Caracterización bioquímica y genética de moléculas de interés industrial

La liberación incontrolada al medio ambiente de diferentes compuestos orgánicos generados como consecuencia de la intensa actividad industrial y agrícola desarrollada por el hombre, ha conducido a su acumulación en determinados nichos ecológicos poniendo en peligro la supervivencia de muchos de los seres que pueblan nuestro planeta. Por esta razón, uno de los retos científicos más importantes es recuperar esos ambientes contaminados y restablecer el equilibrio dinámico existente en la Biosfera. Una estrategia muy útil para eliminar esos compuestos consiste en el empleo de microorganismos (especialmente los que pueblan el suelo) quienes, mediante reacciones químicas inusuales, son capaces de movilizar, transformar y/o mineralizar muchos de los compuestos tóxicos presentes en el medio ambiente. Pseudomonas putida U es una bacteria que posee una elevada versatilidad metabólica siendo capaz de utilizar como fuente de carbono un gran número de compuestos que poseen estructuras químicas muy variadas. Por esta razón, esta bacteria ha sido utilizada por nuestro grupo de investigación para estudiar la maquinaria genética y bioquímica responsable de diferentes procesos directamente relacionados con mecanismos de biodegradación y de biorremediación. Rutas bioquímicas de interés A lo largo de los últimos años, el grupo de investigación dirigido por el profesor José María Luengo, del Departamento de Biología Molecular de la Universidad de León, ha llevado a cabo la caracterización bioquímica y genética de distintas rutas catabólicas responsables de la degradación de diferentes compuestos aromáticos tales como el ácido fenilacético y compuestos estructuralmente relacionados con él. Estos estudios han conducido al establecimiento de un nuevo concepto, el catabolón, que permite comenzar a entender cómo diferentes rutas individuales se integran en una unidad más compleja, cómo se jerarquizan los mecanismos implicados en su regulación y, en suma, disponer de un modelo (el catabolon del fenilacetil-CoA) muy útil para establecer cómo se ha producido la evolución de determinadas rutas metabólicas (integración bioquímica). Dos de las rutas que forman parte de este catabolón son aquéllas responsables de la degradación de 2-feniletilamina y de 2-feniletanol, moléculas que poseen un elevado interés farmacológico e industrial. El estudio de la degradación de 2-feniletilamina y de 2-feniletanol en la bacteria P. putidaU, objetivo principal de la Tesis Doctoral defendida por la autora de este artículo, ha puesto de manifiesto la participación de 37 genes diferentes que se agrupan a su vez en cuatro rutas que han sido denominadas Pea, Ped, Pqq y Ccm y que son esenciales para la completa asimilación de esos compuestos químicos. Nuestro trabajo ha demostrado, por primera vez, que esas cuatro rutas actúan conjuntamente y que constituyen una subunidad catabólica particular que cataliza la oxidación de estos compuestos hasta ácido fenilacético, y que se integra en la macrounidad denominada catabolón del fenilacetil-CoA. Esta complejidad catabólica, que contrasta con lo que se ha descrito en otros microorganismos tales como Escherichia colio Klebsiella pneumoniaedonde unos pocas enzimas (dos o tres) son las responsables de la degradación de estos compuestos, nos ha permitido aislar nuevos genes, caracterizar nuevas enzimas e identificar nuevos intermediarios que pueden tener importantes aplicaciones. Aplicaciones biotecnológicas La caracterización bioquímica y genética de las rutas responsables de la degradación de 2-feniletilamina y de 2-feniletanol, puede tener importantes aplicaciones biotecnológicas sobre todo en la industria farmacéutica, en la alimentaria y en la de perfumería. Así por ejemplo, la 2-feniletilamina es un compuesto que está presente de forma natural en numerosos alimentos, especialmente en el chocolate, y que posee un interés clínico indudable ya que es potente estimulador un buen número de procesos fisiológicos que se hallan bajo el control del límbico. Es, por lo tanto, una molécula que está siendo eficazmente utilizada en el de numerosas enfermedades(psicosis depresivas, tendencias suicidas, esquizofrenias, Alzheimer, Parkinson, etc.). Por este motivo, el estudio de los genes y enzimas requeridos para su metabolismo, así como el esclarecimiento de los mecanismos de control que regulan tanto su síntesis como su degradación, podría contribuir al diseño de nuevas estrategias y a la obtención de nuevas moléculas que permitan aplicar tratamientos alternativos a los que actualmente se emplean en clínica. Así mismo, el desarrollo de sistemas microbianos que permitan eliminar el efecto indeseado que en ocasiones presenta la existencia de esta amina en determinados alimentos, tendría un importante valor en la industria alimentaria. Por otra parte el estudio de la ruta responsable de la degradación de 2-feniletanol (un compuesto que posee un intenso olor a rosas, y que es generado por las flores de numerosas especies vegetales que lo liberan para atraer insectos polinizadores) tiene interés para la industria de perfumería (fragancia) y en la alimentaria (aromatizante de algunos alimentos). El estudio de los mecanismos moleculares que controlan la regulación de la ruta descrita en nuestro modelo bacteriano, podría ser utilizado para potenciar selectivamente la síntesis de 2-feniletanol (o de alguno de sus derivados) en determinadas plantas, levaduras, bacterias etc. obteniendo así cepas «superproductoras» que generasen la molécula o moléculas requeridas en cada caso.