Descripción
Las enzimas que catalizan reacciones redox (oxidorreductasas) representan una alternativa ecológica a reactivos químicos agresivos en procesos industriales que incluyen transformaciones oxidativas en la producción de compuestos químicos y otros productos de valor añadido. Los hongos y otros microorganismos representan la fuente más amplia y fácilmente explotable de este tipo de enzimas. Sin embargo, la penetración de las oxidorreductasas microbianas en los mercados industriales es aún baja, a pesar del reciente descubrimiento de enzimas muy prometedoras. El proyecto HIPOP se orienta en primer lugar a la búsqueda de nuevas peroxidasas de basidiomicetos, uno de los tipos más interesantes de oxidorreductasas a causa de su alto potencial-redox y la actividad peroxigenasa descrita en alguna de ellas. La enorme cantidad de recursos genómicos disponibles será explotada para la búsqueda de nuevos genes de peroxidasas. Esto incluirá los diferentes tipos de genes de peroxidasas a ser identificados en un vasto proyecto del JGI (DOE, US) sobre 30 nuevos genomas de basidiomicetos, donde el CIB coordina el análisis de los genes de peroxidasas. La búsqueda en genomas y la expresión heteróloga de genes nos proporcionará una colección de nuevas peroxidasas a evaluar en diferentes reacciones de oxidación. Con este propósito se abordarán algunos de los principales aspectos que limitan la aplicación industrial de este tipo de enzimas (p.ej. su inactivación suicida por peróxido). Además, las propiedades catalíticas de las enzimas más interesantes (incluyendo la actividad mono-oxigenasa auto-suficiente y la oxidación de sustratos voluminosos en la superficie de la proteína mediante transferencia electrónica de largo recorrido serán modulados para una mayor aplicabilidad industrial. En ambos casos se aplicará un diseño racional basado en la información sobre relaciones estructura-función, y se introducirán cambios en las secuencias de aminoácidos mediante mutagénesis dirigida. Este diseño racional requerirá una previa caracterización funcional (incluyendo especificidad y cinéticas de estado estacionario y transitorio), estabilidad (al peróxido y otros factores) y estructural (incluyendo estructuras cristalográficas, residuos catalíticos, y detección de radicales en la proteína). La aproximación anterior será posible por la amplia experiencia del grupo del CIB en estructura-función y relaciones filogenéticas de peroxidasas, junto con colaboraciones seleccionadas con otras instituciones (incluyendo el JGI-DOE, la Universidad de Siena y el Centro de Supercomputación de Barcelona) y grupos del CSIC. De esta manera dispondremos de un repertorio de peroxidasas nuevas y estables con propiedades de interés. El alto potencial redox y amplia especificidad de sustrato de algunas peroxidasas, que incluso serán mejorados en el marco del proyecto, les hace especialmente adecuadas para sustituir a reactivos agresivos en la oxidación de compuestos recalcitrantes. Por otra parte, las peroxidasas con actividad mono-oxigenasa natural, o introducida artificialmente, también tienen un alto potencial biotecnológico en reacciones de oxifuncionalización requeridas en síntesis orgánica, que a menudo son difíciles de conseguir mediante herramientas químicas. El potencial biotecnológico de las peroxidasas nuevas o mejoradas disponibles al final del proyecto HIPOP será evaluado por Novozymes, el EPO del proyecto y líder mundial en la producción de enzimas industriales.
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