iD-Speech: “Producción de enzimas de interés comercial: quitinasas a partir de residuos de cangrejo y champiñón”.

TXT Carolina Cárdenas F.

IMG Nicolás Grijalva B.

Promoviendo una economía circular a partir de las quitinasas

El desarrollo de un producto industrial, en general, conlleva una economía lineal que no toma en cuenta el impacto ambiental. La investigación de Anabell Urbina PhD parte de un proceso que aprovecha residuos contaminantes y que representan una fuente de bioproductos con alto valor agregado; es decir, promueve una economía circular. América Latina y el Caribe son regiones particularmente ricas en materia prima para la generación de este tipo de productos. [1]

Quitina y quitinasas

La quitina es un carbohidrato compuesto por subunidades de N-acetil glucosamina, presente en desechos generados por algunas industrias. El trabajo de Anabell utilizó la quitina de subproductos agroindustriales ricos en este compuesto, procedentes de hongos comestibles (Agaricus bisporus) y crustáceos (Procambarus clarkii), como sustrato para la obtención de enzimas quitinasas mediante un proceso fermentativo. Los microorganismos utilizados en la fermentación fueron los hongos Trichoderma harzianum, Trichoderma atroviride y bacterias Bacillus licheniformis.

Las quitinasas son enzimas que procesan o descomponen a la quitina mediante un proceso conocido como hidrólisis, el cual consiste en cortar los enlaces químicos que unen a las subunidades de la quitina. Las quitinasas poseen un peso molecular que va entre 20 y 90 kDa, son estables a un pH de 5-8 y temperatura entre 37 y 50 °C; y poseen una longitud aproximada de 350 a 800 aminoácidos.

Anabell Urbina PhD Actualmente Anabell se encuentra desarrollando un producto a base de quitinasas en polvo o aerosol, que sea útil para la conservación de alimentos o como biofertilizantes para las plantas. Sin duda, esta investigación tiene un potencial muy alto debido a su amplia aplicación que beneficia tanto al consumidor final, como al medio ambiente

Un hecho realmente interesante es el amplio campo de aplicación de las quitinasas, ya que son utilizadas en la industria farmacéutica para la terapia de enfermedades fúngicas; en la industria alimentaria, al producir proteínas unicelulares que son útiles como aditivos de alimentos; en la industria agronómica como biocontrol y tratamiento de plagas; y en la gestión de desechos ricos en quitina; por consiguiente, representan un bioproducto con un alto valor agregado. Cabe destacar que, las enzimas son elementos muy demandados en la industria y en el mercado, por lo tanto, se busca un costo de producción bajo para que sea escalable a niveles industriales.

Validación de las mejores condiciones para obtener quitinasas; mayor cantidad, en menor tiempo

Durante la investigación se validó la fermentación en fase sólida. Además, dentro de este proceso, se probaron diferentes condiciones como: el medio de cultivo, la aireación y la temperatura. Por otra parte, se validó el microorganismo idóneo para que el proceso y la materia prima produjeran una mayor cantidad de quitina en el menor tiempo posible. De esta forma, el mejor resultado se obtuvo con el hongo Trichoderma harzianum, que fue capaz de producir gran cantidad de quitinasas al día 6 de fermentación en estado sólido, con aireación y a partir de harina de tallo de champiñón. La fermentación en estado sólido es más económica, por lo tanto, esto es un beneficio para escalarla a nivel industrial. Para clasificar a las quitinasas resultantes se llevaron a cabo estudios cromatográficos y electroforéticos, que permitieron distinguir 5 quitinasas de peso molecular distinto; sin embargo, fue necesario un análisis cuantitativo a través de técnicas proteómicas que permitieron diferenciar las proteínas producidas por el microorganismo, de aquellas presentes en el sustrato. La proteómica es el estudio a gran escala de la estructura y función de las proteínas en muestras biológicas complejas [2]. Otra de las técnicas utilizadas fue la espectroscopia de masas, que complementó los resultados antes mencionados.

Producción de quitinasas: del laboratorio a un nivel semi-piloto

Finalmente, se logró la producción de quitinasas a escala semi-piloto, para lo que fue necesario un biorreactor de tipo tubular rotatorio, que cumplió todas las condiciones necesarias que habían sido probadas anteriormente en el laboratorio. Se observó que la producción fue mucho más rápida comparada a las pruebas realizadas previamente, puesto que, al tercer día ya se alcanzó una cantidad 3.10 veces mayor. Con estos resultados, se efectuó la estabilización de las quitinasas producidas a través de ultrafiltración. Este último paso tuvo una duración total de un año, a lo largo del cual se probaron varias temperaturas, concluyendo que a 4 °C se obtuvieron quitinasas estabilizadas para sus futuras aplicaciones.

Referencia Principal:

Urbina, A. (2020, 24 de junio). Producción de enzimas de interés comercial: quitinasas a partir de residuos de cangrejo y champiñón [Webinar iD-Speech: Divulgación científica de alto impacto].

Referencias Complementarias:

[1] Chandramouli, K., & Qian, P. Y. (2009). Proteomics: challenges, techniques and possibilities to overcome biological sample complexity. Human genomics and proteomics: HGP, 2009, 239204. 

[2] Trigo E.J., Henry G., Sanders J., Schurr U., Ingelbrecht I. ,Revel C. , Santana C. , Rocha P., Towards bioeconomy development in Latin America and The Caribbean, Bioeconomy Working Paper No.2013-01.

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