25.06.2021 - Ruhr-Universität Bochum

Dos trucos para la biocatálisis

Los plasmas suelen tener un efecto destructivo sobre las enzimas, pero en este caso, les proporcionan un bloque de construcción para la biocatálisis con sólo pulsar un botón

Las enzimas pueden hacer un buen trabajo como catalizadores: pueden, por ejemplo, sintetizar un producto específico, pero no su imagen en el espejo, que tiene que ser separada laboriosamente en otros procesos. Sin embargo, son sensibles y a veces son inactivadas por el sustrato que convierten. Mediante el uso de plasma, el equipo de la profesora Julia Bandow, titular de la cátedra de Microbiología Aplicada de la Facultad de Biología y Biotecnología de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), ha conseguido suministrar a una enzima de un hongo una sustancia de partida de este tipo sin que resulte dañada. El informe se ha publicado en Rubin, la revista científica de la RUB.

Un gemelo ineficaz

En la producción de muchas sustancias químicas no sólo se obtiene el producto deseado, sino también su imagen especular: los dos llamados enantiómeros son muy similares en cuanto a sus propiedades físico-químicas y, por tanto, son difíciles de separar; pero tienen propiedades biológicas diferentes. Esto es evidente cuando se trata de medicamentos, por ejemplo, ya que la molécula (S)-Ibuprofeno es eficaz contra el dolor, pero su gemela (R)-Ibuprofeno no lo es. Por ello, el grupo de investigación de Bandow emplea enzimas, es decir, catalizadores biológicos derivados, por ejemplo, de bacterias u hongos, para producir esas sustancias químicas. Pero algunas enzimas sólo producen uno de los dos enantiómeros.

Las enzimas son sensibles

En general, sin embargo, las enzimas son catalizadores bastante sensibles. Algunas son incluso susceptibles de ser inactivadas por el sustrato que convierten. "Nuestra enzima de ejemplo es un ejemplo de ello. La peroxigenasa inespecífica, o UPO para abreviar, extraída del hongo comestible Agrocybe aegerita o seta del castaño y sintetizada por el grupo de investigación del profesor Frank Hollmann de Delft puede producir la fragancia (R)-1-feniletanol. Para ello necesita peróxido de hidrógeno como sustrato. Si se añade simplemente a la enzima en solución en forma de concentrado, el material de partida de la reacción deseada desactiva la enzima en poco tiempo", explica Julia Bandow.

Un dilema que el equipo resolvió utilizando varios trucos. Uno de ellos fue utilizar un plasma para producir peróxido de hidrógeno. En los plasmas, que se crean añadiendo energía a un gas, se forman numerosas sustancias reactivas que destruyen células cancerosas, biofilms, virus o priones. En este caso, sin embargo, el plasma debía ayudar a proteger los biocatalizadores proporcionando a la enzima la dosis exacta de las sustancias reactivas necesarias para catalizar la fragancia con sólo pulsar un botón.

Segundo truco

El grupo experimentó entonces con plasmas basados en aire o gases nobles encendidos directamente sobre las enzimas en solución para producir la fragancia (R)-1-feniletanol. Sin embargo, las enzimas de la superficie fueron rápidamente destruidas por las especies reactivas. Así es como entró en juego el segundo truco: los investigadores fijaron las enzimas a perlas, pequeñas esferas con una superficie porosa que se encuentran en el fondo de la solución y mantienen las enzimas en su sitio. Para ello, probaron previamente la composición óptima de las perlas, ya que no todas las enzimas pueden acoplarse igual de bien a todas las superficies y seguir haciendo su trabajo, ya que esto requiere a veces que las enzimas se muevan.

Como resultado, consiguieron que un poco de solución por encima de las perlas en el fondo del recipiente separara y amortiguara las enzimas de la fase gaseosa. El peróxido de hidrógeno producido por el plasma se difunde hacia las enzimas y es convertido por ellas. Las enzimas nunca entran en contacto con una sobredosis del sustrato u otras especies reactivas. Esto significa que permanecen intactas y funcionales.

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