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Ingeniería enzimática para impulsar las aplicaciones biotecnológicas

La unión de azúcares con pequeñas moléculas farmacéuticas o alimentarias, un proceso conocido como glicosilación, puede mejor sustancialmente sus propiedades. Una iniciativa financiada con fondos europeos empleó técnicas biotecnológicas instrumentales avanzadas para desarrollar nuevos procesos eficientes y ecológicos relacionados con la glicosilación.
Ingeniería enzimática para impulsar las aplicaciones biotecnológicas
La glicosilación es un proceso ampliamente utilizado para mejorar la solubilidad de compuestos alimentarios saludables o compuestos farmacológicos, optimizar la actividad de determinados antibióticos o modular las características de sabores o aromas. El desarrollo de reacciones de glicosilación empleando la ruta enzimática en vez de la síntesis química es más específico y eficaz, más respetuoso con el medio ambiente y consume menos energía. Sin embargo, las glicosiltransferasas (GT), las enzimas responsables de realizar el proceso de glicosilación, que requieren azúcares activados por unión a nucleótidos para funcionar, son muy costosas para aplicaciones industriales.

El proyecto financiado con fondos europeos SUSY se propuso abordar este problema mediante el desarrollo de un proceso multietapa más rentable basado en las propiedades singulares de tres tipos de enzimas de degradación de carbohidratos, a saber: la levansacarasa, la sacarosa sintasa y la glicosiltransferasa. «La idea era utilizar una sacarosa como punto de partida del proceso, que es un sustrato muy barato y abundante», explica el profesor Tom Desmet, coordinador del proyecto. Y añade: «Al combinar las tres enzimas en varias etapas, reciclamos compuestos intermedios poco rentables durante todo el proceso, lo que reduce considerablemente el coste de los productos glicosilados».

Enzimas modificadas con propiedades novedosas

Se realizó un esfuerzo considerable para abordar determinados inconvenientes relacionados con las variantes naturales de las enzimas empleadas, tales como una especificidad y estabilidad limitadas. En este contexto, los investigadores llevaron a cabo un amplio trabajo de ingeniería molecular para identificar nuevas variantes enzimáticas con características mejoradas, incluida una mayor especificidad de unión a sustrato. Estos emplearon toda una serie de sistemas de expresión para la expresión recombinante de las enzimas modificadas.

Además, se identificaron variantes enzimáticas de origen vegetal y bacteriano y se incrementó en gran medida su estabilidad a largo plazo empleando protocolos de coinmovilización. En concreto, la sacarosa sintasa de «Acidithiobacillus caldus», un organismo procariota que vive en ambientes con temperaturas extremas, demostró ser el candidato más adecuado para fines de ingeniería. La enzima exhibía una conformación activa a temperaturas elevadas, lo que reveló una mejor termoestabilidad y afinidad por sustratos alternativos. El correcto aislamiento y procesamiento posterior de los productos de glicosilación se realizó empleando protocolos de cromatografía líquida de alto rendimiento.

Procesos respetuosos con el medio ambiente

En la parte final del proyecto, el conocimiento y la información generados se tradujeron en condiciones para procesos de glicosilación a gran escala, que presentaron un rendimiento de hasta cien gramos de producto. Esto se llevó a cabo en las instalaciones de la planta piloto de los socios del consorcio, lo que demostró el potencial económico de la tecnología de SUSY y respaldó la valorización ulterior de los resultados y las tecnologías del proyecto. Es más, los investigadores evaluaron el impacto ambiental de los procesos biocatalíticos recién desarrollados, lo que permitió demostrar que la energía utilizada reducía la huella ecológica de todo el proceso.

Con enzimas que actúan como biocatalizadores sobresalientes con un mejor rendimiento en comparación con la síntesis química, los resultados del proyecto SUSY podrían mejorar y generalizar las aplicaciones biotecnológicas en las industrias alimentaria, química, farmacéutica y de cuidado personal. La tecnología podría extenderse a la galactosilación, la manosilación y la fucosilación, con lo que aumentaría la gama de productos sintetizados. Al mismo tiempo, SUSY impulsará el desarrollo en la industria química al proporcionar el marco para la producción rentable de glicósidos, lo que conducirá a toda una gama de compuestos nuevos.

En el futuro, el profesor Desmet prevé lo siguiente: «La biocatálisis constituirá un pilar fundamental de la química verde, con enzimas que proporcionarán beneficios ecológicos significativos dado su bajo consumo de energía y la ausencia de generación de residuos tóxicos».

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Palabras clave

SUSY, glicosilación, glicosiltransferasa, enzima, biocatálisis
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