Científicos de Birmingham han revelado un nuevo método para aumentar la eficiencia en biocatálisis, en un artículo publicado hoy en Materials Horizons .

La biocatálisis utiliza enzimas, células o microbios para catalizar reacciones químicas y se utiliza en entornos como las industrias alimentaria y química para fabricar productos que no son accesibles mediante síntesis química. Puede producir productos farmacéuticos, productos químicos finos o ingredientes alimentarios a escala industrial.

Sin embargo, un desafío importante en biocatálisis es que los microbios más utilizados, como los probióticos y las cepas no patógenas de Escherichia coli, no son necesariamente buenos para formar biopelículas, los ecosistemas que promueven el crecimiento que forman un microambiente protector alrededor de las comunidades de microbios y aumentar su resiliencia y así impulsar la productividad.

Este problema normalmente se resuelve mediante ingeniería genética, pero los investigadores Dr. Tim Overton de la Escuela de Ingeniería Química de la universidad y el Dr. Francisco Fernández Trillo de la Escuela de Química, ambos miembros del Instituto de Microbiología e Infecciones, se propusieron para crear un método alternativo para eludir este proceso costoso y lento.

Los investigadores identificaron una biblioteca de polímeros sintéticos y los evaluaron por su capacidad para inducir la formación de biopelículas en E. coli, una bacteria que es uno de los microorganismos más estudiados y comúnmente utilizada en biocatálisis.

Esta selección utilizó una cepa de E. coli (MC4100) que se usa ampliamente en la ciencia fundamental para estudiar genes y proteínas y se sabe que es deficiente en la formación de biopelículas, y la comparó con otra cepa de E. coli PHL644, una cepa isogénica obtenida a través de evolución que es un buen formador de biopelículas.

Esta proyección reveló las químicas más adecuadas para estimular la formación de biopelículas. Los polímeros hidrófobos superaron a los polímeros ligeramente catiónicos, y los derivados aromáticos y heteroaromáticos se desempeñaron mucho mejor que los polímeros alifáticos equivalentes.

Luego, los investigadores monitorearon la biomasa y la actividad biocatalítica de ambas cepas, incubaron la presencia de estos polímeros y descubrieron que MC4100 igualaba e incluso superaba a PHL644.

Otros estudios examinaron cómo los polímeros estimulan estos profundos aumentos en la actividad. Aquí, la investigación indicó que los polímeros se precipitan en solución y actúan como coagulantes, estimulando un proceso natural llamado floculación que provoca que las bacterias formen biopelículas.

La Dra. Fernández-Trillo dijo:"Exploramos un amplio espacio químico e identificamos los productos químicos y polímeros de mejor rendimiento que aumentan la actividad biocatalítica de E. coli, un caballo de batalla en biotecnología. Esto ha resultado en una pequeña biblioteca de polímeros sintéticos que aumentan la biopelícula formación cuando se utilizan como aditivos simples para el cultivo microbiano. Hasta donde sabemos, actualmente no existen métodos que brinden esta simplicidad y versatilidad al promover biopelículas para bacterias beneficiosas".

"Estos polímeros sintéticos pueden eludir la necesidad de introducir las características para la formación de biopelículas a través de la edición de genes, que es costosa, requiere mucho tiempo, no es reversible y requiere una persona capacitada en microbiología para implementarla. Creemos que este enfoque tiene un impacto más allá de las biopelículas para biocatálisis. Se podría emplear una estrategia similar para identificar polímeros candidatos para otros microorganismos, como probióticos o levaduras, y desarrollar nuevas aplicaciones en la ciencia de los alimentos, la agricultura, la biorremediación o la salud".

University of Birmingham Enterprise ha presentado una solicitud de patente para el método y los aditivos poliméricos, y ahora está buscando socios comerciales para la concesión de licencias. + Explora más

Los nuevos polímeros sintéticos podrían conducir a mayores rendimientos de cultivos para los agricultores