Descripción
Proyecto TED2021-129264B-C31 financiado por MICIU/AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea NextGenerationEU/PRTR.
El objetivo de OxyLipids es producir compuestos bio-basados, para sustituir compuestos derivados del petróleo, a partir de la oxigenación selectiva de lípidos vegetales utilizando peroxigenasas diseñadas computacionalmente. OxyLipids pretende así contribuir tanto a los objetivos de la transición verde como de la transición digital, y a la sinergia entre ambas.
El proyecto comenzará con la extracción de datos por el Centro de Supercomputación de Barcelona (BSC, subproyecto 3) a partir de genomas secuenciados y otras fuentes, donde se pueden identificar más de 4000 genes de tipo peroxigenasa. A continuación, se obtendrán las estructuras moleculares de una selección de secuencias utilizando el software AlphaFold, lo que permitirá al BSC generar cientos de predicciones precisas en muy poco tiempo. Este enfoque de aprendizaje automático (Nature 596, 583-589, 2021) representa un avance sin precedentes en el estudio de las proteínas y hará posible superar el cuello de botella en el modelado de estas enzimas debido a la escasez de estructuras cristalográficas. Esta información permitirá al BSC (i) identificar nuevos tipos de peroxigenasas y diseñarlas "de novo", y (ii) (re)diseñar las estructuras de peroxigenasas para la conversión de los sustratos lipídicos diana.
En ambos casos, las secuencias serán transferidas al Centro de Investigaciones Biológicas "Margarita Salas" del CSIC (CIB, subproyecto 1) para su conversión en enzimas activas (ahora solo disponemos de un puñado de enzimas de tipo peroxigenasa). La mayoría de los genes de peroxigenasas conocidos son de origen fúngico y su expresión heteróloga representa un nuevo desafío a abordar. Aunque también se evaluarán otras alternativas, abordaremos su expresión en Escherichia coli como proteínas de fusión, o su coexpresión, con chaperonas moleculares o foldasas, dos opciones no ensayadas previamente para obtener peroxigenasas solubles y activas. Se empleará el mismo método para expresar las secuencias nuevas o diseñadas por el BSC, y las variantes tras mutagénesis dirigida en el CIB, siendo todas ellas caracterizadas (en términos de actividad y estabilidad) antes de ser transferidas para su evaluación experimental en reacciones de oxigenación selectiva.
Estos últimos estudios, por el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla del CSIC (IRNAS, subproyecto 2), se centrarán en la epoxidación enzimática de ácidos grasos insaturados procedentes de aceites vegetales para producir epóxidos reactivos, aunque también se analizarán derivados hidroxilados y dicarboxílicos. Los lípidos epoxidados son de interés para la industria química, incluyendo adhesivos bio-basados como alternativa a adhesivos basados en formaldehído, mientras que los otros derivados podrían sustituir monómeros derivados del petróleo en la síntesis de polímeros plásticos. Para lograr resultados de interés industrial, se optimizarán parámetros importantes de las reacciones (especialmente la carga de sustrato y la concentración de peróxido) y se caracterizarán químicamente los productos obtenidos hasta alcanzar la regioselectividad y estereoselectividad en las reacciones (un tercer desafío en OxyLipids).
Gracias a sucesivas iteraciones de estudios experimentales y computacionales (i) se aumentará progresivamente la selectividad enzimática para producir compuestos químicos bio-basados y (ii) se desarrollará una nueva plataforma digital de gran interés en la búsqueda e ingeniería de estas (y otras) enzimas.
Miembros