Enzima bacteriana evolucionada, hasta 1.800 veces más eficiente

Fabricar un fármaco o un saborizante alimentario suele implicar oxidar alcoholes, un paso que los químicos realizan habitualmente con oxidantes agresivos a altas temperaturas, lo que deja residuos tóxicos. Los organismos vivos ofrecen una vía más suave. Los hongos producen galactosa oxidasas, enzimas que llevan a cabo las mismas reacciones sobre alcoholes y azúcares simples en condiciones suaves, usando oxígeno. Hasta ahora, las versiones mejor caracterizadas procedían de hongos. Un equipo del Instituto de Tecnología Química y Biológica António Xavier de la Universidad Nova de Lisboa (ITQB NOVA), en Portugal, ha descrito ahora la primera galactosa oxidasa hallada en bacterias, a la que denomina PsGalOx.

La enzima fue difícil de trabajar durante años. «Durante varios años, la enzima resultó excepcionalmente difícil de producir en forma soluble y, por tanto, de caracterizar», explica Lígia Martins, responsable del laboratorio de Tecnología Microbiana y Enzimática del ITQB NOVA. Lo que cambió fue AlphaFold, un sistema de IA cuyas predicciones de estructuras ayudaron al equipo a ver la arquitectura inusual de la enzima e identificar cambios que podían mejorar su producción. La versión bacteriana lleva dos módulos de unión a azúcares casi idénticos junto a su módulo catalítico, una característica que no tienen las versiones fúngicas mejor conocidas. Tomás Frazão, doctorando y uno de los primeros autores del artículo, explica que las dos copias, que comparten alrededor de 80 % de identidad de secuencia, tienen funciones distintas: una mejora la unión al azúcar y la otra contribuye sobre todo a la estabilidad de la proteína. Así, el equipo cuestiona la idea comúnmente aceptada de que estos módulos son intercambiables.

Los investigadores aplicaron después evolución dirigida, que reproduce en laboratorio la selección natural: introdujeron mutaciones y examinaron miles de colonias bacterianas en busca de variantes mejores. Los módulos similares se recombinaron en módulos híbridos únicos, y estas variantes produjeron más proteína soluble. El equipo también comprobó que una mayor actividad no significaba necesariamente que la enzima se hubiera convertido en un catalizador mejor; buena parte de la mejora provino de células que producían más enzima, y reconocerlo fue clave para avanzar. La variante final es entre 40 y 1.800 veces más eficiente para procesar una serie de azúcares y alcoholes.

Para químicos y fabricantes, la ganancia supone una forma potencialmente más limpia de producir intermediarios que alimentan la fabricación de alimentos, fármacos y materiales, ya que la reacción se produce en condiciones suaves con oxígeno. Aún no está claro quién se beneficiará ni cuándo. El equipo prevé seguir diseñando PsGalOx para actuar sobre «sustratos de interés práctico», con el objetivo de obtener un intermediario versátil para aplicaciones alimentarias, farmacéuticas y de materiales, y quiere cartografiar la diversidad evolutiva de las oxidasas bacterianas. No se han anunciado ni un socio industrial ni una fecha comercial.

Los límites son claros. Todos los resultados proceden de trabajo de laboratorio, el rango de 40 a 1.800 veces abarca muchos sustratos distintos en lugar de un solo producto, y la enzima aún no ha sido reportada en ningún proceso industrial. La siguiente prueba será comprobar si las mismas ganancias se mantienen con los azúcares y alcoholes que los fabricantes necesitan realmente.