Research
Evolutionary convergence of the lignin degradation mechanism
05 Jun 2018
Convergencia evolutiva del mecanismo de degradación de la lignina

En un estudio "paleogenético" publicado en la revista PNAS, el grupo de Biotecnología para la Biomasa Lignocelulósica del Centro de Investigaciones Biológicas ha mostrado que las herramientas moleculares más eficientes que existen hoy en día en la naturaleza para degradar la lignina, un aspecto clave para el reciclado del carbono en los ecosistemas terrestres, aparecieron varias veces durante la evolución de los hongos ligninolíticos.

Para llegar a dicha conclusión Ayuso-Fernández et al. reconstruyeron las secuencias de los ancestros de las peroxidasas ligninolíticas actuales en el orden Poliporales, que agrupa los hongos degradadores de lignina más activos, hasta el ancestro común más reciente. Adicionalmente, se ocuparon de su resurrección mediante expresión heteróloga y caracterización bioquímica, incluyendo la comparación de sus estructuras moleculares y el estudio de su acción sobre sustratos modelo. De esta forma, se ha establecido una correlación entre la aparición independiente de un triptófano catalítico superficial capaz de interaccionar con moléculas voluminosas, y la capacidad para oxidar la lignina (mayoritariamente no-fenólica) en dos líneas distantes dentro de la evolución de las peroxidasas fúngicas analizadas.

La resurrección de estas proteínas ancestrales aporta información más detallada a un estudio previamente publicado en Science en 2012, con la participación del grupo del CIB, donde se estableció que la aparición de los primeros hongos capaces de degradar la lignina, gracias a la presencia de las peroxidasas ligninolíticas, coincidió con el final de la formación de depósitos de carbón en el Carbonífero tardío.

Estas proteínas ancestrales tienen un gran potencial biotecnológico y podrían servir como punto de partida para el diseño racional y la evolución dirigida de enzimas in vitro. En el laboratorio se podría aplicar la presión selectiva que interese (mayor estabilidad a pH o temperatura, por ejemplo) y obtener biocatalizadores que interesen en la industria de la biomasa lignocelulósica.

Este estudio ha sido financiado por la Unión Europea en el marco del proyecto H2020-BBI-PPP-2015-720297.

 

Referencias:
Evolutionary convergence in lignin degrading enzymes. I. Ayuso-Fernández, F.J. Ruiz-Dueñas, A.T. Martínez (2018) Proc. Natl. Acad.Sci. USA.
The Paleozoic origin of enzymatic lignin decomposition reconstructed from 31 fungal genomes. D. Floudas, M. Binder, R. Riley, K. Barry, R.A. Blanchette, B. Henrissat, A.T. Martínez, R. Otillar, J.W. Spatafora, J.S. Yadav, A. Aerts, I. Benoit, A. Boyd, A. Carlson, A. Copeland, P.M. Coutinho, R.P. de Vries, P. Ferreira, K. Findley, B. Foster, J. Gaskell, D. Glotzer, P. Górecki, J. Heitman, C. Hesse, C. Hori, K. Igarashi, J.A. Jurgens, N. Kallen, P. Kersten, A. Kohler, U. Kües, T.K.A. Kumar, A. Kuo, K. LaButti, L.F. Larrondo, E. Lindquist, A. Ling, V. Lombard, S. Lucas, T. Lundell, R. Martin, D. J. McLaughlin, I. Morgenstern, E. Morin, C. Murat, M. Nolan, R.A. Ohm, A. Patyshakuliyeva, A. Rokas, F.J. Ruiz-Dueñas, G. Sabat, A. Salamov, M. Samejima, J. Schmutz, J.C. Slot, F. St.John, J. Stenlid, H. Sun, S. Sun, K. Syed, A. Tsang, A. Wiebenga, D. Young, A. Pisabarro, D.C. Eastwood, F. Martin, D. Cullen, I. V. Grigoriev, D.S. Hibbett. Science 336:1715-1719, 2012.

 

Más información:

Nota de prensa del CSIC