Unas proteínas adaptadas al frío mejoran la protección anticongelante
Las enzimas adaptadas al frío que conservan una alta actividad específica a bajas temperaturas son de interés en diversas aplicaciones biotecnológicas, como el desarrollo de detergentes y el procesamiento de alimentos. Las proteínas anticongelantes protegen a los organismos en hábitats fríos de la congelación o de las lesiones provocadas por el hielo al impedir la formación de cristales de hielo. Estas proteínas tienen el potencial de ser aprovechadas por la industria como productos anticongelantes. Combinación de la biología de sistemas con la bioinformática El proyecto de investigación MeTABLE, llevado a cabo gracias al apoyo del programa Marie Curie, constituyó un esfuerzo conjunto para adquirir nuevos conocimientos sobre el mecanismo de adaptación de los organismos que viven en ambientes fríos. Los socios industriales y académicos combinaron métodos bioinformáticos, bioquímicos y de biología molecular en aras de desarrollar herramientas para el análisis genómico y de evolución dirigida de las enzimas de microorganismos antárticos. «La idea era caracterizar y producir moléculas bioactivas a partir de microorganismos adaptados al frío», explica la doctora Sandra Pucciarelli, coordinadora del proyecto. Los investigadores analizaron y anotaron secuencias genómicas de protozoos psicrófilos y mesófilos, y desarrollaron nuevas herramientas para el análisis genómico de microorganismos de ambientes extremos. La investigación de las rutas metabólicas de microorganismos extremófilos ayudó a los equipos científicos a comprender la adaptación ambiental a temperaturas bajo cero y a aprovechar nuevas enzimas con fines industriales. Descubierto un potencial enorme Las cepas bacterianas aisladas de ecosistemas marinos antárticos, como las especies del género «Marinomonas», demostraron la capacidad de reciclar la materia orgánica presente en el fondo marino y de producir metabolitos secundarios. En concreto, los investigadores descubrieron la presencia de rutas metabólicas que utilizan compuestos aromáticos como fuentes alternativas de carbono u otros contaminantes para producir antibióticos. Este hallazgo sugirió el uso potencial de estas especies bacterianas para fines de biorremediación y para la producción de moléculas bioactivas. Las amilasas hidrolizan el almidón y representan aproximadamente el 30 % del mercado mundial de las enzimas, con numerosas aplicaciones industriales. Durante MeTABLE, los investigadores aislaron amilasas con alta actividad a bajas temperaturas en el protozoo antártico «Euplotes focardii». Gracias a la ingeniería molecular, lograron mejorar la estabilidad de estas enzimas y hacer que fueran menos termolábiles y más adecuadas para aplicaciones industriales. Parte del proyecto también se dedicó a la familia de las enzimas superóxido dismutasas, que participan en la eliminación de la toxicidad del estrés oxidativo. La caracterización bioquímica de estas moléculas proporcionó información relevante sobre su modo de acción. Valor biotecnológico de los descubrimientos de MeTABLE En conjunto, la investigación de MeTABLE ha permitido la caracterización de biomoléculas funcionales (implicadas en la adaptación a ambientes extremos) a baja temperatura, alta concentración de sal o en condiciones extremas de pH. Estas moléculas pueden ser de interés para aplicaciones cotidianas o industriales, como el procesamiento de alimentos, la conservación de alimentos y los antibióticos. En particular, las enzimas adaptadas al frío reducen el consumo de energía en las reacciones catalíticas en comparación con sus homólogas mesófilas o termófilas, lo que ofrece beneficios económicos evidentes. Los descubrimientos de MeTABLE han dado lugar, asimismo, a nuevos productos patentados con un gran potencial de comercialización. Se han desplegado nuevas aplicaciones, incluidos dispositivos de descontaminación de agua y asistencia sanitaria, con un impacto significativo en la vida cotidiana de los ciudadanos europeos. Es más, el proyecto ha aumentado la visibilidad de los socios en la comunidad científica, lo que ha sentado las bases para nuevas colaboraciones con la industria. De cara al futuro, la doctora Pucciarelli cree que «la ingeniería de proteínas a través del diseño racional y la evolución dirigida constituye el camino a seguir para adaptar las propiedades de las enzimas a las necesidades de aplicación».
Palabras clave
MeTABLE, proteína, enzimas adaptadas al frío, bioinformática, ambiente extremo, metabólico, evolución dirigida, proteínas anticongelantes, amilasas, biorremediación
