Responsable/s del laboratorio
intro
Los objetivos científicos de nuestro grupo están relacionados con:
- Proporcionar conocimiento sobre la biodegradación de la biomasa vegetal por hongos con especial énfasis en la biodegradación de lignina, un proceso clave para el reciclaje del C en la naturaleza y para el aprovechamiento integral de la biomasa vegetal como materia prima renovable frente al uso de recursos fósiles.
- Promover el uso de estos organismos y sus enzimas (mejoradas en el laboratorio por ingeniería de proteínas, diseño computacional y biología sintética) para la conversión industrial de materias primas renovables en productos químicos o materiales bio-basados, incluyendo la síntesis de bioplásticos.
- Contribuir de esta forma al concepto de (Bio)economía Circular a través de procesos industriales más sostenibles, eficientes y limpios (y con menor huella de carbono) en los que no se generan o se aprovechan los residuos (agrícolas, forestales o industriales), así como promoviendo la valorización y reciclaje de los polímeros plásticos derivados del petróleo.
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Para alcanzar los objetivos anteriores, el primer paso es desvelar la composición y funcionamiento de las maquinarias enzimáticas responsables de la transformación de la biomasa vegetal por diferentes especies de hongos saprófitos. Estos estudios incluyen análisis secretómicos, transcriptómicos y de genómica comparada, completados con análisis químicos de los sustratos degradados, y son fundamentales para el descubrimiento de nuevas enzimas. Nuestro grupo es experto en las enzimas oxidorreductasas implicadas en la biodegradación del polímero de lignina y otros compuestos aromáticos de gran interés biotecnológico: oxidasas multicobre, hemo-peroxidasas, flavo-oxidasas y hemo-peroxigenasas. Asimismo, llevamos a cabo estudios filogenéticos y evolutivos de estas enzimas, y la reconstrucción computacional y posterior resurrección y caracterización de enzimas ancestrales. Así podemos conocer los cambios que cada familia de enzimas ha experimentado durante su evolución, que han dado lugar a las propiedades de las enzimas actuales, los cuales proporcionan valiosa información para el diseño de nuevas enzimas como biocatalizadores industriales.
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Las enzimas actuales o resucitadas más interesantes desde un punto de vista biotecnológico, expresadas en hospedadores heterólogos adecuados, son sometidas a ingeniería de proteínas mediante evolución dirigida y diseño racional, combinados con diseño computacional, para mejorar sus propiedades o para conferirles las nuevas funcionalidades requeridas para cada aplicación específica. El objetivo es aplicar las nuevas enzimas como biocatalizadores en la conversión de materiales vegetales en compuestos de valor añadido o en componentes de productos bio-basados, desarrollando reacciones de oxidación y oxifuncionalización de interés en Química Verde como las investigadas actualmente en los proyectos FurEnPol (PLEC2021-007690), LIG2PLAST (PID2021-126384OB-I00) y OxyLipids (TED2021-129264B) liderados por nuestro grupo. Recientemente, hemos comenzado una acción de innovación financiada por el programa Horizonte Europa (proyecto ROBUSTOO, HORIZON-CL6-2023-CIRCBIO-01-101135119, https://www.robustoo.eu) y coordinada por nuestro grupo, cuyo objetivo es capitalizar los resultados de anteriores proyectos financiados por la UE, WoodZymes (https://woodzymes.eu), SusBind (https://susbind.eu), y EnzOx2 (https://www.enzox2.eu). En ellos habíamos constatado la aplicabilidad de tres tipos de enzimas oxidativas, peroxigenasas inespecíficas (UPO), lacasas e hidroximetilfurfural oxidasas (HMFO), para conseguir una producción novedosa y más ecológica de productos químicos y materiales a partir de diferentes componentes vegetales. Para explotar todo su potencial industrial, en ROBUSTOO estamos desarrollando nuevas enzimas más robustas, adaptadas a las condiciones de aplicación industrial, y su producción a gran escala.
Finalmente, participamos en la Plataforma Temática Interdisciplinar del CSIC SusPlast sobre "Plásticos Sostenibles para una Economía Circular" desde su lanzamiento, con el objeto de contribuir con soluciones biotecnológicas a la producción de plásticos bio-basados a partir de fuentes renovables y la transformación y reciclaje de polímeros derivados del petróleo. Como parte de la PTI+ somos responsables de la Planta Piloto de Diseño de Biocatalizadores enzimáticos.
Las actividades realizadas por nuestro grupo se alinean con varios de los retos de cambio global propuestos en la Estrategia CSIC 2025. En este sentido, contribuimos activamente a encontrar respuestas a desafíos científicos con un alto impacto social, como los incluidos en los proyectos WoodZymes, SusBind y FurEnPol mencionados anteriormente. Del mismo modo, nuestro trabajo de investigación queda recogido en patentes y publicaciones internacionales de primer nivel y de alto impacto, fruto de colaboraciones de carácter interdisciplinar, que nos han permitido consolidar colaboraciones con universidades, centros de investigación y empresas nacionales, europeos y estadounidenses.
Miembros
Francisco Javier Ruiz Dueñas |
Susana Camarero Fernández |
Juan Rogelio Carro Aramburu |
Marta Pérez Boada |
María Dolores Línde López |
Ivan Ayuso Fernandez |
Maria Isabel Sanchez Ruiz |
Rodrigo Angel Rincon Sanz |
Gonzalo Molpeceres Garcia |
Roberto Sevilla Ortega |
Blanca Horta Reques |
Beatriz Vazquez Gonzalez |
Diego Cabrera Fernandez |
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Publicaciones seleccionadas
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Välimets S, Schwaiger L, Bennett A, Maresch D, Ludwig R, Hann S, Linde D, Ruiz-Dueñas FJ, Peterbauer C [2024]. Dye-Decolorizing Peroxidases Maintain High Stability and Turnover on Kraft Lignin and Lignocellulose Substrates. ACS Omega 9:45025
Sánchez-Ruiz MI, Santillana E, Linde D, Romero A, Martínez AT & Ruiz-Dueñas FJ [2024]. Structure–function characterization of two enzymes from novel subfamilies of manganese peroxidases secreted by the lignocellulose-degrading Agaricales fungi Agrocybe pediades and Cyathus striatus. Biotechnol Biofuels Bioprod 17, 74
Kapich AN, Suzuki H, Hirth KC, Fernández-Fueyo E, Martínez AT, Houtman CJ, Hammel KE [2024]. The white rot basidiomycete Gelatoporia subvermispora produces fatty aldehydes that enable fungal manganese peroxidases to degrade recalcitrant lignin structures. Appl. Environ. Microbiol. https://doi.org/10.1128/aem.02044-23
Aza P and Camarero S [2023]. Fungal Laccases: Fundamentals, Engineering and Classification Update. Biomolecules 13:1716
Rodríguez-Escribano D, de Salas F, Pliego R, Marques G, Levée T, Suonpää A, Gutiérrez A, Martínez AT, Ihalainen P, Rencoret J and Camarero S [2023]. Depolymerisation of Kraft Lignin by Tailor-Made Alkaliphilic Fungal Laccases. Polymers, 15:4433
Aza P, Linde D, Molpeceres G, Vind J, Medrano FJ and Camarero S [2023]. Role and structure of the small subunit forming heterodimers with laccase-like enzymes. Protein Sci. 32:e4734
Ferreira P, Carro J, Balcells B, Martínez AT, Serrano A [2023]. Expanding the Physiological Role of Aryl-Alcohol Flavooxidases as Quinone Reductases. Appl. Environ. Microbiol. 89:e01844-22
Sierra-Patev S, Min B, Naranjo-Ortiz M, Looney B, Konkel Z, Slot JC, Sakamoto Y, Steenwyk JL, Rokas A, Carro J, Camarero S, Ferreira P, Molpeceres G, Ruiz-Dueñas FJ, Serrano A, Henrissat B, Drula E, Hughes KW, Mata JL, Ishikawa NK, Vargas-Isla R, Ushijima S, Smith CA, Donoghue J, Ahrendt S, Andreopoulos W, He G, LaButti K, Lipzen A, Ng V, Riley R, Sandor L, Barry K, Martínez AT, Xiao Y, Gibbons JG, Terashima K, Grigoriev IV, Hibbett D [2023]. A global phylogenomic analysis of the shiitake genus Lentinula. Proc. Natl. Acad. Sci. 120:e2214076120
Aza P, Molpeceres G, Vind J, Camarero S [2023]. Multicopper oxidases with laccase-ferroxidase activity: Classification and study of ferroxidase activity determinants in a member from Heterobasidion annosum s. l.. Comput. Struct. Biotechnol. J. 21:1041-1053
Rodríguez-Escribano D, Pliego-Magán R, de Salas F, Aza P, Gentili P, Ihalainen P, Levée T, Meyer V, Petit-Conil M, Tapin-Lingua S, Lecourt M, Camarero S [2022]. Tailor-made alkaliphilic and thermostable fungal laccases for industrial wood processing. Biotechnol. Biofuels, 15: 149
Almeida N, Meyer V, Burnet A, Boucher J, Talens-Perales D, Pereira S, Ihalainen P, Levée T, Polaina J, Petit-Conil M, Camarero S and Pinto P [2022]. Use of a Novel Extremophilic Xylanase for an Environmentally Friendly Industrial Bleaching of Kraft Pulps. Int. J. Mol. Sci. 23:13423
Ayuso-Fernández I, Molpeceres G, Camarero S, Ruiz-Dueñas FJ and Martínez AT [2022]. Ancestral sequence reconstruction as a tool to study the evolution of wood decaying fungi. Front. Fungal Biol. 3:1003489
Linde D, González-Benjumea A, Aranda C, Carro J, Gutiérrez A and Martínez AT [2022]. Engineering Collariella virescens Peroxygenase for Epoxides Production from Vegetable Oil. Antioxidants 11:915
Linde D, Santillana E, Fernández-Fueyo E, González-Benjumea A, Carro J, Gutiérrez A, Martínez AT and Romero A [2022]. Structural Characterization of Two Short Unspecific Peroxygenases: Two Different Dimeric Arrangements. Antioxidants 11:891
Fondos
La financiación pública (EU y nacional) aparece recogida en la lista siguiente que incluye: i) Título del proyecto, ii) IP (o coordinador); iii) Subvención; iv) Entidad financiadora y referencia; y v) Duración.
A. Los proyectos actualmente en curso se encuentran listados a continuación:
1) "Biocatalizadores industriales robustos con actvidad peroxigenasa, fenol-oxidasa o furfuril-oxidasa producidos en huéspedes bacterianos y fúngicos" (ROBUSTOO), UE Horizonte Europa, Coordinadora S. Camarero, Ref. HORIZON-CL6-2023-CIRCBIO-01-101135119, Financiación total 4.45 M€, CIB 920.000 € (2024-27)
2) "Lecciones extraídas de la biodegradación de la lignina para la degradación de plásticos no hidrolizables" (LIG2PLAST), IPs: S Camarero/FJ Ruiz-Dueñas, MICIN/FEDER, Ref. PID2021-126384OB-I00/MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033/FEDER, UE, Financiación: 290.400 € (2022-26)
3) "Hacia la peroxigenación selectiva de lípidos vegetales como nuevas materias primas industriales en una fabricaciób bio-inteligente" (OxyLipids), IPs: FJ Ruiz-Dueñas/AT Martínez, Proyectos de Investigación orientados a la Transición Ecológica y Digital – 2021, Ref. TED2021-129264B/AEI/10.13039/501100011033/European Union NextGenerationEU/PRTR, Financiación total 925.750 €; CIB 281.750 € (2022-2024)
4) “Síntesis y Reciclado Enzimático de Polímeros Furánicos Biobasados” (FURENPOL), IPs: AT Martínez/FJ Ruiz-Dueñas, Proyectos de Investigación en Líneas Estratégicas – 2021, Ref. PLEC2021-007690/AEI/10.13039/501100011033, Financiación total: 1.038.039 €; CIB: 310.406 € (2021-2024)
B. Proyectos anteriores más relevantes sobre temas relacionados:
"Extremozimas para obtener componentes de la madera: de la fábrica de pasta a los tableros y productos aislantes" (WoodZymes) UE H2020, Coordinadora S. Camarero, Ref H2020-BBI-JTI-2017-792070, Financiación 3253873 €; CIB 738340 € (2018-21), www.woodzymes.eu
"Desarrollo y producción a escala piloto de adhesivos bio-basados sostenibles para paneles de madera" (SusBind), UE H2020, IP-CIB A.T. Martínez, Ref H2020-BBI-JTI-2017-792063; Financiación 4414418 €; CIB 756170 € (2018-22), www.susbind.eu
"Genomas de basidiomicetos para las biorrefinerias de lignocelulosa" (GENOBIOREF), IPs: F.J. Ruiz-Dueñas/S. Camarero, MINECO/FEDER (BIO2017-86559-R) Financiación 302500 € (2018-22)
“Biotecnología para la Lignocelulosa: hacia el uso integral de la biomasa vegetal como materia prima renovable”. Acciones de dinamización “Redes de Excelencia”. MINECO. Ref. BIO2017-90757-REDT, Financiación: 15000 €; 2018 -2020; IP: S. Camarero
"Nuevas tecnologías de oxidación/oxifuncionalización enzimática para obtener productos bio-basados de alto valor añadido" (EnzOx2), UE H2020, Coordinador A.T. Martínez, IP-CIB F.J. Ruiz-Dueñas, Ref H2020-BBI-PPP-2015-2-720297, Financiación total concedida 3000000 €; CIB 606000 € (2016-19), www.enzox2.eu
"Nuevas enzimas oxidativas para una industria sostenible" (NOESIS), IPs S. Camarero/F.J. Ruiz-Dueñas, MINECO (BIO2014-56388-R). Financiación: 302500 € (2015-17)
“Red Temática sobre Retos enzimáticos, químicos y de ingeniería para la utilización de los recursos agroforestales no alimentarios (lignocelulosa) en una bio-economía más sostenible y menos contaminante”. (RED LIGNOCEL). INIA-Proyectos de investigación fundamental orientada y acciones complementarias en el marco del programa estatal de i+d+i orientada a los retos de la sociedad. AC2014-00017-00-00; 2015 (Financiación: 6000 €) y AC2015-00008-00-00. 2016 (Financiación 5000 €). IP: S Camarero. www.redlignocel.es
"Optimized oxidoreductases for medium and large scale industrial biotransformations" (INDOX), EC FP7, Coordinador A.T. Martínez, IP-CIB F.J. Ruiz-Dueñas, Ref KBBE-2013-7-613549, Financiación total concedida 7825824 €: CIB 928654 € (2013-16) www.indoxproject.eu
"Novel and more robust fungal peroxidases as industrial biocatalysts" (PEROXICATS), FP7, Coordinador A.T. Martínez, IP-CIB F.J. Ruiz-Dueñas, Ref KBBE-2010-4-265397, Financiación total concedida 2 999 350 euros: CIB 732 114 euros, 2011-13 www.peroxicats.org
“Optimised pre-treatment of fast growing woody and nonwoody Brazilian crops by detailed characterisation of chemical changes produced in the lignin-carbohydrate matrix” (LIGNODECO), FP7, IP-CSIC A.T. Martínez, Ref KBBE-2009-3-244362, Financiación total concedida 2 988 220 euros: CIB 450 000 euros, 2010-2012
“White biotechnology for added value products from renewable plant polymers: Design of tailor-made biocatalysts and new industrial bioprocesses” (BIORENEW); A.T. Martínez (coordinador); presupuesto total: 14 683 137 euros, subvencion de la UE: 9 500 000 euros; subvención CIB: 1 012 368 euros; Prioridad-3 (NMP) de FP6 de la UE, NMP2-CT-2006-026456-2; 2006-2010, www.biorenew.org