Estudio de xilanasas fúngicas para el aprovechamiento de la biomasa lignocelulósica

Resumen

El xilano es la hemicelulosa más abundante en la naturaleza. Se trata de un polisacárido formado por un esqueleto de xilopiranosas unidas por enlaces glicosídicos B 1,4 que presenta frecuentes acetilaciones y suele encontrarse sustituida por residuos de arabinosa y ácido glucurónico. Las principales enzimas implicadas en su hidrólisis son dos glicosidasas: las endoxilanasas y las B xilosidasas. Las primeras atacan los enlaces internos del polímero liberando oligosacáridos que son finalmente convertidos por las segundas en el monosacárido xilosa. Esta hemicelulosa constituye la segunda fuente de carbono de la biosfera, sólo precedido por la celulosa, por lo que su aprovechamiento ha despertado un gran interés desde un punto de vista industrial. Hasta la fecha la principal utilidad del xilano era su sacarificación y fermentación para la producción de bioetanol de segunda generación. Sin embargo, recientemente han cobrado importancia otras aplicaciones, tanto de este heteropolisacárido como de las glicosidasas que lo degradan. En la presente tesis doctoral se ha utilizado el hongo ascomiceto Talaromyces amestolkiae, aislado de paja de trigo, como fuente de hemicelulasas para el aprovechamiento del xilano. Los estudios realizados han llevado a la purificación y caracterización de una endoxilanasa de la familia GH11 y una B xilosidasa GH3, las enzimas fueron denominadas XynM y BxTW1 respectivamente. La B xilosidasa mostró la mayor eficiencia catalítica registrada hasta la fecha para este tipo de glicosidasas frente a xilooligosacáridos de tres a seis unidades, pero destacó sobre todo por sus propiedades catalizando reacciones de transxilosilación. Mediante este tipo de reacciones una molécula de xilosa es transferida desde un sustrato donador, derivado de xilano, a un aceptor al que se une por un grupo hidroxilo. BxTW1 destacó por llevar a cabo esta catálisis de forma regioselectiva, eficiente y mostrando una amplia versatilidad de aceptores, aunque su aplicación se veía limitada por el bajo rendimiento en el proceso de purificación. Con el fin de superar dicha desventaja, se expresó esta enzima en la levadura Pichia pastoris, lográndose una mayor producción y simplificándose mucho su purificación. La disponibilidad de grandes cantidades de BxTW1 pura permitió profundizar en la búsqueda de aceptores de interés en transxilosilación. Así, a partir del 2,6 hidroxinaftaleno, se logró por primera vez la síntesis enzimática del 2 (6 hidroxinaftil) B D xilopiranósido, un conocido antitumoral selectivo. Además, utilizando hidroxitirosol como aceptor se obtuvo 3,4 dihidroxifenil etil O B D xilopiranósido. Cabe destacar que el hidroxitirosol, principal antioxidante del aceite de oliva, despierta interés por sus propiedades antiinflamatorias y neuroprotectoras, pero, sorprendentemente, el xilósido obtenido mostró una capacidad neuroprotectora in vitro notablemente superior a la del propio aglicón. Respecto a XynM, los resultados obtenidos tras su purificación y caracterización mostraron propiedades típicamente asociadas a la familia GH11. La enzima se aplicó a la producción de xilooligosacáridos mediante la hidrólisis de xilano de abedul, obteniendo rendimientos similares a los descritos para otras endoxilanasas fúngicas y bacterianas. La principal novedad de este trabajo consistió en el ensayo de las propiedades prebióticas de la mezcla de oligosacáridos, utilizando fermentaciones fecales a partir de heces de bebé lactante. El análisis de los microbiomas resultantes demostró la capacidad bifidogénica de los xilooligosacáridos producidos por XynM junto a un fuerte efecto de inducción del crecimiento de Staphylococcus hominis, considerado un potencial probiótico por su producción de bacteriocinas. En conclusión, los estudios realizados en la presente tesis doctoral ponen de manifiesto el interés de T. amestolkiae como productor de enzimas con gran potencial biotecnológico para la valorización de la biomasa lignocelulósica.