Bioingenieros crean nuevo sustrato para estudiar enzima que descompone la madera

Un investigador de la Universidad de Kobe y su equipo fueron los primeros en idear un alimento de prueba para la máquina molecular de hongos que les permite observar su acción casi natural, abriendo la puerta a su mejora y aplicación industrial. Los bioingenieros publicaron sus resultados en la revista Biochemical and Biophysical Research Communications .

Los ingenieros bioquímicos quieren transformar la madera, un material abundante y renovable, en bioplásticos, productos químicos de interés médico, aditivos alimentarios o combustibles. Sin embargo, la compleja estructura de la madera ha sido un gran obstáculo para ello.

El bioingeniero de la Universidad de Kobe, Koh Sangho, explica: «La madera está compuesta de diferentes materiales unidos químicamente, como la lignina y la hemicelulosa, que primero deben separarse para estar disponibles como materiales básicos».

En otras palabras, la madera necesita ser descascarada. Los hongos tienen enzimas, pequeñas máquinas químicas, capaces de hacer eso, pero para mejorarlas y adaptarlas para uso industrial, necesitamos entender cómo funcionan, y los investigadores no tenían un alimento o «sustrato» adecuado para la enzima para estudiar su función.

«Cuando era estudiante de posgrado en la Universidad Shinshu, no logré producir el gráfico típico de dinámica de reacción enzimática que conocemos de los libros de texto utilizando el sustrato de prueba comúnmente utilizado. Incluso me comuniqué con el investigador que descubrió la enzima por primera vez para preguntarle qué estaba haciendo mal, pero me respondió que no estaba haciendo nada malo y que mis resultados eran típicos de los intentos de caracterizar esta enzima», relata Koh.

Motivados por esto, el bioingeniero novato y su equipo crearon un nuevo material que conserva las características estructurales clave del sustrato natural de la enzima y al mismo tiempo es lo suficientemente simple como para permitir la modificación química y la simulación computacional.

«La clave de nuestra capacidad para crear un sustrato adecuado fue que previamente habíamos encontrado otra enzima que nos permitía crear fragmentos de hemicelulosa muy específicos que no se podían producir de ninguna otra manera. Sólo con estos fragmentos pudimos sintetizar químicamente un sustrato de prueba adecuado», dice Koh sobre por qué nadie más ha sido capaz de caracterizar la enzima.

Al ser el primer equipo capaz de observar la acción de la enzima aislada en un entorno casi natural, fueron los primeros en determinar su velocidad de reacción y afinidad, parámetros esenciales para los bioingenieros que trabajan con cualquier enzima.

Koh afirma: «Cuando, como resultado de utilizar el sustrato que diseñé, surgió la dinámica de reacción que se describe en los libros de texto, me sentí muy feliz. Con esto, finalmente podemos caracterizar la naturaleza ‘real’ de la enzima, y ​​mejorarla y aplicarla también a nivel industrial».

Sus simulaciones computacionales mostraron lo que hizo la diferencia entre los intentos anteriores y su enfoque: hasta ahora, los investigadores se habían centrado solo en la ubicación específica dentro del sustrato donde debía ser escindido y, por lo tanto, el sustrato de prueba que usaron básicamente solo consistía en la estructura de conexión.

Sin embargo, el sustrato recién sintetizado de Koh conserva una cola corta de hemicelulosa unida al sitio de reacción, y resultó que es a esta cola a la que se une la enzima cuando realiza su función.

Ahora que los investigadores tienen claros los parámetros de rendimiento y el mecanismo de reacción de la enzima, quieren buscar mejores alternativas en diferentes hongos e intentar modificar químicamente la molécula para ver cómo afecta eso a su rendimiento. Además, los investigadores creen que su sustrato de prueba también desempeñará un papel en el estudio de cómo esta enzima trabaja junto con otras para separar los diferentes componentes de la madera.

Koh concluye: «Creemos que este fue un paso significativo hacia la aplicación industrial del proceso para la generación de productos químicos útiles a partir de este abundante recurso natural».

Fuente: revista comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica