Producción y aplicación de Lipasas

Producción y aplicación de Lipasas

1. Fuentes bacterianas de lipasas

1.1 Cepas productoras de lipasas

Las lipasas  son producidas por animales, plantas y microorganismos. Las lipasas de origen microbiano representan la clase con un mejor potencial en sectores biotecnológicos.  Las cepas bacterianas reportadas en la literatura para la producción de lipasas se muestran en la tabla 1.

Entre las lipasas bacterianas más utilizadas se encuentran,  las de Bacillus que presentan secuencias de proteínas únicas y propiedades bioquímicas estas  las hacen candidatas potenciales para aplicaciones biotecnológicas. (Sumita, 2012).

 La literatura maneja que varios Bacilllus  aislados de entornos diferentes producen enzima lipasa. Se investigaron las capacidades de producción de lipasa durante el estudio de Ertuğrul S en el  2018, la cepa que obtuvo la mayor actividad de lipasa entre 17 cepas cultivadas se identificó como Bacillus sp. Resultados similares en el estudio realizado por  Ertugrul y colaboradores en el  2007 donde se aislaron 17 cepas bacterianas la cepa de Bacillus sp, fue identificada como la mejor productor de lipasa. Un microorganismo termófilo, Bacillus thermoleovorans, mostró actividad de lipasa extracelular y altas tasas de crecimiento en sustratos lipídicos a temperaturas elevadas. En el estudio realizado por Abdel en el 2018, publico una nueva bacteria termófila Bacillus sp. Capaz de producir lipasa. El análisis filogenético basado en la secuencia 16SrDNA reveló su estrecha relación con Bacillus thermoleovorans. Abrunhosa L, 2018. En este trabajo, se estudió la capacidad de la nueva especie Aspergillus ibericus para producir lipasa.

El presente estudio de D'Annibale A, e. en el 2018,  investigó el crecimiento para la producción microbiana de lipasa extracelular. Se concluyó que cepas de Geotrichum candidum, Rhizopus arrhizus, Rhizopus oryzae, Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Candida cylindracea y Penicillium citrinum. Todas las cepas pudieron crecer produciendo actividad de lipasa extracelular. 

Tabla 1 Cepas bacterianas utilizadas en estudios recientes de lipasas.

1.2 Filogenia y base genética de las bacterias productoras de lipasas

Las lipasas bacterianas tienen una amplia diversidad de propiedades distintas, tanto a nivel bioquímico como molecular. La única secuencia conocida entre todas las lipasas es el pentapéptido Glt-x-Ser-x-gly, que encierra el residuo de serina del sitio activo. En el análisis filogenético molecular de diferentes bacterias productoras de lipasa, se utilizan las secuencias de 42 proteínas que representan 7 agrupaciones filogenéticas diversas. En donde cuentan con subgrupos adicionales en cada grupo sobre la base de la cercanía en las secuencias de proteínas lipasa. En donde coexisten ramificaciones adicionales basadas en la proximidad de las secuencias de proteínas de lipasa en cada subgrupo de lipasa y es ahí donde se presenta una diversidad significativa entre las bacterias productoras de lipasa. (da Silva et al., 2013; Leathers et al., 2013).

El análisis de residuos alrededor del motivo GxSxG también demuestra la existencia de diversidad entre diferentes bacterias productoras de lipasa y proporciona una idea de la cercanía de lipasas de diferentes bacterias basadas en secuencias de aminoácidos, dicha información podría utilizarse para diseñar sondas o cebadores para estudiar genes de lipasas de diversos grupos y clasificación de lipasas recién identificadas. (Masomian et al., 2016).  

Estas lipasas se clasifican en función de sus propiedades bioquímicas. Sin embargo, en la era actual de la genómica y la bioinformática, se ha descubierto un número significativo de nuevas lipasas que se desvían de los criterios de clasificación existentes. (Arpigny and Jaeger, 1999; Eggert et al., 2001; Jaeger et al., 1994). Por otra parte, la información cada vez mayor sobre la estructura de la proteína mediante el uso de técnicas como la cristalografía de rayos X o la espectroscopía de RMN, ha añadido una considerable incertidumbre sobre la utilidad del sistema de clasificación actual. Por lo tanto, se requiere un intento exhaustivo a este respecto para proporcionar un criterio más representativo para la clasificación de las lipasas. (Castilla et al., 2017; Masomian et al., 2016).

2. Producción de lipasas

Las lipasas (triacilglicerol acilhidrolasas, E.C. 3.1.1.3) son enzimas omnipresentes de considerable importancia fisiológica y potencial industrial. Las lipasas catalizan la hidrólisis de triacilgliceroles a glicerol y ácidos grasos libres. Las lipasas se activan solo cuando se adsorben en una interfaz aceite-agua (Martinelle et al., 1995). Debido a su gran importancia, las lipasas siguen siendo un tema de estudio intensivo. La investigación sobre las lipasas se centra particularmente en la caracterización estructural, la elucidación del mecanismo de acción, la cinética, la secuenciación y la clonación de los genes de la lipasa, y la caracterización general del rendimiento (Alberghina et al., 1991, Bornscheuer, 2000).

Las lipasas comercialmente útiles se obtienen generalmente a partir de microorganismos que producen una amplia variedad de lipasas extracelulares. Muchas lipasas son activas en disolventes orgánicos en las que catalizan varias reacciones útiles que incluyen la esterificación, transesterificación, acilación regioselectiva de glicoles y mentol, y síntesis de péptidos (Ducret et al., 1998, Zhang et al., 2001) y otros productos químicos (Therisod & Klibanov, 1987, Weber et al., 1999, Bornscheuer, 2000, Berglund & Hutt, 2000, Liese et al., 2000, Azim et al., 2001)

Las lipasas encuentran aplicaciones prometedoras en el procesamiento químico orgánico, formulaciones de detergentes, síntesis de biosurfactantes, la industria oleoquímica, la industria láctea, la industria agroquímica, la fabricación de papel, la nutrición, los cosméticos y el procesamiento farmacéutico. El desarrollo de tecnologías basadas en lipasas para la síntesis de nuevos compuestos está expandiendo rápidamente los usos de estas enzimas (Liese et al., 2000). Un factor limitante es la escasez de lipasas que tienen las características de procesamiento requeridas específicas. Se está volviendo disponible un número creciente de lipasas con propiedades adecuadas y se están realizando esfuerzos para comercializar la biotransformación y la síntesis basada en lipasas (Liese et al., 2000). La principal aplicación comercial para lipasas hidrolíticas es su uso en detergentes para ropa. Las enzimas detergentes representan casi el 32% de las ventas totales de lipasa. La lipasa para uso en detergentes debe ser termoestable y permanecer activa en el entorno alcalino de un lavado de máquina típico. Se estima que se agregan 1000 toneladas de lipasas a aproximadamente 13 mil millones de toneladas de detergentes producidos cada año (Jaeger & Reetz, 1998).

El conocimiento cada vez mayor de la importancia de la actividad biológica ha estimulado una demanda creciente de métodos eficientes para la síntesis industrial de enantiómeros puros incluyendo fármacos. (Berglund y Hutt, 2000, Lee et al. , 1995, Ducret et al., 1998, Xie et al., 1998, Arroyo et al., 1999, Chen & Tsai, 2000, Xin et al., 2001).

2.1 Sustratos para la producción de lipasas

Las lipasas son hidrolasas que actúan sobre los enlaces éster carboxílicos, estos se encuentran presentes en los agliceroles para finalmente poder liberar ácidos orgánicos y glicerol, por lo cual para poder nutrir de manera correcta,  los principales sustratos de las lipasas contienen lípidos como el aceite o cualquier otro inductor como triacilgliceroles, ácidos grasos, esteres hidrolizables, sales biliares, entre otros cuantos (Jaeger et al., 1994; Ghosh et al., 1996; Dharmsthiti et al. 1998; Shirazi et al., 1998; Bradoo et al., 1999; Rathi et al. 2001).

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