C ientíficos de la Universidad de Warwick en el Reino Unido han desarrollado un método biológico que imita el funcionamiento de las plantas para producir compuestos químicos vitales para aplicaciones en las industrias farmacéutica y agroquímica.

Utilizando enzimas de la misma manera que lo hacen las plantas, los científicos han creado bacterias que «digieren» moléculas para sintetizar nuevos compuestos en un proceso que es reutilizable y genera mínimos desperdicios.

Sus resultados fueron publicados en la revista ACS Catalysis y podrían ayudar a las industrias farmacéutica y agroquímica a hacer que su proceso de fabricación sea más respetuoso con el medio ambiente.

Los científicos se enfocaron ​​en reproducir el proceso llamado vía indol-3-acetamida (IAM), que utilizan las plantas para producir compuestos como amidas indólicas, ácidos carboxílicos y auxinas. Estos compuestos tienen una serie de aplicaciones agroquímicas y farmacéuticas, pero son difíciles de fabricar para la industria, excepto mediante el uso de catalizadores químicos, que producen una gran cantidad de residuos químicos con alta toxididad.

Si bien los científicos conocen desde hace décadas cómo la naturaleza produce estas moléculas, hasta ahora no existía la tecnología que pudiera reproducirlos en un proceso industrial.

Ahora, por primera vez, un equipo con sede en el Centro de Biología Sintética Integrativa de Warwick ha desarrollado un proceso que utiliza enzimas en una serie de reacciones en cascada para descomponer moléculas y sintetizarlas en los compuestos requeridos, de la misma manera que lo haría una planta.

El estudio, financiado por UK Research and Innovation y la Royal Society, fue dirigido por el Dr. Binuraj Menon de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad de Warwick. Menon dijo que “Sabíamos que existen múltiples vías hacia las moléculas de auxina en las plantas. Además, algunas bacterias patógenas para las plantas utilizan estas rutas para infectar y crecer en sus raíces. Sin embargo, al intentar reconstruirlo en un huésped microbiano industrial y amigable siempre nos hemos encontrado con varios problemas funcionales».

“Mediante la ingeniería de estas enzimas, podemos adaptar el proceso para la producción a gran escala, haciéndolo fácilmente accesible, purificable y compatible. La ventaja aquí es la aplicabilidad de estas enzimas, ya que las soluciones enzimáticas existentes para producir amida y ácido carboxílico son desafiantes, consumen mucho tiempo y requieren muchos componentes costosos».

Las enzimas cumplen una variedad de propósitos en los organismos vivos y, a menudo, son más conocidas por formar parte del sistema digestivo humano al descomponer los alimentos. Están involucrados en muchas otras funciones como biocatalizadores, en la aceleración de reacciones químicas. Las enzimas se están investigando como alternativas a los métodos químicos actuales, reduciendo las emisiones y los recursos industriales, una solución ideal para avanzar hacia una producción industrial más ecológica y respetuosa con el medio ambiente.

Para producir las enzimas para este estudio, los científicos utilizaron bacterias no patógenas que fueron diseñadas para sobreexpresarlas. Estas enzimas pueden separarse para reacciones en condiciones suaves y acuosas o las bacterias pueden usarse directamente para reacciones.

Las células bacterianas se reproducen rápidamente y los productos químicos se producen a partir de componentes más baratos como la glucosa, lo que hace que sea fácil de escalar y reutilizar con poco desperdicio o impacto ambiental, como se encuentra a menudo en los catalizadores químicos. Mediante el rediseño de microbios y enzimas, se pueden modificar para que tengan nuevas capacidades y aplicaciones.

Menon agregó que “Básicamente estamos aprovechando el poder de la naturaleza para resolver muchos problemas en las industrias química, farmacéutica, agrícola y manufacturera a través de la ingeniería de microbios y enzimas. La biología sintética utiliza esencialmente la biología con fines sintéticos, y aquí hemos mostrado cómo combinarla y mezclarla con diferentes enzimas se puede usar con muchas moléculas similares».

“En un futuro cercano, la ingeniería adicional y la evolución en laboratorio de estas enzimas nos permitirán preparar moléculas a medida y productos químicos específicos. Las bacterias modificadas también podrían usarse para recubrir semillas para una germinación saludable y el desarrollo de raíces, o como herbicida al ajustar las auxinas, con muchas aplicaciones y posibilidades directas”.

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