A la búsqueda del tesoro en la «materia oscura» de los genomas microbianos
La biomasa, como los residuos agrícolas, los productos forestales y los residuos alimentarios, es un importante recurso en la Unión Europea y se prevé que su suministro anual alcance cerca de mil millones de toneladas en 2030. Gran parte de ella se utiliza como fuente de energía, ya sea fermentada en forma de combustible o quemada directamente. El proyecto financiado con fondos europeos BHIVE buscó el modo de obtener un mayor valor de esta materia prima mapeando la «materia oscura» de los genomas microbianos. «El objetivo era profundizar en las secuencias genéticas con función desconocida, prestando especial atención a aquellas con más probabilidades de transformar la biomasa en productos valiosos», explica la coordinadora del proyecto Emma Master. Todavía se desconoce la función de la mayoría de los genes identificados hasta el momento mediante la secuenciación del genoma. «Es un tesoro oculto de biocatalizadores que podrían desarrollarse para diversos sectores industriales», añade Master. Su equipo en la Universidad de Aalto (Finlandia) estudió secuencias comunes detectadas en múltiples genomas microbianos con la esperanza de encontrar nuevas enzimas que puedan transformar la lignocelulosa, el material fibroso que constituye el componente mayoritario de la materia vegetal seca.
Producto de valor añadido
En los países septentrionales como Finlandia, la biomasa tarda mucho tiempo en formarse y es difícil de procesar, por lo que resulta importante convertirla en productos de mayor valor. «Muchos biocatalizadores desarrollados para esta conversión se basan en la deconstrucción, en convertir la celulosa en azúcares para, mediante la fermentación, obtener combustibles y productos químicos», explica Master. «Nosotros nos centramos en biocatalizadores que mejoran y no degradan». Las enzimas se añadirían a las fibras de celulosa de la pulpa de los árboles, por ejemplo para funcionalizar ese material. Para explorar el espacio genómico sin caracterizar de las plantas, Master y su equipo tuvieron que desarrollar nuevas técnicas. «En la genómica, consigues lo que cribas. Solo podemos descubrir cosas que sabemos observar», añade. «Si no conocemos cuál es la función, ¿cómo seremos capaces de esclarecerla?». En su lugar, el equipo comenzó por los tipos de actividad enzimática que les interesaban y, a partir de ahí, retrocedieron para desarrollar una criba que identificase catalizadores capaces de tales reacciones. Para complicar aún más las cosas, las cribas de enzimas suelen llevarse a cabo en soluciones, pero la lignocelulosa no es soluble. «Tuvimos que reconsiderar cómo buscar esa actividad y desarrollar métodos de marcado fluorescente y de espectrometría de masas que nos permitiesen encontrar cambios en esos sustratos insolubles», comenta Master. El equipo examinó miles de genes y después seleccionó varias centenas para el cribaje de su expresión. «Aplicamos un enfoque de “culpabilidad por asociación”: pistas en el genoma que nos ayudaron a concentrarnos en las secuencias con más probabilidades de ser importantes para la funcionalización de la lignocelulosa», explica. Por último, caracterizaron cerca de cien proteínas.
Nuevas y mejoradas
Varias de las nuevas enzimas descubiertas captaron especial atención. Entre ellas, una enzima aminificadora que puede añadir una función amínica a los polisacáridos. «Esto resulta útil para producir materiales antimicrobianos y polímeros quelantes», señala Master. «Las plantas no producen polisacáridos con aminas en grandes cantidades, pero son útiles para aplicaciones textiles». Además, descubrieron que otra enzima alteraba la estructura de la fibra de celulosa, cambiando su porosidad y flexibilidad, funciones útiles para fabricar textiles como el rayón. «El proceso de fabricación del rayón no es sostenible y hay un gran interés por encontrar un modo más sostenible de generar textiles sustituyendo el algodón por madera», continúa Master. Ahora el trabajo con enzimas continúa en la Universidad de Aalto a través de una colaboración con investigadores en España y Suecia, así como con un socio industrial. «No habríamos logrado esto sin la financiación del Consejo Europeo de Investigación», comenta Master. «Ha sido algo transformador y ha abierto nuevos caminos, tanto para nosotros como para Europa, en la ingeniería de biomateriales y biocatalizadores».
Palabras clave
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