Bioprospección de beta-glucosidasas novedosas a partir de metagenomas obtenidos de intestinos de escarabajos pasálidos de Costa Rica y respiraderos hidrotermales de la Isla Vulcano en Italia

Abstract

La aplicación de tecnologías que permitan el establecimiento de biorrefinerías constituye una alternativa interesante que busca incentivar una menor dependencia en el uso de combustibles fósiles y generar productos de valor agregado a partir de la biomasa vegetal con el menor impacto ambiental posible. Para ello se hace indispensable la búsqueda de nuevas enzimas capaces de degradar materiales recalcitrantes y que sean compatibles con procesos industriales llevados en condiciones ácidas o básicas y altas temperaturas, entre otros. Las β-glucosidasas, poseen la capacidad de limitar la eficiencia de la hidrólisis de celobiosa y celodextrinas a glucosa e intervenir en la inhibición inducida por celobiosa sobre las exoglucanasas y las endoglucanasas. El presente trabajo plantea la búsqueda de β-glucosidasas a partir del análisis metagenómico de dos fuentes naturales: microhábitats de escarabajos pasálidos y respiraderos hidrotermales de la Isla Vulcano. En el caso de los escarabajos, la microbiota intestinal es adquirida a partir del alimento que ingieren estos insectos y transmitidas verticalmente desde los padres hacia su descendencia, pues exhiben un comportamiento subsocial. Esta microbiota es fundamental para la degradación de material lignocelulósico y por ende la alimentación de estos organismos. La estrategia bioinformática desarrollada a partir de los metagenomas de pasálidos permitió obtener tres genes asociadas a β-glucosidasas de origen bacteriano (Firmicutes), los cuales fueron clonados, no obstante, su expresión produjo la formación de cuerpos de inclusión. Por su parte, los respiraderos hidrotermales de la Isla Vulcano poseen una composición geoquímica variable, temperaturas heterogéneas y una gran diversidad microbiana adaptada a estas condiciones. Tras cultivar en el laboratorio muestras de sedimentos y fluidos presentes en estos ambientes, en presencia de carboximetilcelulosa y atmósfera anóxica, las comunidades microbianas anaerobias y heterótrofas fueron forzadas a expresar su maquinaria genética asociada a la degradación de este material. El ADN obtenido bajo esta condición fue clave en la obtención de una β-glucosidasa recombinante (Bgav1). Bgav1, asociada a la bacteria hipertermófila Thermotoga neapolitana, fue identificada como una enzima termoactiva (temperatura óptima de 90°C), termoestable (60% de actividad relativa al cabo de 24h a 70°C), tolerante a la glucosa y pertenece a la familia GH1. Las cualidades sobresalientes de Bgav1 hacen de esta β-glucosidasa una candidata interesante para aplicaciones en biorrefinerías en Costa Rica. Finalmente, este trabajo plantea la relevancia de contar con el ADN de muestras ambientales que permitan aumentar las posibilidades de éxito en la bioprospección de enzimas a partir de metagenomas secuenciados.