13.04.2018 - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

Dilucidados los mecanismos de producción de enzimas hidrolíticas en hongos

Para la producción de etanol de segunda generación resulta fundamental comprender cómo regulan el control y la producción enzimática los microorganismos

Para producir etanol de segunda generación (2G) es necesario realizar la hidrólisis enzimática, un proceso en el cual ciertas enzimas producidas por microorganismos actúan conjuntamente para degradar y convertir los hidratos de carbono de la paja y del bagazo de la caña de azúcar en azúcares capaces de pasar por fermentación.

La comprensión de los mecanismos genéticos que regulan el control y la producción de estas enzimas hidrolíticas -a cargo de esos microorganismos- es fundamental a los efectos de mejorar las tecnologías orientadas hacia esa finalidad.

Un grupo de científicos de la Universidad de Campinas - Unicamp (São Paulo, Brasil), en colaboración con colegas del Laboratorio Nacional de Ciencia y Tecnología del Bioetanol (CTBE) del Centro Nacional de Investigación en Ingeniería y Materiales (CNPEM) y de la Universidad del Estado de Río de Janeiro (UERJ), ha dado un importante paso con miras a comprender distintos mecanismos biológicos inherentes al control y a la producción de enzimas hidrolíticas realizada por hongos específicamente.

Dicho estudio, realizado en el marco de un proyecto que contó con el apoyo de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo - FAPESP, salió publicado en Scientific Reports.

"Nuestros descubrimientos pueden ser útiles para el desarrollo de enzimas que se utilizarán en la elaboración de cocteles enzimáticos destinados a la producción de etanol de segunda generación y de otros productos", declaró Anete Pereira de Souza, docente de la Unicamp y coordinadora del proyecto, a Agência FAPESP.

Los investigadores analizaron los mecanismos genéticos implicados en la secreción y en la expresión de las enzimas que emplean los hongos de las especies Trichoderma harzianum, Trichoderma ressei y Trichoderma atroviride para degradar la caña de azúcar.

Esos hongos, presentes en el suelo y que crecen en maderas, cortezas e incluso en otros hongos y sustratos, hidrolizan a distintos tipos de hidratos de carbono -como la celulosa del bagazo y la paja de la caña de la caña de azúcar- mediante la acción de enzimas presentes en sus paredes celulares.

Con el fin de evaluar si las enzimas producidas por las tres especies de hongos pertenecientes al género Trichoderma poseen semejanzas y diferencias que pueden aumentar o disminuir su eficiencia en la degradación de biomasa y si actúan en forma sinérgica durante ese proceso, los investigadores utilizaron distintos abordajes de biotecnología y bioinformática.

Primeramente evaluaron el nivel de actividad de las enzimas que secretan las tres especies de hongos durante la fermentación de extractos del bagazo, la celulosa pura y la glucosa de la caña de azúcar a través de la cantidad de proteínas presentes en esos tres sustratos distintos en el momento de pico del proceso de biodegradación.

Mediante el empleo de una técnica de biotecnología llamada ARN-sec, fue posible también la determinación de los genes expresados. Con base en herramientas de bioinformática, los científicos compararon estos datos y lograron identificar redes de genes corregulados por las tres especies de hongos que pueden ser fundamentales para la biodegradación de la biomasa que efectúan esos microorganismos.

"Logramos identificar redes de corregulación de genes con un alto grado de sinergia, que están implicadas en la realización del proceso de degradación de la biomasa de la caña de azúcar que realizan las tres especies de hongos que codifican enzimas", dijo Jaire Alves Ferreira Filho, doctorando en genética y biología molecular en la Unicamp y uno de los autores del estudio.

Un alto grado de sinergia

Se identificaron un conjunto de 80 proteínas y sus respectivos genes compartidos por las tres especies de hongos. De dicho total, 19 proteínas se detectaron en las tres especies de hongos.

Esas 19 proteínas y sus respectivos genes detectados están implicados en la producción y en la secreción de enzimas hidrolíticas y están relacionados con los distintos mecanismos biológicos de biodegradación de la biomasa que realizan las tres especies distintas de hongos, según explican los investigadores.

La dilucidación de las relaciones genéticas entre esos conjuntos de genes puede suministrar información importante para el desarrollo de microorganismos de interés industrial y también puede contribuir a la comprensión de las reacciones sinérgicas entre enzimas, destacan los autores del estudio.

"La determinación de estas reacciones promoverá avances considerables y aportará una base sólida para la utilización de la información genética en la producción de biocombustibles e innumerables biocompuestos", dijo Maria Augusta Crivelente Horta, primera autora del estudio, quien realizó su posdoctorado con beca de la FAPESP .

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