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Una enzima sorprendente obtenida por evolución dirigida

Investigadores del CSIC han desarrollado una enzima lacasa que puede usarse en aplicaciones tan dispares como biopila de combustible, en la detección de oxígeno, en biorremediación o en el blanqueo ecológico de la pasta del papel.

 

La enzima es tolerante a la sangre, por lo que se podría aplicar en implantes biomédicos. Puede usarse como biopila, sensor, en bioremediación o incluso en la industria papelera.Las enzimas lacasas de alto potencial redox (o de alta capacidad oxido-reductora) se encuentran de forma natural en hongos de podredumbre blanca. Están consideradas como los biocatalizadores ecológicos del futuro, ya que pueden oxidar cientos de compuestos utilizando el oxígeno del aire y liberando agua como único subproducto. Sin embargo, son enzimas que en condiciones naturales se hallan en entornos con un pH muy ácido por lo que no funcionan a pH neutro o ligeramente alcalino. Eso hace imposible su aplicación en diferentes sectores biotecnológicos que cubren desde la biomedicina a la descontaminación ambiental.

En el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC han desarrollado una enzima lacasa mediante evolución molecular dirigida, una metodología que implica introducir mutaciones  aleatorias y recombinaciones en el gen de la enzima para después someterlo a presiones selectivas escogidas por el científico. Es como reproducir el proceso de evolución natural en una probeta y dirigirla hacia fines no planteados en entornos naturales.

Miguel Alcalde, científico del CSIC y responsable de la investigación comenta: “Tras varios ciclos de evolución en el laboratorio se obtuvo una nueva enzima lacasa que se mostraba activa a un pH ligeramente alcalino y con alta concentración de sales, que son las condiciones que se dan en sangre y plasma humano y donde de ordinario las lacasas fúngicas no son funcionales”.

Se ha obtenido por evolución molecular dirigida, algo así como reproducir y dirigir el proceso de evolución natural en una probeta

Con ella se está desarrollado una primera aplicación: una biopila (o pila biológica) que consta de un cátodo formado por la enzima lacasa mutante y un ánodo formado por otra enzima. En esta batería, la enzima lacasa es capaz de tomar los electrones procedentes del ánodo, donde otra enzima oxida la glucosa sanguínea. Así se produce una corriente eléctrica continua que podría alimentar pequeños dispositivos incluyendo biosensores. La biopila se ha implementado en un nanodispositivo implantable para la detección de diferentes metabolitos en sangre, como glucosa y oxígeno, y  se ha desarrollado en el marco del proyecto 3D-nanodevice del VII Programa Marco de la Unión Europea.

Aplicaciones

La enzima mutante también se puede utilizar en biosensores para detectar oxígeno en fluidos fisiológicos humanos, a medida que lo consume, apunta Miguel  Alcalde.  Otra aplicación interesante está en la industria papelera. En condiciones naturales, estas enzimas están implicadas en la degradación de  la lignina de la madera en ambientes muy ácidos. La enzima modificada podría ser usada para degradar la lignina en diferentes etapas del proceso de blanqueo de la pasta de papel, con un pH neutro. También se puede aplicar  en procesos de biorremediación, ya que la enzima lacasa puede degradar hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), contaminantes derivados de la combustibles fósiles.

La enzima lacasa se expresa funcionalmente en las levaduras Saccharomyces cerevisiae y Pichia pastoris, lo que permite su producción en suficiente cantidad.  La enzima ha sido patentada por el CSIC. Actualmente se buscan empresas interesadas en desarrollar y comercializar dispositivos que contengan esta nueva lacasa mutante, bajo licencia de patente.

El trabajo fue publicado en la revista Chemistry & Biology (Maté et al. 2013 20: 223-231).

Contacto:

Sara Junco Corujedo
Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC
Tel.:  34 - 91 585 46 33
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