Descripción
Las lacasas son oxidasas multicobre que se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza y están involucradas en una gran variedad de procesos (deslignificación, lignificación, morfogénesis, respuesta a estrés oxidativo en plantas, etc). Debido a su elevada promiscuidad catalítica y bajos requerimientos (sólo requieren O2 del aire y producen H2O en la reacción), las lacasas son biocatalizadores “verdes” por excelencia, con aplicaciones potenciales diversas en procesos de interés industrial y medioambiental. Las lacasas producidas por hongos basidiomicetos de podredumbre blanca de la madera, por su elevado potencial redox, son las de mayor interés biotecnológico en procesos de biorremediación, blanqueo de pastas de papel, síntesis orgánica, diseño de biosensores y biopilas de combustible, y procesamiento de materiales lignocelulósicos para la producción de biocombustibles o de nuevos productos derivados de la celulosa o la lignina.
Para algunas de estas aplicaciones se requiere, no obstante, la presencia de compuestos que actúan como mediadores redox que incrementan muy significativamente la capacidad oxidativa de la enzima y los rendimientos del proceso. Se da la circunstancia de que ciertos compuestos que están presentes en las plantas como extraíbles o formando puentes entre la lignina y las hemicelulosas en la pared celular secundaria de herbáceas o que se liberan durante la oxidación del polímero de lignina actúan como mediadores redox de las lacasas. Su presencia promueve notablemente la degradación catalizada por lacasas de contaminantes aromáticos diversos o del polímero de lignina. La posibilidad de obtener estos mediadores naturales a bajos costes de residuos lignocelulósicos, supone una alternativa eco-sostenible al empleo de mediadores artificiales de costosa síntesis y con posibles derivados tóxicos.
Por otro lado, la explotación biotecnológica de lacasas fúngicas demanda la producción a nivel industrial de enzimas estables y activas en las condiciones de aplicación. Tenemos por tanto que recurrir a la ingeniería de proteínas para obtener altos niveles de expresión y enzimas eficaces y robustas. La evolución molecular dirigida como herramienta de diseño proteico constituye una alternativa altamente prometedora dada la elevada promiscuidad catalítica de estas enzimas y su termoestabilidad. En estudios previos hemos puesto a punto la expresión funcional en S. cerevisiae de lacasas de alto potencial redox procedentes de basidiomicetos empleando técnicas de evolución dirigida. Se cuenta por tanto con estos sistemas de expresión funcional en S. cerevisiae de lacasas de alto potencial redox como punto de partida del proyecto EVOFACEL.
Se combinarán técnicas de creación de diversidad génica in vitro e in vivo (haciendo uso de la maquinaria celular de S. cerevisiae) para la obtención de nuevas lacasas a partir de las genotecas de mutantes disponibles y otros genes de interés. Se pondrá especial énfasis en la creación de genes quimera. Por otro lado, la puesta a punto de nuevos métodos de screening de actividad lacasa basados en el empleo de compuestos naturales derivados de la lignocelulosa de interés biotecnológico, permitirá dirigir la ingeniería de las lacasas hacia la mejora de su actividad catalítica sobre ciertos compuestos fenólicos cuya oxidación puede ser de relevancia para un mejor aprovechamiento de la biomasa vegetal.