Eso que muchos consideran suciedad es el resultado de un proceso natural por el cual llegan a la costa hojas de algas, etc. Entre ellas está la posidonia (Posidonia oceanica).
Los ayuntamientos de las zonas costeras invierten en la limpieza de la costa para hacer más agradable la estancia a los turistas. ¿Pero qué hacemos con los residuos? A los de posidonia se les ha dado una aplicación gracias a la colaboración entre el grupo de envases y el grupo de ingeniería industrial de enzimas, al cual pertenezco, del Instituto de Agroquímica y Tecnología de los Alimentos (IATA-CSIC).
Actualmente, el uso de enzimas supone un coste importante en la industria. Si bien es cierto que evitan el uso de sustancias químicas que son contaminantes para el medio ambiente, tienen en contrapartida que la producción de estos puede ser un poco más cara que la del agente químico. Una forma de paliar ese inconveniente es la reutilización de las enzimas.
El principal problema es que la mayoría de enzimas son solubles en el medio en el que catalizan la reacción por ello, rescatarlas para reutilizarlas de nuevo, puede ser un proceso complicado. Por esta razón, la inmovilización enzimática constituye un área de conocimiento muy importante en el campo de investigación de las enzimas industriales.
Hay distintas formas de inmovilización y muchos soportes disponibles. La clave es utilizar un método que sea lo menos agresivo posible para enzima (algunos requieren activadores químicos), que sea fácil de reproducir en condiciones industriales y que el soporte utilizado para la inmovilización sea lo más inócuo y a ser posible biodegradable.
En este estudio, el grupo de envases ha sido el encargado de extraer la celulosa de posidonia para producir materiales en forma de hidrogeles y películas. Por otro lado se ha utilizado otra fuente de celulosa, la caña. La caña de río o Arundo donax es una especie invasora que está causando muchos problemas en la cuenca del Mediterráneo al entorpecer el paso del agua en los cauces y promover el desbordamiento de ríos y ramblas durante los episodios de lluvias torrenciales. Ambos productos de desecho han dado como resultado materiales biodegradables capaces de ser utilizados como soporte para la inmovilización enzimática.
El soporte está claro, ¿pero qué ocurre con la enzima? En este caso se ha utilizado la beta-galactosidasa de Thermotoga maritima (TmLac) de la que ya hablamos en la anterior entrada del blog. Sin embargo, la enzima per se no se va a unir de forma eficaz a este tipo de soportes, se necesita de la ingeniería molecular de enzimas para poder fijarla. De nuevo, en la naturaleza está la respuesta.
Hay enzimas que se encargan de degradar los materiales que se utilizan en este estudio como soporte. Dichos enzimas contienen dominios de reconocimiento del sustrato que son independientes del dominio catalítico. En este estudio esos dominios se han utilizado para construir una beta galactosidasa híbrida capaz de unirse a celulosa. Este dominio, llamado CBM2, procede de otra enzima, una xilanasa del organismo termófilo Pyrococcus furiosus. Mediante técnicas de DNA recombinante se ha creado la enzima híbrida TmLac-CBM2 que sí es capaz de unirse mediante interacciones electrostáticas a los soportes generados a partir de la posidonia y la caña.
Estos soportes bioactivos pueden utilzarse para la obtención de leche sin lactosa, ya que la lactasa de TmLac es capaz de convertir la lactosa de la leche en glucosa y galactosa. Además, la inmovilización permite una fácil separación del producto de reacción y su reutilización en una nueva tanda de hidrólisis.
Graphical abstract. Extraído de Fabra et al., 2019
El estudio muestra una forma de valorizar residuos celulósicos para convertirlos en compuestos bioactivos. Además, este tipo de construcciones híbridas podría aplicarse a otros enzimas y péptidos de interés para la industria posibilitando la creación de los nuevos tipos de envases llamados "inteligentes"
Estos resultados muestran lo importante que son las sinergias entre distintos campos de investigación para converger en resultados que pueden tener una aplicación en la industria actual.
Os dejo la referencia del artículo por si alguno está interesado en ampliar información:
Fabra, M. J., Seba-Piera, I., Talens-Perales, D., López-Rubio, A., Polaina, J., & Marín-Navarro, J. (2019). Revalorization of cellulosic wastes from Posidonia oceanica and Arundo donax as catalytic materials based on affinity immobilization of an engineered β-galactosidase. Food Hydrocolloids, 105633.