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Tecnología

Simientes de autonomía

Un grupo de Ribeirão Preto crea alternativas para la producción nacional de enzimas

El día en que las industrias químicas brasileñas resuelvan hacer más refinada la hoy modesta producción de enzimas -una vasta clase de proteínas indispensables para producción de alimentos, bebidas y detergentes-, no tendrán que comenzar de cero. Ni buscar ese conocimiento muy lejos. En Ribeirão Preto, un grupo de biólogos produce por lo menos 30 enzimas de interés industrial o científico, muchas de éstas que aún siguen importándose, partiendo de alrededor de 15 hongos que actúan a temperaturas relativamente altas (arriba de 37 °C), una propiedad rara que disminuye el riesgo de contaminación por otros microorganismos. Otra innovación: la materia prima empleada está constituida por residuos de industrias o plantíos: bagazo de caña de azúcar o marlos de maíz, por ejemplo. En comparación con los métodos habituales de producción, basados en azúcares importados, el resultado es equivalente.

Aunque en pequeña escala, sujeta de ajustes para llegar a una escala industrial, la producción del Departamento de Biología de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de la Universidad de São Paulo (USP) muestra incluso alternativas para producción de enzimas nobles como las fosfatasas, aún enteramente importadas. Ésta son utilizadas en tests de medicamentos y alimentos (diferencian la carne de cerdo o de vaca) y en biología molecular (permiten el engarce de secuencias genéticas en fragmentos de ADN). Las fosfatasas se encuentran entre las más caras: 100 miligramos de uno de sus tipos, la alcalina, cuestan 300 dólares.

En la USP de Ribeirão Preto, dos equipos coordinados por João Atílio Jorge y Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli, demostraron que las fosfatasas pueden producirse -de manera mucho más económica – a partir de hongos del género Aspergillus, que toman la forma de granos ocre después de crecer. Existen por lo menos tres alternativas: el Neurospora crassa, un moho anaranjado, el Scytalidium thermophilum y el Humicola grisea variación thermoidea, ambos negros. Cuando los hongos son alimentados con bagazo de caña, en la proporción de 1 gramo de residuo por 100 mililitros de medio de cultivo, producen enzimas que -se estima- cuestan decenas de veces menos que sus equivalentes importados.

Pero no es solamente por ahí que puede modificarse la producción nacional, todavía poco variada. Incluso la producción de enzimas comunes podría optimizarse. Es el caso de la amilasa, de amplio uso en la fabricación de dulces, galletitas, remedios y bebidas, producida allí con el Aspergillus, el Rhizopus, uno de los causantes del moho del pan, y el Neurospora crassa y sus mutaciones, entre otros.

Bagazo y azúcares
En un artículo publicado en feberero en el Journal of Industrial Microbiology e Biotechnology, Polizeli demuestra cómo se puede innovar en el modo a través del cual el Aspergillus phoenicis libera xilanasas, enzimas que fragmentan un tipo de azúcar, la xilana, el principal componente de la hemicelulosa, que forma las paredes de las células vegetales. Según ella, las xilanasas pueden reducir el uso de cloro y ácidos en la producción de papel, y ésta es apenas una de sus posibilidades de empleo industrial.

Normalmente, esta enzima es producida a partir de xilana (1,50 dólares el gramo). Creciendo en residuos industriales, este Aspergillus – aislado del suelo y del bagazo de caña de los alrededores de Ribeirão Preto – produjo xilosidasas en niveles comparables: 278,3 unidades por miligramos en xilana y 219,9 en bagazo de caña. Otra comparación fue realizada con xilosa, otro azúcar importado (40,00 dólares por cada 100 gramos), con resultados parecidos: 146,7 unidades por miligramos en xilosa y 112,3 en marlos de maíz. Se realizaron también experiencias exitosas con paja de arroz, harina de mandioca y salvado de trigo, y hasta con papel de filtro. Dándoles materiales sencillos, pero en abundancia, los hongos también responden generosamente.

“Conocemos aquello que os hongos producen y cuál de ellos produce más aquello que pretendemos”, comenta Jorge, al resumir el trabajo de por lo menos 20 años de un grupo de trabajo que juntó simplicidad en los métodos y materiales de trabajo con autonomía, y visión de conjunto con una sólida perspectiva para aplicar los conocimientos que nacen de las investigaciones. Jorge guarda una colección con cerca de 100 muestras de hongos retirados de plantas, suelos o materia en descomposición. Maria de Lourdes formó su propio acervo, que ya cuenta con 30 muestras. Esto no es raro: pueden obtenerse bancos de microorganismos incluso sin costos. Más difícil es, evidentemente, descubrir qué hacer con ellos.

Los dos equipos trabajan con dos categorías de hongos: los termófilos, que se desarrollan mejor a temperaturas superiores a los 37° C, como el Aspergillus phoenicis, y los mesófilos, cuyas condiciones ideales de crecimiento se encuentram entre los 20 y los 37° C, como el Neurospora. Con el tiempo, comprobaron que las especies termófilas de hongos generalmente producen enzimas en mayor cantidad que las delotro grupo. Un punto a favor de la simplicidad: las enzimas liberadas por los aficionados al calor son también más estables. Ana Carolina Segatto Rizzatti, una de las doctorandas del grupo, sometió una xilanasa a un baño de 60°C durante cuatro horas y nada se modificó.

Siendo tan resistentes, las enzimas de los hongos termofílicos pueden ser almacenadas a temperatura ambiente y transportadas sin cámaras refrigeradas, aún indispensables en ese área. Otra ventaja: la contaminación es baja. “Es difícil que las bacterias más comunes sobrevivan a la misma temperatura que los hongos termofílicos”, dice Maria de Lourdes. El grupo de Ribeirão Preto colecciona también hallazgos sobre la biología de los hongos, como resultado de dos proyectos que cuentan con el apoyo de la FAPESP. El año pasado, en un estudio con el Chaetomium thermophilum, Jorge provó que la enzima maltooligosil trealosa sintasa también es producida por hongos. Se pensaba que las bacterias eran los organismos más simples capaces de sintetizar esa enzima, que rompe la trealosa, un tipo de azúcar que existe también en algas, plantas e insectos.

El azúcar del futuro
Ya se sabía que la trealosa mitiga los efectos del frío. La novedad es que puede proteger a la planta también contra el calor excesivo, de acuerdo con los resultados del doctorado de Ana Carla Medeiros Morato de Aquino con el Rhizopus microsporus, variedad rhizopodiformis. Jorge recuerda que la trealosa es vista como el azúcar del futuro: podría ser usada como un protector de macromoléculas para aumentar el tiempo de validez de las vacunas, por ejemplo.

El equipo de la USP conoce tanto su potencial como sus propios límites. “Por ahora está todo bien, en el laboratorio”, asegura Jorge. Él lo sabe: antes de hacer viables enteramente las aplicaciones industriales, sería necesario cumplir algunas etapas. Una de ellas es ampliar la escala de producción, manteniendo el rendimiento: el laboratorio produce en promedio un litro de enzimas por vez, mientras que en las industrias, los tanques de producción tienen, digamos, cien mil litros. “Tenemos un supermercado, pero nos faltan compradores”, compara. Un supermercado que, por cierto, no para de crecer. El año pasado, el doctorando Luis Henrique Souza Guimarães recorrió la región de Ilha Solteira en busca de hongos productores de fosfatasas. Regresó feliz: uno de sus hallazgos fue un raro Rhizopus microsporus, que crece por encima de los 50°C. Es un respetable productor de fosfatasas, sometidas a altas temperaturas en ensayos de biología molecular.

Profesor de la USP desde hace 23 años, Jorge no ve el porqué de interrumpir su trabajo de identificación y entendimiento de los hongos, aun cuando avancen los contactos con empresas. No le falta visión histórica. En los años 70, cuando subió el precio del petróleo, se hizo necesario aumentar la producción de alcohol, y uno de los caminos pesados era el de los hongos, recuerda. La cotización del petróleo cayó, el interés pasó, pero las investigaciones prosiguieron. ¿Qué haría hoy, si el problema resurgiera? Como respuesta, este investigador de 51 años saca de su colección los ejemplares que logran extraer alcohol del bagazo de la caña o, más ampliamente, de la celulosa (madera o incluso papel viejo). “Puede llegar el momento en que la única fuente de combustible sea ésta”, dice. “Lo importante es no perder el dominio de este conocimiento.”

Del pan y el vino a la máquina de lavar
Una hace que el pan crezca, la otra lo deja crocante. Las enzimas son tan específicas como indispensables para producción de alimentos – una lista que incluye quesos, galletas, mermeladas, cerveza y vino -, detergentes y alimento balanceado para animales. Brasil tiene aún una posición discreta, cercana al 2%, en el mercado mundial de enzimas, estimado en 1,5 billones de dólares, según estudios del Instituto de Química de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) y de Business Communications Company.

Hasta el momento, las empresas brasileñas se concentran en la producción de enzimas más simples y de mercado amplio, como el cuajo, las amilasas y celulasas. Desde 1990, ha crecido el déficit de la balanza comercial de enzimas, como resultado del uso intensivo de reactivos para biología molecular y de nuevas aplicaciones tales como la fabricación de biodetergentes.

El estudio de la UFRJ sobre el sector lo enfatiza: Brasil es un gran productor de materias primas de enzimas que acaba importando, por no poder suplir íntegramente la demanda nacional de, por ejemplo, la bromelina, obtenida del ananá (Ananas sp), y la papaína, que proviene de la papaya (Carica heterophylla). Ambas son compradas principalmente de empresas de Estados Unidos y Suiza para la producción de medicamentos.

Una situación similar se da con la lisozima, extraída de la clara de huevo, materia prima de costo relativamente bajo que integra el grupo de enzimas de alto valor agregado para uso médico, cuyo precio oscila en alrededor de 62 dólares por kg. En este caso, Irlanda es quien atiende prácticamente la totalidad de la demanda del país.

LOS PROYECTOS
Bioquímica de Hongos: Estudios de Enzimas de Hongos Filamentosos
Modalidad
Línea regular de auxilio a la investigación
Coordinador
João Atílio Jorge – USP deRibeirão Preto
Inversión
R$ 19.018,30 más US$ 5.000,00

Actividades Enzimáticas con Potencial Biotecnológico Producidas por Hongos Filamentosos de Hábitos Termofílicos
Modalidad
Línea regular de auxilio a la investigación
Coordinadora
Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli – USP de Ribeirão Preto
Inversión
R$ 22.099,55 más U$ 27,026,25

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