Las enzimas fúngicas catalizan una revolución en el sector europeo de la biotecnología
La biomasa vegetal alberga un tesoro oculto de moléculas útiles que es posible convertir en productos con valor añadido. Al aprovechar el carbono estructural de los combustibles fósiles procedentes de antiguos organismos vivos, la biomasa vegetal tiene además la capacidad de reemplazar los productos petroquímicos como origen de importantes compuestos. El proyecto EnzOx2, financiado con fondos europeos, se ha valido de los hongos y sus enzimas oxidativas (oxidasas y peroxigenasas), muy poco estudiadas para aplicaciones comerciales, con el fin de producir de manera sostenible compuestos con valor añadido procedentes de la biomasa. Durante el proceso, EnzOx2 ha reforzado la colaboración entre diversos actores de la industria y la investigación europeas.
Una caja de herramientas de enzimas fúngicas
EnzOx2 se centró en aquellas reacciones que daban lugar a compuestos relevantes para sectores importantes de las industrias plástica, farmacéutica y de sabores y fragancias. El coordinador del proyecto Ángel T. Martínez, del Centro de Investigación Biológica Margarita Salas, uno de los centros de investigación más grandes y prestigiosos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España, explica: «Los integrantes de EnzOx2 aprovechamos en primer lugar la diversidad ampliamente desaprovechada de las oxidorreductasas de los hongos procedentes de hábitats especiales, así como los genes de oxidorreductasa situados en secuencias del genoma fúngico, para obtener nuevas enzimas de interés. A continuación, adaptamos el rendimiento catalítico, la selectividad y/o la estabilidad de los mejores candidatos enzimáticos a las condiciones de reacción exigidas por las herramientas de ingeniería proteica utilizadas».
Una vía sostenible para producir plásticos sostenibles
El ácido 2,5-furanodicarboxílico (FDCA, por sus siglas en inglés) se encuentra entre los 12 principales productos químicos de valor añadido derivados de la biomasa, ya que se trata de un precursor renovable de la producción de polietileno-2,5-furanodicarboxilato (PEF). El PEF es el polímero que, se espera, sustituirá al tereftalato de polietileno, derivado del petróleo, para la fabricación de plásticos sostenibles. EnzOx2 halló tres rutas para la producción de FDCA a partir de 5-hidroximetilfurfural (HMF) o de 5-metoximetilfurfural (MMF). El equipo optimizó la cascada bienzimática disponible para la conversión de HMF en FDCA y propuso una nueva cascada con dos oxidasas y una peroxigenasa. Los científicos lograron asimismo una tasa de conversión del 99 % mediante el uso de una oxidasa en presencia de catalasas para eliminar el peróxido de hidrógeno generado responsable de inhibir la última etapa de oxidación. Por último, habida cuenta de que la producción a gran escala de bioplásticos procedentes de FDCA se basará en MMF, se desarrolló una cascada trienzimática autosuficiente para esta ruta, que después se patentó.
Moléculas derivadas de lípidos para fármacos, alimentos y aromas
Las peroxigenasas inespecíficas han abierto la puerta a un sinfín de compuestos creados a partir de lípidos procedentes de biomasa. Entre sus muchos resultados se encuentra una patente correspondiente al acortamiento controlado de cadenas monocarbonadas de los ácidos grasos, una novedosa reacción química que podría permitir fabricar ácidos grasos a medida difíciles de encontrar en la naturaleza. Con respecto a las transformaciones de esteroides, los científicos hallaron una peroxigenasa que cataliza la oxigenación selectiva de testosterona para obtener 4-hidroxitestosterona, un ingrediente farmacológico activo empleado en la síntesis de fármacos contra el cáncer de mama. Recientemente, esta reacción se amplió y evaluó de manera positiva para su implantación industrial. Las peroxigenasas permitieron asimismo patentar la síntesis selectiva de 4-hidroxisoforona y 4-ketoisoforona, dos moléculas de interés tanto en el sector farmacéutico como en el de aromas y sabores. Martínez concluye: «En los últimos 30 años, los empleos e ingresos por productos derivados de la industria química de base orgánica están virando de Europa hacia Asia. EnzOx2 está cambiando este panorama. Hemos identificado y/o desarrollado enzimas fúngicas destinadas a obtener moléculas complejas para productos químicos especializados (casi imposibles de producir mediante la síntesis química), al tiempo que modificamos materias primas baratas mediante procesos enzimáticos eficientes en términos energéticos». Los resultados del proyecto no han hecho sino fortalecer enormemente la competitividad europea en el creciente campo de la biotecnología blanca.
Palabras clave
EnzOx2, biomasa, enzimas, ácido 2,5-furanodicarboxílico (FDCA), 5-hidroximetilfurfural (HMF), oxidasa, peroxigenasa, hongos, plásticos, fármacos, polietileno-2,5-furanodicarboxilato (PEF), sabor y aroma, biotecnología