Mediante mutaciones al azar se busca mejorar enzimas y ocuparlas como herramienta biotecnológica en la elaboración de alimentos, entre otros.
Actualmente hay un número cada vez mayor de procesos industriales que están cambiando hacia prácticas más sustentables y verdes. Es por ello que investigadores de la Universidad de La Serena desarrollan una novedosa estrategia de mutación genética de enzimas, que permitiría la transformación de diferentes moléculas en alimentos, tales como grasas, proteínas y carbohidratos, mediante procesos y condiciones menos agresivas que la realizada con componentes químicos.
Las enzimas son proteínas especializadas capaces de acelerar la velocidad de una reacción química, promoviendo así la transformación (síntesis o degradación) de diferentes moléculas en productos específicos. Además, el reducido volumen de desechos que generan sus procesos ha permitido que estos biocatalizadores se posicionen como elementos preponderantes en diversos sectores industriales, como el alimentario, detergentes y limpieza.
El Dr. Ronny Martínez, académico e investigador del Departamento de Ingeniería en Alimentos de la ULS, detalla que las enzimas se aplican como herramientas biotecnológicas en muchos productos de nuestra rutina diaria, como en la fabricación de alimentos como el pan, jugos, leche sin lactosa, medicamentos, detergentes, donde las enzimas transforman moléculas a nivel microscópico. Aun así, muchas de las enzimas empleadas presentan limitaciones debido a su baja resistencia a altas temperaturas, solventes, o pH extremos.
“La investigación trata de proponer y someter a pruebas de laboratorio una nueva estrategia de mutación genética que genere enzimas que permita introducir una diversidad a fin de encontrar nuevas versiones de esa enzima para aplicaciones que requieren su mejoramiento. Mientras mejores sean las enzimas a nuestra disposición, más procesos vamos a poder realizar enzimáticamente que, desde el punto de vista ecológico, muchas veces es mejor que los procesos químicos tradicionales y las condiciones de trabajo y residuos que producen actualmente. A nivel industrial, realizar una reacción enzimática en agua y en un pH moderado, es mucho más amigable con el medio ambiente que realizar una reacción química en solventes orgánicos o en medios ácidos o alcalinos”, manifestó el investigador.
Martínez señala que, en la naturaleza, una enzima tiene una función específica y aquella muchas veces corresponde a lo que se necesita en el sector industrial o médico y se puede ocupar como herramienta biológica, solamente que las condiciones en las cuales se realiza esta reacción pueden variar.
La premisa de la investigación es buscar estrategias para generar nuevas enzimas, desde una enzima parental. que podrían utilizarse en un sin número de cosas. Realizando mutaciones al azar en un laboratorio, se pueden alterar para convertirlas en versiones mejores para procesos industriales.
Las enzimas en general están hechas para funcionar en un organismo a una temperatura determinada, al sacarla de su ambiente natural y exponerla a frio o calor, la enzima ya no está en sus condiciones óptimas y deja de funcionar, “entonces la ingeniería de proteínas lo que hace es modificar esas enzimas para que puedan cumplir el desempeño que uno requiere a nivel de aplicación. Para encontrar una versión que accione en otros escenarios, muchas veces no-naturales, lo que se hace es la evolución en laboratorios, exponiéndolas a esas condiciones y seleccionándolas entre miles de candidatas que se generaron mediante estas mutaciones”.
En el caso particular de la investigación, parte del proyecto Fondecyt Regular 1170219, el académico manifiesta, que la estrategia es eliminar ciertas partes a la enzima en su estructura y realizar mutaciones al azar en la versión resultante, generando una estrategia parecida a la evolución dirigida, para observar si genera cambios favorables. “Con ello obtienes miles de variantes, porque la combinatoria es muy grande. Si tengo una proteína de 100 aminoácidos, cada uno de ellos se puede reemplazar por los otros 19 aminoácidos, por tanto, se debe desarrollar sistemas que te permitan observar muy rápidamente a través microplacas en el laboratorio, para determinar qué tipo de cambio disminuye o inactiva la actividad a la enzima, y cuales mejoran su actividad, que son las variantes más escasas, pero hay que encontrarlas”.
La ventaja, a juicio del investigador, es que “al ser proceso biológico, que se realiza principalmente en agua, la enzima es una proteína, el residuo que se genera es biodegradable. La producción se hace biológicamente y deshacerse de biomasa, como un extracto de levadura, por ejemplo, es mucho más fácil que deshacerse de miles litros de ácido o solventes tóxicos. Eso lo lleva a una economía más verde”.
Un ejemplo de ello es la producción de glucosa desde almidón. El almidón tiene un proceso muy extenso a través de ácido y una exposición a altas presiones y temperatura, para transformarse en glucosa. “Si tú lo haces enzimáticamente, puedes hacerlo a temperatura ambiente, con un PH relativamente neutro, que convierte el almidón en glucosa y a un costo mucho menor energéticamente y menos peligroso para los operadores”. Cada vez que reemplazamos procesos químicos tradicionales por procesos enzimáticos o biocatalíticos, estamos ayudando a que los procesos sean más ecológicos, sustentables, y potencialmente de mejor calidad, en el caso de los alimentos”.
Escrito por Sergio Muñoz, Oficina de Divulgación y Difusión de la Ciencia y la Tecnología
Para lo anterior, el experto recomendó que “hay que tener en cuenta que es natural y normal que estemos dados a perder la calma en estos días. No debemos considerarlo como un problema psicológico, sino porque la situación es anormal, por tanto, lo normal es que surjan ciertos conflictos. Es importante que cada uno en su grupo familiar reconozca y piense qué cosas sencillas le dan calma, hay pequeñas acciones que son favorables para este momento que estamos viviendo. Las personas tenemos formas, pero muchas veces las olvidamos y ahora es el momento de recordarlas para usarlas en estos días”.
