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Sara RobiscoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor VivesHéctor Socasbacterias albergan enzimas en membranascélulas de mamíferos sintetizan aminoácidosenzimas biomoléculas catalíticasenzimas de interés en membranas bacterianasprotección enzimática bacterias condiciones adversasanclaje estructural enzimas membrana protección desnaturalizaciónenzimas ancladas bacterias reciclabilidadrecuperación enzimas centrifugación filtraciónbacterias tamaño micrométrico reutilizaciónenzimas aolipasas asociadas bacteriasbiodiésel enzimas membranas bacterianasdegradación eficiente biomasa aolipasasinestabilidad enzimas disueltas medioJuan Carlos Gil*Sirisia coli*Jiang NingTi YongshanChangsu WuNature CatalystE. coliSuperman
Enzimas ancladas bacterias reciclabilidad
Con
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Juan Carlos Gil explica una característica importante sobre las enzimas ancladas a bacterias: su reciclabilidad industrial.
…y tetraciclina son bacterias, pero sí, muchísimos otros, sí. Hay bacterias que tienen defensas contra otras bacterias. Me encantan. Sí, las he dicho, pues te lo busqué esto explícitamente, porque sí, muchísimos antibióticos son de hongos. Bueno, pues además. De mediante modificación genética hay otra técnica para ayudarnos a biofabricar con bacterias y es que las células han evolucionado para acoger enzimas, biomoléculas catalíticas, en su exterior, en las membranas, ¿vale? que ya las usan para sus cosas, para sus células, para sus funciones celulares. Por ejemplo, hay células de mamíferos que tienen estos chismes colgando por fuera para sintetizar ciertos aminoácidos que no adquieren con el alimento. Pero como decía, estos chismes les sirven a las células para sus cosas, pero no tienen por qué ser las que nos interesarían a nosotros. Así que hemos, los humanos que como digo somos muy listos, hemos desarrollado estrategias para incorporar las enzimas que nos interesan a las membranas de las bacterias y esto aporta varias ventajas a tener las enzimas por ahí dispersas. Primero, las bacterias pueden proteger a las enzimas frente a condiciones adversas como cambio de pH o temperatura alta o incluso de otras enzimas proteasas que rompen a las primeras; se anclan a las bacterias y las bacterias les dotan de un medio protector. Este anclaje estructural de una enzima a la membrana las puede también proteger frente a la propia desnaturalización, con lo cual mantienen su funcionalidad. Y las pueden aportar; esto es muy gracioso, muy significativo y lo comentaré más tarde porque es parte del trabajo. Reciclabilidad industrialmente las bacterias con estas enzimas colgando se pueden recuperar fácilmente a partir del medio mediante centrifugación o filtración porque es una sola entidad grandecita de tamaño bacteriano, de tamaño micrométrico, con lo que se permite; se puede reutilizar este conjunto varias veces hasta que se te deteriora todo el asunto. Esto es un ejemplo de esta técnica; es la producción. De biodiésel, donde se asocian estas enzimas, células aolipasas, a bacterias en sus membranas que degradan de forma muy eficiente la biomasa; y sin embargo, si estas enzimas se las deja disueltas en el medio, pues son inestables y se deterioran, y además, muy difíciles de recuperar. No se pueden reciclar. Guay, pero desafíos, como siempre, siempre hay una cara luminosa y una cara oscura, porque esto no se utiliza muchísimo más a lo bestia. Bueno, se trata de reducir el coste de nuestro uso de las bacterias, el coste en términos monetario y de impacto…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica una característica importante sobre las enzimas ancladas a bacterias: su reciclabilidad industrial.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1bacterias albergan enzimas en membranascélulas de mamíferos sintetizan aminoácidosenzimas biomoléculas catalíticasenzimas de interés en membranas bacterianasprotección enzimática bacterias condiciones adversasanclaje estructural enzimas membrana protección desnaturalizaciónenzimas ancladas bacterias reciclabilidadrecuperación enzimas centrifugación filtraciónbacterias tamaño micrométrico reutilizaciónenzimas aolipasas asociadas bacteriasbiodiésel enzimas membranas bacterianasdegradación eficiente biomasa aolipasasinestabilidad enzimas disueltas medio…y tetraciclina son bacterias, pero sí, muchísimos otros, sí. Hay bacterias que tienen defensas contra otras bacterias. Me encantan. Sí, las he dicho, pues te lo busqué esto explícitamente, porque sí, muchísimos antibióticos son de hongos. Bueno, pues además. De mediante modificación genética hay otra técnica para ayudarnos a biofabricar con bacterias y es que las células han evolucionado para acoger enzimas, biomoléculas catalíticas, en su exterior, en las membranas, ¿vale? que ya las usan para sus cosas, para sus células, para sus funciones celulares. Por ejemplo, hay células de mamíferos que tienen estos chismes colgando por fuera para sintetizar ciertos aminoácidos que no adquieren con el alimento. Pero como decía, estos chismes les sirven a las células para sus cosas, pero no tienen por qué ser las que nos interesarían a nosotros. Así que hemos, los humanos que como digo somos muy listos, hemos desarrollado estrategias para incorporar las enzimas que nos interesan a las membranas de las bacterias y esto aporta varias ventajas a tener las enzimas por ahí dispersas. Primero, las bacterias pueden proteger a las enzimas frente a condiciones adversas como cambio de pH o temperatura alta o incluso de otras enzimas proteasas que rompen a las primeras; se anclan a las bacterias y las bacterias les dotan de un medio protector. Este anclaje estructural de una enzima a la membrana las puede también proteger frente a la propia desnaturalización, con lo cual mantienen su funcionalidad. Y las pueden aportar; esto es muy gracioso, muy significativo y lo comentaré más tarde porque es parte del trabajo. Reciclabilidad industrialmente las bacterias con estas enzimas colgando se pueden recuperar fácilmente a partir del medio mediante centrifugación o filtración porque es una sola entidad grandecita de tamaño bacteriano, de tamaño micrométrico, con lo que se permite; se puede reutilizar este conjunto varias veces hasta que se te deteriora todo el asunto. Esto es un ejemplo de esta técnica; es la producción. De biodiésel, donde se asocian estas enzimas, células aolipasas, a bacterias en sus membranas que degradan de forma muy eficiente la biomasa; y sin embargo, si estas enzimas se las deja disueltas en el medio, pues son inestables y se deterioran, y además, muy difíciles de recuperar. No se pueden reciclar. Guay, pero desafíos, como siempre, siempre hay una cara luminosa y una cara oscura, porque esto no se utiliza muchísimo más a lo bestia. Bueno, se trata de reducir el coste de nuestro uso de las bacterias, el coste en términos monetario y de impacto…
Juan Carlos Gil describe una combinación ideal de técnicas para la bioproducción, implicando bacterias modificadas genéticamente que produzcan proteínas recombinantes y enzimas sintéticas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #10 · Palabras #11bacterias modificadas genéticamenteproteínas recombinantes fabricadas por bacteriasenzimas sintéticas en membranas bacterianassanto grial de la bioproducción…porque estos procesos de bioproducción también gastan energía, gastan tiempo, son relativamente lentos y hay que emplear un montón de disolventes y otros chismes para mantener a las bacterias vivas. Las bacterias, no olvidemos que están vivitas y coleando. Y lo ideal sería combinar las dos técnicas que os he comentado. El de las bacterias modificadas genéticamente, que fabricasen sus propias proteínas recombinantes que nos diese la gana y además que tuvieran otras enzimas sintéticas útiles colgando de sus membranas. Eso sería como el santo grial y es muy difícil. Y aquí es donde llega ahora sí el artículo que se titula Ingeniería de células vivas con polímeros para la catálisis fotoenzimática reciclable. Y aquí sí ya la mayoría de las palabras las he ido introduciendo. Se publicó, como decía Héctor, en Nature Catalyst…
Juan Carlos Gil describe una técnica para la bioproducción que implica combinar bacterias modificadas genéticamente con enzimas de membrana reciclables.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #2bacterias modificadas genéticamente sirisia colienzimas de membrana reciclables sirisia coliinfecciones de orina sirisia colibacterias e coli producen insulinapolímeros enzimáticos sobre bacteriasiniciador en la pared bacteriana…unos laboratorios de Alemania, que entiendo que o bien han colaborado o bien les han contratado. Parece que el primer autor, Jiang Ning, es el currante; el segundo, Ti Yongshan, parece el supervisor; y el último, como suele ser el caso, Changsu Wu, el pope. Y se trata de enfrentarse a estos dos desafíos que os comentaba: combinar bacterias modificadas genéticamente en su interior con enzimas de membrana en el exterior, haciendo además que el conjunto sea reciclable. Y bueno, pues han utilizado, ¿qué bacteria? Es Sirisia coli, ¿vale? Nos suena a todos, algunos más que otros, sobre todo si han sufrido infecciones de orina, que esta es habitual, pero que se usa masivamente en la industria y posiblemente sea un gran desconocido. Por ejemplo, en las mencionadas producciones de insulina y hormonas de crecimiento humanas. Estas cosas tan útiles en salud, las producen nuestras amigas las bacterias. Y bueno, en el trabajo primero lo que hacen es explicar en detalle cómo hacen crecer estos polímeros enzimáticos sobre las bacterias. Primero asociando un iniciador en la pared bacteriana a partir del cual crece el polímero, el pelillo, crece el polímero a partir de ahí. Hace años se utilizaba una técnica que se llama Grafting 2, que yo no sabría ni traducir, que es hacer el polímero fuera e injertárselo a la bacteria Y esto estaba bien hasta que tenías ya una densidad un poquito alta, que por problemas histéricos de espacio,…
Juan Carlos Gil describe el artículo 'Ingeniería de células vivas con polímeros para la catálisis fotoenzimática reciclable' publicado en Nature Catalyst, explicando que el polímero catalítico principal es de antraquinona y se utiliza para convertir alcohol bencílico en benzaldehido mediante fotocatálisis.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #9polímero antraquinona cataliza alcohol bencílicofotocatálisis iniciada por radiación ultravioletacapa superman afecta viabilidad bacteriasmicroscopía electrónica tasa de defuncióntasa defunción bacterias polímerosmicroscopía electrónica alteraciones morfológicasbacterias peludas viables reciclable…de grafting from, injertar a partir de, con un iniciador en la pared bacteriana. Y cuando las tienen, estas bacterias injertadas que llaman, pues las caracterizan mediante varias técnicas. El polímero principal, el polímero catalítico principal, que llaman P1 en el artículo, es de antraquinona, que es una enzima habitual, que convierte alcohol bencílico en benzaldehido, o sea, un grupo benceno con un grupo alcohol lo transforma en grupo aldehido, mediante fotocatálisis, iniciada por radiación ultravioleta Luego, el siguiente paso es, comprueban cómo esta capa de Superman, que es como, bueno, pues la han llamado en la nota de prensa para traer nuestra llamada en nuestros ojos, en particular atrajeron los míos Cómo estos pelillos, este abrigo, le llamo yo, esta capa de Superman que le ponen a las bacterias, pues si afecta la viabilidad de las pobres bacterias, porque si le plantas eso para un uso y se te mueren, pues hemos hecho un pan con unas tortas, ¿vale? Entonces utilizan microscopía electrónica, tanto de barrido como de transmisión y miran la tasa de defunción. La tasa de defunción de las bacterias desnudas sin tratar es un 0%, guay, en el control, o sea un 0% en el control; luego, las que solamente le has puesto el iniciador solo mueren un 2% y ya todas las bacterias peludas, pues la tasa de defunción es un 4%, o sea vamos bien, un 96% son viables, fenomenal. Y luego también mediante esta microscopía buscan deformaciones o alteraciones morfológicas y tal, y nada de nada, ¿vale? Les sienta bien el abrigo. Una vez que tienen demostrada la viabilidad de las bacterias, miran la compatibilidad. Recordad que estamos hablando de dos catalizadores a la vez, uno externo con los pelillos y otro interno por las proteínas generadas mediante manipulación genética; son…
Juan Carlos Gil describe un experimento donde se observa la compatibilidad entre enzimas externas e internas en bacterias modificadas genéticamente.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15 · Palabras #8enzimas recombinantes bacterias modificadasbacterias desnuda o con abrigoenzimas recombinantes en bacterias modificadasreacciones enzimáticas membrana bacterianajuan carlos gil experimento bacteriasenzimas externas e internas bacteriascolgajos poliméricos bacteriacapa de superman protección bacterianabacterias modificadas genéticamentecapas protectoras bacterias vida útilinterfaz agua tolueno disolvente cancerígenopaper sorprendente juan carlos gil…lo que hacen es ver cómo la capacidad fotocatalítica del polímero externo no se ve afectada al estar injertada a las bacterias. Es decir, cataliza igual de bien el polímero a su bola disuelto en el medio que sirviendo de abrigo a las bacterias. Fenomenal. Y por otra parte, la capacidad de las enzimas recombinantes que son las de dentro no se ve afectada independientemente de si la bacteria está desnuda o con abrigo, lo cual, de nuevo, está fenomenal; es sorprendente, ambas cosas no se molestan entre ellas. Para el caso de la enzima recombinante utilizan, bueno no Vamos a entrar en detalles: tres enzimas recombinantes distintas para hacer los ensayos. No hay efectos adversos, y esto bastante a mí me resultó llamativo porque daos cuenta de que las reacciones enzimáticas de dentro de la bacteria, los sustratos, los componentes iniciales de la reacción tienen que atravesar la membrana bacteriana desde el exterior, sufrir sus reacciones enzimáticas dentro de la bacteria y luego. Abandonarla, atravesando el abrigo, atravesando los pelillos, imaginaos: hablo de abrigo en vez de capa, que me resulta más visible. Bueno, pues efectivamente no hay problema; estos colgajos poliméricos del exterior de las bacterias no afecta a su función catalítica interna. Fenomenal, pero ¿esta capa de Superman protege a las bacterias? Recordad que queríamos que fuesen más reciclables, que durasen más, que viviesen más o al contrario, resulta que mueren al cabo del tiempo con mayor ratio. Bueno, pues efectivamente estas capas protegen a las bacterias; es parte del resultado de este paper que es bastante sorprendente. ¿Cómo lo miden? Con varias cosas. Lo primero es que colocan a las bacterias en una interfaz agua-tolueno; el tolueno es un disolvente cancerígeno. Yo recuerdo que lo manejaba cuando hacía la carrera y era de las cosas más chungas que había. En fin, que una bacteria dura segundos, ¿no? Se disuelve en este disolvente. Bueno, el nitrotolueno es un tolueno al que le han puesto un grupo nitrilo, tolueno es benzeno con un metilo colgando y el grupo nitrilo es NO2, un benzeno que es un hexágono para poner…
Juan Carlos Gil concluye su explicación sobre un artículo científico, destacando tres ventajas clave al combinar bacterias vivas con enzimas recombinantes y catalizadores injertados en sus membranas: protección para las bacterias, la posibilidad de crear cascadas enzimáticas y la facilidad de reciclaje del conjunto.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #5capa superman protege a bacteriasreacciones enzimáticas secuencialescatalizador polimérico injertado bacteriaenzimas recombinantes catalizan reaccionesbacterias modificadas genéticamenterendimiento cascada enzimas juan carlos gilsinergia catalizadores bacterias modificadasreacciones enzimáticas catalizadores cercanosreciclación bacterias capa hasta seis vecessolubilidad disolventes catalizadores separadosbacterias vivas enzimas recombinantescatalizadores injertados membranas bacterianasprotección bacterias polímeros enzimáticoscascadas enzimáticas con tres etapasenzimas recombinantes y catalizadores injertadosbacterias vivas y enzimas recombinantesreciclaje del conjunto de bacterias…dejan que el tolueno entre hasta la bacteria y algo parecido, resultados semejantes, obtienen con pH hasta de 4, que a las bacterias les viene bastante mal. Estamos hablando de chismes vivos, radiación ultravioleta y alta temperatura. Todos estos estresores. La capa de Superman protegía a las bacterias bastante bien de todos estos estresores. Bueno, y llega el momento álgido. Supongo que lo habrían pensado desde el principio, pero es muy llamativo: montan una reacción enzimática encascada. Dos reacciones, una detrás de otra. La primera mediada por el catalizador polimérico, que recordad, está injertado en la superficie de las bacterias; y la segunda mediada por las enzimas recombinantes que tenemos. En el interior. Bueno, pues resulta que con esta combinación de que la primera enzima genera un producto que sirve como punto de partida para la segunda reacción enzimática que eventualmente genere otro producto, ¿vale? Pues esta cascada produce un rendimiento entre 10 o 15 veces superior a tener en el medio ambas cosas: bacterias recombinantes y fotocatalizador, pero disueltos; cada uno va a su bola. O sea, al tener las dos cositas untitas en la misma entidad física, iba a decir, pero es fisico-biológica, se produce una sinergia brutal que argumentan simplemente porque están más cerca los dos catalizadores Cuando uno actúa rápidamente, si hay suerte, el resultado atraviesa la membrana, se mete para adentro y dispara la segunda reacción catalítica Bueno, y para acabar, uno de los objetivos que buscaban, reciclación, reciclar estas bacterias para que sean más baratos sus, hasta seis veces son capaces de hacer funcionar esta cadena catalítica con las bacterias con capa, sin pérdida de actividad catalítica notable Cosa que si lo haces con los dos catalizadores por separado es tremendamente complicado porque cada chisme tiene un tamaño, tiene una solubilidad en distintos disolventes y conseguir una reciclabilidad alta de ambas cosas a la vez pues es un problema, ¿vale? En resumen, lo que han hecho estos autores es una prueba de concepto, estas reacciones que se han inventado realmente no son, en fin, no queremos más formaldehido, ya tenemos suficiente, pero es una prueba de concepto combinando bacterias vivas, no se nos olvide, estas bacterias están vivas, que tienen enzimas recombinantes con catalizadores injertados en sus membranas que ofrece una serie de ventajas Primero, los polímeros enzimáticos anclados protegen a las propias bacterias. Segundo, es posible montar cascadas enzimáticas con dos y hasta tres. Al final del artículo proban una con tres. Bueno, con varias etapas catalíticas y que tienen un efecto sinérgico entre ellas simplemente por estar cerquita. y tercero, el conjunto, como es una única entidad, es muy apto para ser fácilmente reciclable. Y hasta aquí lo que os quería contar de este artículo. Me parece muy interesante y sobre todo muy prometedor para seguir avanzando en esto de la biofabricación que tiene aplicaciones en todos los campos de nuestra vida. Pero ¿qué bien te organizas para explicar las cosas? Con razón es el gran divulgador seguido…