Enzima recién descubierta utiliza un mecanismo inusual para generar una molécula con un olor espantoso que hace lagrimear los ojos

La molécula maloliente que da al estiércol animal su repugnante hedor ha sido rastreada hasta su origen. Los investigadores de A * STAR y sus colegas han identificado la enzima que utilizan ciertas bacterias intestinales para producir escatol, un componente característico del aroma fecal. El descubrimiento podría potencialmente usarse para ayudar a eliminar los olores ofensivos de la cría de animales. e incluso podría tener implicaciones para mejorar la salud humana, dicen los investigadores.

El escatol es tan potente que la nariz humana puede detectarlo en el aire a un umbral de concentración de solo 0,00056 partes por millón. Bacterias que viven en el intestino de los animales. incluidos los humanos, producir escatol al descomponer el indoleacetato, que en sí mismo es un producto de descomposición del triptófano, un aminoácido de la proteína dietética. La enzima bacteriana que convierte el indoleacetato en escatol nunca ha sido identificada, aunque se conocen las enzimas que descomponen los metabolitos de aminoácidos aromáticos relacionados.

Ahora, la enzima productora de escatol ha sido identificada por un equipo de investigación internacional, codirigido por Huimin Zhao, del Instituto A * STAR de Ciencias Químicas e Ingeniería. "Estamos interesados ​​en identificar nuevas reacciones químicas catalizadas por enzimas en la naturaleza, y explorar las enzimas correspondientes para aplicaciones prácticas, "dijo Zhao.

El equipo utilizó genómica comparativa para identificar la enzima responsable. "Tuvimos la suerte de que las secuencias del genoma de dos bacterias productoras de escatol ya estuvieran disponibles en las bases de datos públicas, "agrega Yifeng Wei, miembro del equipo de Zhao en A * STAR. Los investigadores compararon los genes de las dos bacterias, buscando enzimas desconocidas que ambas especies poseían, relacionado con enzimas que se sabe que descomponen otros metabolitos de aminoácidos aromáticos.

El equipo identificó rápidamente una enzima candidata en los datos genéticos, y un ensayo bioquímico confirmó que convierte el indoleacetato en escatol. Lejos del ambiente sin oxígeno del intestino, la enzima indoleacetato descarboxilasa requirió un manejo cuidadoso. "La parte más desafiante de este proyecto, realizado principalmente por nuestros colaboradores en la Universidad de Tianjin, fue la caracterización bioquímica de la enzima sensible al oxígeno, "Dice Zhao. Para asegurarse de que permanezca activo, la enzima tenía que guardarse y manipularse en una guantera, en condiciones libres de oxígeno, en todo momento.

La identificación de la indoleacetato descarboxilasa tiene muchas aplicaciones prácticas potenciales, Dice Zhao. La secuencia genética de la enzima se puede utilizar como marcador para identificar organismos productores de escatol. "Una vez identificado, se pueden tomar medidas para eliminar o reemplazar estos organismos, o para crear condiciones que supriman su metabolismo productor de escatol específico, "Dice Zhao. Las aplicaciones se extienden mucho más allá de la agricultura". Notamos que esta enzima está presente en ciertas bacterias orales humanas secuenciadas, que podría proporcionar una vía para tratar ciertos aspectos del mal aliento, ", añade Wei. Los mosquitos que transmiten enfermedades humanas como la encefalitis japonesa y el virus del Nilo Occidental también son atraídos por el escatol".

La genómica comparada tiene el potencial de identificar muchas otras enzimas con química y bioquímica inusuales, Dice Zhao. "Existen numerosos metabolitos producidos por bacterias anaeróbicas, particularmente bacterias intestinales, que solo puede producirse mediante una química enzimática inusual y aún no identificada, ", dice. El intestino, un entorno anaeróbico sin oxígeno, es potencialmente una rica fuente de enzimas que poseen una reactividad bioquímica única que involucra intermedios de "radicales libres" altamente reactivos.

"Como bioquímicos, estamos acostumbrados a pensar en moléculas orgánicas en las que todos los electrones están emparejados, "dice Zhao". Sin embargo, ciertas reacciones se logran más fácilmente a través de especies químicas con electrones no apareados, es decir, radicales libres ". Estas especies reactivas a menudo son sensibles al oxígeno, pero eso no es un impedimento en el estómago.

A continuación, el equipo planea estudiar con más detalle el mecanismo de radicales libres para la descarboxilación del indoleacetato. y caracterizar otras enzimas en la vía metabólica productora de escatol, Dice Zhao. "A largo plazo, planeamos continuar descubriendo una nueva química enzimática de radicales libres en bacterias intestinales humanas y ambientales ".