a la cepa M1653 que pierde su capacidad de producir chax- amicinas. Para demostrar que la interrupción en la producción de chaxamicinas fue sólo debido a su incapacidad de producir AHBA, un cultivo líquido de M1653 suplementado con AHBA comercial permitió restablecer la producción de chaxamicinas. Esto es una prueba más de que el los genes de biosíntesis de chaxamicinas fueron identificados. Capítulo Tres describe la identificación bioinformática de los genes de biosíntesis de chaxalactinas. Una secuencia de 80,7 kb (locus 7.146.903 7.227.608) contenía genes codificantes de 5 subunidades de una policétido sintasa, cuya arquitectura de dominios coincidía con la predicha para biosíntesis de chaxalactina A. Un gen que codifica una citocromo P450 sería responsable de la hidroxilación C-14 de chaxalactina A que da ori- gen a chaxalactina B. Dos genes codificantes de O-metiltransferasas estarían involucra- dos en una O-metilación C-13 de chaxalactina B, que da origen a chaxalactina C.