Obtienen biocatalizadores a partir de hongos
Un equipo de investigadores logró obtener biocatalizadores a partir de enzimas de hongos. Se trata de un hallazgo con gran potencial para la industria farmacéutica. Este tipo de catalizadores permite llevar adelante reacciones químicas para generar diversa cantidad de productos de alto valor agregado que son difíciles de obtener por procesos químicos, los cuales, además, pueden llegar a ser muy contaminantes.
Un equipo de investigadores logró obtener biocatalizadores a partir de enzimas de hongos. Se trata de un hallazgo con gran potencial para la industria farmacéutica. Este tipo de catalizadores permite llevar adelante reacciones químicas para generar diversa cantidad de productos de alto valor agregado que son difíciles de obtener por procesos químicos, los cuales, además, pueden llegar a ser muy contaminantes.
El grupo de investigación de la Universidad Nacional de San Luis y el Conicet indaga en la biodiversidad de la región en busca de catalizadores naturales o biocatalizadores. Los biocatalizadores son enzimas, es decir, proteínas con capacidad de reducir la energía de activación de reacciones químicas, permitiendo que sean más rápidas o que se desarrollen en condiciones más suaves. Las enzimas, a diferencia de otros catalizadores, tienen una alta especificidad en las reacciones que catalizan. En diálogo con Argentina Investiga, la doctora Marcela Kurina Sanz, explicó las características de esta investigación interdisciplinaria en biocatálisis.
- ¿Qué es la biocatálisis? ¿Cuáles son sus ventajas?
- La biocatálisis utiliza proteínas propias de diversas especies, como microorganismos o plantas, para hacer reacciones químicas específicas que se aplican a la generación de productos de alto valor agregado, por ejemplo, a la industria farmacéutica o de agroquímicos, o a la producción de bienes a partir de productos de desechos agroindustriales. El empleo de este tipo de metodologías permite acceder a compuestos que son difíciles de obtener por vía química o se obtienen utilizando reactivos y procesos que resultan muy contaminantes. Muchas de estas reacciones, que son altamente selectivas, utilizan sistemas catalizadores basados en metales pesados; entonces, los residuos son complicados de eliminar.
La tendencia es buscar sistemas no contaminantes. Otra ventaja de los sistemas biocatalíticos es que se los puede utilizar en agua, por lo que se minimiza el uso de solventes y se trabaja a temperatura ambiente, lo que disminuye también los costos energéticos. Los biocatalizadores son una alternativa más amigable con el medio ambiente ya que permiten obtener productos de alto valor agregado como algunos principios activos de fármacos. Por ejemplo, una de las bioreacciones que estudiamos sería aplicable a la síntesis de un fármaco comercialmente conocido como omeprazol, o bien para obtener derivados de esteroides que resulten bioactivos.
- ¿Cómo es el procedimiento a partir del cual aíslan las enzimas para su estudio?
- Para encontrar estos catalizadores naturales indagamos en la biodiversidad, buscamos organismos, microorganismos y células y tejidos vegetales que sean capaces de hacer las reacciones que necesitamos y allí detectamos los componentes naturales que las catalizan, es decir, las enzimas. Esto se hace utilizando metodologías clásicas de la química orgánica de productos naturales que se llaman ‘bioconversiones’, luego los catalizadores son optimizados, ya sea cultivando estos organismos y utilizándolos como tales o clonándolos y expresándolos en microorganismos inocuos y de fácil cultivo para acceder a un sistema que sea utilizable desde el punto de vista tecnológico y económico.
La biocatálisis permite la confluencia de muchas metodologías como las químicas (para detectar y estudiar las reacciones blanco), la microbiología (cultivo de microorganismos y células), la ingeniería genética (para el clonado y expresión de proteínas), la bioquímica (para caracterizar los biocatalizadores) es decir, es un trabajo interdisciplinario. Parte de estas investigaciones se realizan con el grupo de biología molecular de la Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia, que dirige el doctor Maximiliano Juri Ayub, investigador del Instituto Multidisciplinario de Investigaciones Biológicas (Conicet), con quien realizamos el clonado y expresión de las enzimas de interés.
- ¿A partir de qué organismos trabajan y cuál es la característica distintiva de los biocatalizadores obtenidos?
- Todo depende del tipo de reacción química que uno esté buscando catalizar. Por ejemplo, en el trabajo de tesis doctoral de María Laura Mascotti donde buscamos realizar oxidaciones selectivas, optamos por hongos del género Aspergillus, luego de una rigurosa búsqueda basada en ensayos de selección específicamente diseñados y en datos bibliográficos sobre las “capacidades bioquímicas” de estos organismos. Este género está muy distribuido en la naturaleza y tiene distintas aplicaciones científico-tecnológicas y distintos roles en su nicho natural. Seleccionamos un grupo de enzimas muy particulares que son oxidasas, llamadas Baeyer-Villiger Monooxigenasas, de las cuales muy pocas se emplean en la industria y hay menos todavía de organismos eucarióticos ya que las que más se conocen provienen de bacterias. Una vez detectadas las enzimas de interés, las clonamos, las expresamos, estudiamos sus mecanismos, optimizamos su uso y las aplicamos en la síntesis de varias moléculas precursoras.
Los resultados de esta investigación tienen este aditivo particular ya que se trata de la segunda enzima de este tipo aislada de organismos eucarióticos que fue clonada y podría, además de emplearse a nivel industrial, permitir el estudio de la evolución molecular de estas oxigenasas.
- ¿Los hongos empleados en la investigación son típicos de la región?
- Esos hongos crecen en todos lados; son muy ubicuos y están ampliamente diseminados. Hay hongos que ocasionan enfermedades como las aspergilosis y que pueden llegar a ser bastante graves; hay hongos fitopatógenos y otros de crecimiento libre. Por las condiciones de seguridad no trabajamos con los que provocan enfermedades, pero sí con hongos patógenos de plantas. Estos hongos hacen otras cosas interesantes de investigar ya que son productores de aflatoxinas, que son potentes toxinas fúngicas que afectan, por ejemplo, a la conservación de los granos en los silos.
Algunos datos sobre el equipo de investigación
El equipo está conformado por investigadores de la Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia de la Universidad Nacional de San Luis, del Instituto de Investigaciones en Tecnología Química - INTEQUI y del Instituto Multidisciplinario de Investigaciones Biológicas, IMIBIO.
El grupo de Biocatálisis y Biotransformaciones del INTEQUI es uno de los equipos de investigación del país que utilizan cultivos celulares de plantas para hacer reacciones químicas específicas, empleando tanto especies vegetales endémicas como de interés agronómico y los microorganismos que se desarrollan en ellas. Además de la presente investigación, también trabaja aislando microorganismos de ambientes extremos para utilizar sus enzimas y aplicarlas a procesos que requieran de condiciones más rigurosas de reacción. Estos desarrollos básicos también se aplican a estudios de remediación de suelos y aguas contaminadas por diferentes actividades humanas, a la transformación de productos naturales con aplicación como bioplaguicidas y al aprovechamiento de residuos agroindustriales.
Un equipo de investigadores logró obtener biocatalizadores a partir de enzimas de hongos. Se trata de un hallazgo con gran potencial para la industria farmacéutica. Este tipo de catalizadores permite llevar adelante reacciones químicas para generar diversa cantidad de productos de alto valor agregado que son difíciles de obtener por procesos químicos, los cuales, además, pueden llegar a ser muy contaminantes.
El grupo de investigación de la Universidad Nacional de San Luis y el Conicet indaga en la biodiversidad de la región en busca de catalizadores naturales o biocatalizadores. Los biocatalizadores son enzimas, es decir, proteínas con capacidad de reducir la energía de activación de reacciones químicas, permitiendo que sean más rápidas o que se desarrollen en condiciones más suaves. Las enzimas, a diferencia de otros catalizadores, tienen una alta especificidad en las reacciones que catalizan. En diálogo con Argentina Investiga, la doctora Marcela Kurina Sanz, explicó las características de esta investigación interdisciplinaria en biocatálisis.
- ¿Qué es la biocatálisis? ¿Cuáles son sus ventajas?
- La biocatálisis utiliza proteínas propias de diversas especies, como microorganismos o plantas, para hacer reacciones químicas específicas que se aplican a la generación de productos de alto valor agregado, por ejemplo, a la industria farmacéutica o de agroquímicos, o a la producción de bienes a partir de productos de desechos agroindustriales. El empleo de este tipo de metodologías permite acceder a compuestos que son difíciles de obtener por vía química o se obtienen utilizando reactivos y procesos que resultan muy contaminantes. Muchas de estas reacciones, que son altamente selectivas, utilizan sistemas catalizadores basados en metales pesados; entonces, los residuos son complicados de eliminar.
La tendencia es buscar sistemas no contaminantes. Otra ventaja de los sistemas biocatalíticos es que se los puede utilizar en agua, por lo que se minimiza el uso de solventes y se trabaja a temperatura ambiente, lo que disminuye también los costos energéticos. Los biocatalizadores son una alternativa más amigable con el medio ambiente ya que permiten obtener productos de alto valor agregado como algunos principios activos de fármacos. Por ejemplo, una de las bioreacciones que estudiamos sería aplicable a la síntesis de un fármaco comercialmente conocido como omeprazol, o bien para obtener derivados de esteroides que resulten bioactivos.
- ¿Cómo es el procedimiento a partir del cual aíslan las enzimas para su estudio?
- Para encontrar estos catalizadores naturales indagamos en la biodiversidad, buscamos organismos, microorganismos y células y tejidos vegetales que sean capaces de hacer las reacciones que necesitamos y allí detectamos los componentes naturales que las catalizan, es decir, las enzimas. Esto se hace utilizando metodologías clásicas de la química orgánica de productos naturales que se llaman ‘bioconversiones’, luego los catalizadores son optimizados, ya sea cultivando estos organismos y utilizándolos como tales o clonándolos y expresándolos en microorganismos inocuos y de fácil cultivo para acceder a un sistema que sea utilizable desde el punto de vista tecnológico y económico.
La biocatálisis permite la confluencia de muchas metodologías como las químicas (para detectar y estudiar las reacciones blanco), la microbiología (cultivo de microorganismos y células), la ingeniería genética (para el clonado y expresión de proteínas), la bioquímica (para caracterizar los biocatalizadores) es decir, es un trabajo interdisciplinario. Parte de estas investigaciones se realizan con el grupo de biología molecular de la Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia, que dirige el doctor Maximiliano Juri Ayub, investigador del Instituto Multidisciplinario de Investigaciones Biológicas (Conicet), con quien realizamos el clonado y expresión de las enzimas de interés.
- ¿A partir de qué organismos trabajan y cuál es la característica distintiva de los biocatalizadores obtenidos?
- Todo depende del tipo de reacción química que uno esté buscando catalizar. Por ejemplo, en el trabajo de tesis doctoral de María Laura Mascotti donde buscamos realizar oxidaciones selectivas, optamos por hongos del género Aspergillus, luego de una rigurosa búsqueda basada en ensayos de selección específicamente diseñados y en datos bibliográficos sobre las “capacidades bioquímicas” de estos organismos. Este género está muy distribuido en la naturaleza y tiene distintas aplicaciones científico-tecnológicas y distintos roles en su nicho natural. Seleccionamos un grupo de enzimas muy particulares que son oxidasas, llamadas Baeyer-Villiger Monooxigenasas, de las cuales muy pocas se emplean en la industria y hay menos todavía de organismos eucarióticos ya que las que más se conocen provienen de bacterias. Una vez detectadas las enzimas de interés, las clonamos, las expresamos, estudiamos sus mecanismos, optimizamos su uso y las aplicamos en la síntesis de varias moléculas precursoras.
Los resultados de esta investigación tienen este aditivo particular ya que se trata de la segunda enzima de este tipo aislada de organismos eucarióticos que fue clonada y podría, además de emplearse a nivel industrial, permitir el estudio de la evolución molecular de estas oxigenasas.
- ¿Los hongos empleados en la investigación son típicos de la región?
- Esos hongos crecen en todos lados; son muy ubicuos y están ampliamente diseminados. Hay hongos que ocasionan enfermedades como las aspergilosis y que pueden llegar a ser bastante graves; hay hongos fitopatógenos y otros de crecimiento libre. Por las condiciones de seguridad no trabajamos con los que provocan enfermedades, pero sí con hongos patógenos de plantas. Estos hongos hacen otras cosas interesantes de investigar ya que son productores de aflatoxinas, que son potentes toxinas fúngicas que afectan, por ejemplo, a la conservación de los granos en los silos.
Algunos datos sobre el equipo de investigación
El equipo está conformado por investigadores de la Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia de la Universidad Nacional de San Luis, del Instituto de Investigaciones en Tecnología Química - INTEQUI y del Instituto Multidisciplinario de Investigaciones Biológicas, IMIBIO.
El grupo de Biocatálisis y Biotransformaciones del INTEQUI es uno de los equipos de investigación del país que utilizan cultivos celulares de plantas para hacer reacciones químicas específicas, empleando tanto especies vegetales endémicas como de interés agronómico y los microorganismos que se desarrollan en ellas. Además de la presente investigación, también trabaja aislando microorganismos de ambientes extremos para utilizar sus enzimas y aplicarlas a procesos que requieran de condiciones más rigurosas de reacción. Estos desarrollos básicos también se aplican a estudios de remediación de suelos y aguas contaminadas por diferentes actividades humanas, a la transformación de productos naturales con aplicación como bioplaguicidas y al aprovechamiento de residuos agroindustriales.
