¿Cómo optimizar la Enzima que descompone el plástico PET? Para comprender cómo funciona el biocatalizador, el autor principal, Konstantin Richter, utilizó por primera vez cristales para dilucidar la estructura espacial de la enzima en su tesis doctoral. “En cierto modo, estábamos haciendo un seguimiento a la determinación de la primera estructura de una enzima degradante de PET”. Esto lo comenta el profesor Norbert Sträter, que dirige las investigaciones cristalográficas.
“Eso fue hace casi diez años, cuando Wolfgang Zimmermann estableció esta investigación de enzimas biotecnológicas en Leipzig”. Los científicos informan sobre sus nuevos hallazgos en la edición actual de la prestigiosa revista Nature Communications.
Para extraer los secretos de la aceleración de reacción altamente eficiente de PHL7 de las estructuras cristalinas estáticas, Christian Sonnendecker contó con la ayuda de otros expertos en su investigación. Los grupos de trabajo dirigidos por Georg Künze y Christian Wiebeler emplearon simulaciones informáticas de la dinámica de proteínas.
Así como cálculos químicos cuánticos para comprender el mecanismo de reacción. Y en particular, la contribución de los aminoácidos individuales a la unión del polímero PET. Además de para diseñar mejores enzimas. «Estas predicciones y cálculos son extremadamente útiles para mejorar racionalmente una enzima», explica Sonnendecker. «Pero al final, por supuesto, el experimento y el experimentador deciden».
Coincidencias
Hubo una coincidencia considerable entre los datos experimentales y los cálculos teóricos. «Nos dimos cuenta de los cambios que podían hacerse en la enzima mediante ingeniería genética. Y pudimos aumentar aún más tanto su actividad como su estabilidad. Algo que es de enorme importancia para las aplicaciones técnicas».
“Una unión demasiado fuerte de la enzima al sustrato plástico polimérico sería contraproducente, explica el bioquímico con respecto al mecanismo de deslizamiento propuesto, según el cual un canal de unión conduce el sustrato al centro activo. “A veces, menos es más”, dice Sonnendecker.
Cuando se le preguntó qué depara el futuro a esta la investigación, Sonnendecker explica sus planes para la red de investigación interdisciplinaria. “Junto con el experto Jörg Matysik, queremos utilizar métodos recientemente desarrollados de espectroscopia de resonancia nuclear para investigar la unión de la enzima al sustrato polimérico”.
“Esto acercará nuestros experimentos más que nunca a los procesos reales de interacción proteína-plástico”. Ya se está trabajando en la tercera generación de la enzima, extendiendo el diseño racional humano para incluir la predicción de máquinas usando inteligencia artificial”.
“Para esto, tenemos métodos de detección completamente nuevos a nuestra disposición. Como la llamada plataforma de espectroscopia de impedancia desarrollada recientemente por Ronny Frank, que alimenta datos de entrenamiento de alta calidad a la IA”, explica Sonnendecker.
Sin embargo, el investigador de carrera temprana del Instituto de Química Analítica de la Universidad de Leipzig ve el futuro principalmente en los bioplásticos. Puesto que estos se basan en materias primas renovables en lugar en petróleo. Y también son más fácilmente biodegradables desde el principio.
“A mediano plazo, estamos estableciendo una alternativa tecnológica a la industria de plásticos dominada por fósiles y creando almacenamiento artificial de CO2”, dice Sonnendecker, quien ve un “futuro verde con miras a las materias primas de origen vegetal, que ayuden a mitigar el calentamiento global, en vez de a empeorarlo. ¿Cómo optimizar la Enzima que descompone el plástico PET?
Referencias: publicación en la revista Nature Communications
