Biogenmol

Cazando nuevas lactasas: entre la evolución dirigida y la bioinformática

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Mon, 19 Jan 2026 10:51:00 +0000

Hoy os traigo el último trabajo acerca de lactasas y que cierra algunos de los flecos de resultados derivados de la tésis doctoral y que todavía no habían sido publicados.

Como ya sabéis la lactosa es, al mismo tiempo, un nutriente esencial y un desafío ya que una parte considerable de la población adulta presenta dificultades para digerirla, lo que ha impulsado en las últimas décadas una expansión constante de los productos sin lactosa y de los alimentos enriquecidos en galactooligosacáridos, compuestos con efectos prebióticos beneficiosos para la salud intestinal. Detrás de esta tendencia se encuentra una enzima clave: la lactasa, capaz de romper el enlace entre glucosa y galactosa. Aunque la industria utiliza de forma habitual la lactasa procedente de la levadura Kluyveromyces lactis, desde hace años se buscan alternativas que puedan tener mejores propiedades, como por ejemplo una mayor termoestabilidad. Un ejemplo de ello es la β-galactosidasa TmLac de Thermotoga maritima. Su extraordinaria resistencia térmica la convierte en una candidata ideal para procesos industriales en condiciones severas, aunque presenta un inconveniente importante: es menos eficiente que la lactasa de levadura en la hidrólisis de lactosa.

En este trabajo se combinaron tres estrategias complementarias para mejorar esta enzima y explorar alternativas naturales: ingeniería racional, evolución dirigida y cribado bioinformático para buscar nuevas candidatas. La primera de ellas se centró en la comparación estructural entre TmLac y la lactasa de K. lactis, cuyo rendimiento superior parecía estar relacionado con la presencia de un bucle estructural que facilitaba la entrada y orientación de la lactosa en el sitio activo. El equipo decidió entonces introducir ese bucle en TmLac, generando la variante TmLacS_SL. A pesar de lo prometedor de la idea, la enzima modificada mostró una actividad entre cinco y diez veces menor que la original y una ligera pérdida de estabilidad térmica. La introducción de más de veinte aminoácidos en una región crítica resultó ser demasiado disruptiva: el bucle no adoptó la conformación esperada y terminó alterando el entorno catalítico. Es un ejemplo clásico de los límites de la ingeniería racional: aunque la estructura sugiere mejoras potenciales, las proteínas son sistemas complejos donde pequeños cambios pueden desestructurar regiones enteras.

Ante esa dificultad, el estudio recurrió a un enfoque más evolutivo. Mediante DNA shuffling se generaron miles de variantes recombinantes de TmLacS y TmLacS_SL, que se evaluaron experimentalmente para detectar incrementos de actividad. Aquí surgió uno de los resultados más significativos: el mutante TmLacS 3H6, que contiene tres mutaciones consecutivas en una región lejana al centro catalítico. Esas sustituciones rompen un puente salino entre dos dominios, reduciendo la rigidez de la proteína. Como consecuencia, la enzima pierde parte de su estabilidad térmica, pero gana flexibilidad y eficiencia catalítica. El mutante 3H6 multiplicó por más de cuatro la actividad lactasa de la TmLac original y, además, duplicó la síntesis de galactooligosacáridos frente a la enzima nativa.

La tercera estrategia del estudio fue seguir buscando alternativas en la naturaleza usando como fuente bases de datos de secuencias anotadas pero no caracterizadas. La familia GH2, a la que pertenecen estas β-galactosidasas, contiene decenas de miles de proteínas, pero solo una fracción mínima ha sido estudiada experimentalmente. Se amplió el árbol filogenético previo desarrollando durante la tesis doctoral, incorporando más de doscientas secuencias procedentes de microorganismos termófilos y buscó aquellas que se agrupaban cerca de las enzimas de Bifidobacterium, conocidas por su elevada capacidad para hidrolizar lactosa y producir GOS. Tras un proceso de filtrado y selección, se eligieron cinco candidatos, de los cuales cuatro pudieron expresarse y caracterizarse: TeLac, PsTheLac, ThStLac y CalHydLac.

El análisis estructural reveló diferencias notables en la arquitectura del sitio activo de estas enzimas, lo que explicaba su distinto comportamiento frente a la lactosa. Dos de ellas mostraron actividad exclusivamente frente a sustratos artificiales, lo que indica cavidades demasiado profundas o estrechas para acomodar la lactosa natural. Sin embargo, una de ellas destacó claramente sobre las demás: TeLac, procedente de Thermoanaerobacter pseudethanolicus. Esta enzima mostró una actividad superior a todas las demás probadas en este trabajo, más del doble que la lactasa comercial de K. lactis, y fue capaz de hidrolizar completamente la lactosa presente en leche en apenas una hora a 60 °C. Además, su capacidad para producir diferentes tipos de GOS, y con ellos un rendimiento total cercano al 32 %, la posiciona como una herramienta muy prometedora para la industria de los alimentos funcionales. Aunque TeLac no alcanza la extraordinaria estabilidad térmica de TmLac, su velocidad, versatilidad y compatibilidad con condiciones de pasteurización la convierten en una candidata ideal para procesos industriales donde se busca un compromiso óptimo entre temperatura, rendimiento y coste operativo.

Los resultados demuestran la fuerza de combinar la ingeniería racional, la evolución dirigida y la minería bioinformática para descubrir o generar nuevas biocatalizadores con aplicaciones reales en la industria. Os dejo el enlace al artículo por si tenéis curiosidad:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014181302600067X?via%3Dihub

Una enzima, dos funciones

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Fri, 12 Sep 2025 04:37:00 +0000

Cuando doy clase de Enzimología, siempre les comento a mis alumnos que las enzimas tienen una estructura tridimensional muy intrincada tan solo para forma una cavidad que forma el sitio catalítico. Todo ese andamiaje estructural es necesario para que las cadenas laterales de ciertos residuos se coloquen en una posición determinada en el espacio y acojan el sustrato que van a convertir en producto. ¿Pero y si pudiésemos aprovechar ese andamiaje para introducir un segundo sitio catalítico? Eso es lo que hemos hecho en el último trabajo que hemos presentado en el laboratorio de Ingeniería Molecular de Enzimas del Instituto de Agroquímica y Tecnología de los Alimentos (CSIC), junto con el Barcelona Supercomputing Center, el Instituto de Química Física Blas Cabrera (CSIC) y el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC) y que hoy os quiero contar por aquí.

La proteína elegida como candidata para introducir un segundo sitio catalítico es una xilanasa con unas propiedades muy particulares, la Xyn11, capaz de funcionar a 90ºC y pH10.5. Las xilanasas son enzimas encargadas de degradar el xilano, el segundo polímero más abundante en la tierra (junto la quitina) y es uno de los componentes de las paredes celulares, formando parte de las hemicelulosas. Sin embargo, el xilano es un polímero difícil de degradar, debido a la complejidad en su estructura, ramificaciones de distinta naturaleza, como enlaces éster, etc. Esta resistencia es un reto para la industria alimentaria, papelera y energética, que busca convertir residuos vegetales en productos útiles como azúcares fermentables o compuestos antioxidantes. ¿La solución? Utilizar cókteles de enzimas capaces de romper esas estructuras. Pero, ¿y si una sola enzima pudiera hacer el trabajo de varias?

En un estudio reciente que hemos publicado en Computational and Structural Biotechnology Journal, hemos diseñado una enzima multifuncional que combina dos actividades clave: xilanasa (que rompe la cadena principal de xilano) y feruloil esterasa (que elimina los grupos ferúlicos que dificultan la actividad de la xilanasas). Esta enzima, llamada Xyn11 m1, fue creada a partir de una xilanasa termofílica natural, a la que se le añadió un segundo sitio activo mediante simulaciones computacionales avanzadas y dinámica molecular desarrollada por el Barcelona Supercomputing Center.

La innovación se basa en el concepto de PluriZyme, que permite insertar nuevos sitios catalíticos en proteínas ya existentes. En este caso, se identificó una cavidad en la superficie de la enzima original que podía albergar el sustrato feruloil-arabinosa. Luego, se rediseñó esa cavidad para formar una tríada catalítica funcional (serina-histidina-glutamato), típica de las esterasas.

Representación de los dos sitios cataliticos, el de la izq. el original correspondiente a la Xyn11, a la derecha el nuevo sitio esterasa.

¿El resultado? Una enzima que no solo mantiene su actividad original, sino que también adquiere la capacidad de liberar ácido ferúlico de materiales como el salvado de trigo. En pruebas de laboratorio, Xyn11 m1 fue capaz de liberar ácido ferúlico cosa que no puede hacer la versión original, de esta manera se consigue demostrar que dentro de una misma estructura proteica existen dos sitios catalíticos y dos actividades enzimáticas distintas, pero útiles en un contexto como es la degradación de las hemicelulosas. Ademas, pese a las modificaciones realizadas, la enzima mantiene las propiedades extremófilas, haciéndola interesante para los procesos industriales más exigentes.

Este trabajo abre la puerta a una nueva generación de enzimas diseñadas a medida para bioconvertir biomasa vegetal, reducir residuos y generar compuestos de alto valor como antioxidantes. En el futuro, se podría aplicar esta estrategia a otras enzimas y materiales, ampliando aún más el potencial de la biotecnología industrial.

Os dejo el enlace original al artículo por si queréis más detalles:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2001037025003630

Túneles catalíticos que permiten la hidrólisis de polímeros

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Fri, 13 Jun 2025 05:01:00 +0000

Llevo tiempo con ganas de escribir sobre uno de los últimos artículos en los que he colaborado con el ICMOL-UV. Se trata de la creación de unos nuevos nanomateriales capaces de degradar biopolímeros largos, concretamente el xilano. El reto de este nuevo material ha sido encapsular una enzima, la xilanasa, en una nanoestructura diseñada específicamente para acogerla, protegerla y permitir su reutilización, manteniendo al mismo tiempo la accesibilidad al sustrato en su interior. ¿Queréis saber más?

Este artículo presenta un MOF llamado MIL-110(Al), que está hecho de aluminio, un material abundante, no tóxico y estable, en combinación con el ácido trimésico, un ligando comúnmente utilizado en la formación de muchos MOFs.

La inmovilización de enzimas es una estrategia biotecnológica que permite estabilizar y reutilizar las enzimas en varios bioprocesos. Sin embargo, este enfoque tiene algunas limitaciones, especialmente cuando se trabaja con sustratos poliméricos. Estos sustratos pueden presentar impedimentos físicos que impiden que la enzima inmovilizada acceda a ellos.

Los MOFs son materiales híbridos compuestos por iones metálicos (o clústeres metálicos) conectados por ligandos orgánicos de diferentes tipos. Esta combinación da como resultado estructuras altamente porosas, similares a “esponjas” moleculares. Los MOFs se han utilizado en diversas aplicaciones, como el almacenamiento de gases, la catálisis, la adsorción selectiva y la liberación controlada de fármacos.

Estas estructuras también se han utilizado para albergar enzimas, lo que permite su estabilización y reciclaje. Sin embargo, un desafío con estos materiales es que, si bien el tamaño de los poros es controlable, no hay muchos que puedan alojar una enzima capaz de degradar polímeros largos.

Este nuevo material destaca por sus poros excepcionalmente grandes, organizados en canales unidireccionales. Estos canales han sido diseñados para albergar una xilanasa desarrollada por el laboratorio de Ingeniería Molecular de Enzimas del IATA-CSIC. Este diseño ha demostrado su capacidad para alojar sustratos largos y facilitar su despolimerización.

El material protege eficazmente la xilanasa y permite su reutilización durante múltiples ciclos catalíticos. Esto demuestra que el diseño del canal en este MOF puede proteger la enzima y, al mismo tiempo, proporcionar acceso a sustratos como los polímeros. Como resultado, la enzima puede reutilizarse, lo que permite la despolimerización continua del xilano.

Este artículo representa un avance significativo en el campo de estos materiales. Presenta un modelo de material biocatalítico capaz de albergar enzimas que catalizan reacciones de despolimerización, como celulasas, pectinasas y amilasas.

Os dejo el enlace al artículo por si queréis ampliar la información o conocer algún detalle más:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c04137

Glatz, J., Díaz, J. C., Salinas-Uber, J., Talens-Perales, D., Polaina, J., & Giménez-Marqués, M. (2025). Channel-Directed Enzymatic Depolymerization within a Metal–Organic Framework. ACS Applied Materials & Interfaces. https://doi.org/10.1021/acsami.5c04137

Nueva patente para combatir la Listeria monocitogenes

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Fri, 24 Jan 2025 13:40:00 +0000

Hace unas semanas compartí con vosotros nuestra contribución en la lucha contra Listeria monocytogenes, a través de una publicación científica y una patente. Hoy quiero daros más detalles sobre nuestro trabajo, su relevancia y las repercusiones que podría tener. Por ello, os dejo el vídeo explicativo de la patente y una entrevista realizada para Grupo TV. Han sido días intensos y frenéticos, pero seguimos avanzando para que este aporte pueda llegar a la industria. Ojalá muy pronto os pueda mostrar una solución limpiadora que ya incluya nuestro cocktail enzimático.

Cuando la unión hace la fuerza: dos enzimas se alían para combatir a Listeria

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Sat, 28 Dec 2024 11:06:00 +0000

Las toxiinfecciones alimentarias son un problema creciente de salud pública y seguridad alimentaria. Bacterias como Listeria monocytogenes, presentes en productos como embutidos, ahumados, lácteos y comidas precocinadas, generan continuas alertas relacionadas con alimentos contaminados. Combatirlas de manera eficaz y segura es un desafío para la industria alimentaria.

Actualmente, se emplean desinfectantes químicos como compuestos clorados, glutaraldehído, alquilaminas, alcoholes y sales de amonio cuaternario. Aunque eficaces, tienen importantes desventajas: dejan residuos tóxicos, representan riesgos para la salud humana y no se alinean con la tendencia hacia soluciones más sostenibles.

En nuestro grupo de investigación, hemos apostado por las enzimas como alternativas ecológicas e innovadoras. ¿Y si te dijera que la combinación de dos enzimas puede ser la clave para combatir Listeria?

En los últimos años hemos trabajado en el desarrollo de enzimas antimicrobianas para reemplazar productos químicos, contribuyendo a la sostenibilidad y evitando la aparición de resistencias a antibióticos. Aunque los virus, como los fagos, han surgido como alternativa, presentan limitaciones, incluido el rechazo de los consumidores. La solución es aprovechar las armas de los propios fagos: las endolisinas.

Las endolisinas se han convertido en los últimos años en una alternativa a los antibióticos, son específicas, bastante precisas y tienen la ventaja de no afectar la microbiota del entorno donde se aplican, o por lo menos tienen un impacto menor. Podemos encontrar enzimas que afectan específicamente a especies como Listeria, Staphylococcus, Pseudomonas, etc. Actúan hidrolizando los enlaces de las paredes de peptidoglicano que protegen a las células bacterianas. El principal inconveniente es que en ocasiones se necesita utilizar concentraciones bastante altas para tener un efecto antimicrobiano válido y equivalente a las alternativas químicas.

El uso de enzimas en la conservación y seguridad alimentaria es una práctica ampliamente establecida, con ejemplos destacados como la glucosa oxidasa (GOX). Esta enzima cataliza la conversión de glucosa en ácido glucurónico y, como ocurre con otras oxidasas, necesita regenerar sus cofactores para iniciar un nuevo ciclo de reacción. En este caso, el oxígeno actúa como aceptor de electrones, generando peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) como subproducto. Naturalmente presente en alimentos como la miel o empleada como aditivo, la GOX se ha utilizado con éxito como conservante alimentario.

Sin embargo, su capacidad antimicrobiana suele requerir altas concentraciones de la enzima debido a la resistencia que ofrecen las bacterias mediante su pared de peptidoglicano, una auténtica armadura protectora. Estas altas concentraciones de peróxido pueden alterar la composición y las propiedades organolépticas del alimento, además de afectar negativamente a su microbiota, que puede ser beneficiosa. Por ello, su actividad debe ser cuidadosamente regulada. Pero, ¿y si pudiéramos debilitar esa armadura bacteriana?

Esta es la estrategia que hemos desarrollado en este trabajo, logrando modular y controlar con precisión las concentraciones de ambas enzimas para maximizar su efectividad. Tal como indica el título, "la unión hace la fuerza": hemos empleado una endolisina específica contra Listeria monocytogenes para debilitar su pared celular, creando "agujeros" que permiten al peróxido de hidrógeno generado por la GOX penetrar y aumentar significativamente la letalidad bacteriana. Para ilustrarlo, es como un asedio a un castillo, donde la endolisina actúa como bolas de cañón que abren brechas en las murallas, facilitando el ingreso de los soldados (el agua oxigenada).

Esta combinación enzimática ha permitido reducir las concentraciones necesarias de GOX y endolisina para lograr un efecto antimicrobiano, minimizando los posibles efectos adversos sobre las características y propiedades organolépticas de los alimentos. Además, esta estrategia es ideal para la limpieza de superficies en entornos alimentarios y presenta un gran potencial para su aplicación directa en alimentos en el futuro. Se han hecho pruebas de los dos enzimas funcionando juntos, a la vez, y son perfectamente compatibles.

El cocktail enzimático ya ha superado la certificación por laboratorios externos y actualmente nos encontramos en la fase de estudio para el escalado y la realización de pruebas piloto.

Para aquellos interesados, pueden acceder a información más técnica en el artículo (open access)

Las enzimas como modelo de estudio de la formación de fibras amiloides

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Tue, 06 Aug 2024 05:25:00 +0000

La fibrilación amiloide de proteínas es un fenómeno que ha captado la atención de los científicos debido a su implicación en diversas enfermedades humanas, como el Alzheimer, el Parkinson e incluso la diabetes tipo 2. Estas enfermedades están caracterizadas por la acumulación de fibras amiloides, que son agregados de proteínas mal plegadas. En este artículo que os traigo hoy al blog, y del cual soy coautor, exploramos la formación de fibras amiloides en dos β-glucosidasas, BglA y BglB, pertenecientes a la familia 1 de las glicosil hidrolasas (GH1).

Adaptado de: Duran-Aniotz et al., 2013

Las β-glucosidasas son enzimas que juegan un papel crucial en la degradación de glucósidos, liberando moléculas de glucosa. BglA y BglB son ejemplos de estas enzimas y poseen una estructura común conocida como barril TIM (β/α)8, que es una de las estructuras proteicas más comunes en la naturaleza. En este estudio nos planteamos si éstas enzimas, procedentes de la bacteria Paenibacillus polymyxa, con diferentes estructura cuaternaria(BglA forma octámeros y BglB es un monómero), podrían servir como modelo de fibrilación. Son enzimas que se producen en grandes cantidades de forma heteróloga y esto permite obtener enzima suficiente para llevar a cabo los estudios.

Microscopía óptica de campo amplio de agregados de proteínas BglB y BglA utilizando microscopía de contraste de interferencia diferencial Nomarski (DIC/N) o iluminación de epifluorescencia después de tinción con ThT o Rojo Congo. Panel (A): BglA, pH 7.0, 65 °C (DIC/N). Paneles (B–D): BglB, pH 3.0, 45 °C (ThT). Panel (E): BglB, pH 3.0, 45 °C (DIC/N). Panel (F): BglB, pH 3.0, 45 °C (CR). Barra de escala: 20 µm en los paneles (A,B); 5 µm en los paneles (C–F). De: Rodriguez-López et al., (2024)

En este caso se analiza cómo estas enzimas forman fibras amiloides bajo diferentes condiciones de pH y temperatura. Utilizando técnicas como la espectroscopía de fluorescencia, la microscopía óptica de campo amplio, la microscopía confocal y la microscopía electrónica de barrido de emisión de campo, los investigadores encontraron que ambas enzimas pueden fibrilar en un amplio rango de condiciones, especialmente en pH ácido (3-4) y temperaturas entre 45 y 65 °C. Algunas de estas condiciones también se pueden dar de forma puntual en nuestro organismo, debido a diferentes tipos de estrés celular, que de forma similar podrían inducir la formación de fibras en el organismo. Imaginaos el impacto que puede tener la formación de las fibras que vemos en microscopía electrónica en los espacios intercelulares o dentro de las propias células. A mi me recuerda al cuento de la habichuela mágica y de cómo las raices y los tallos destrozaban todo por donde pasaban.

Imágenes de microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM) de fibras amiloides de BglB (paneles (A,B)) y BglA (panel (C)). Las muestras de proteína (1 mg/mL) fueron incubadas a pH 3 y temperatura ambiente durante 96 horas. Barra de escala: 1 µm (panel (A)), 2 µm (paneles (B,C)). De: Rodriguez-López et al., (2024)

Este estudio tiene importancia porque sugiere que la fibrilación amiloide es un fenómeno común que puede ocurrir en muchas proteínas bajo condiciones que alteran su conformación nativa. El hallazgo de que tanto BglA como BglB pueden formar fibras amiloides refuerza la idea de que este proceso es impulsado por una transición de una estructura secundaria de α-hélice a una β-hoja. Comprender este proceso es crucial para el desarrollo de terapias que puedan inhibir la formación de estos agregados y tratar enfermedades amiloides.

Por ello, la investigación sobre la fibrilación en las β-glucosidasas BglA y BglB puede proporcionar una visión valiosa sobre los mecanismos de formación de dichas fibras. Al demostrar que la fibrilación puede inducirse en proteínas con estructuras comunes bajo condiciones específicas, este estudio allana el camino para futuras investigaciones y el desarrollo de tratamientos contra enfermedades relacionadas con depósitos de proteínas, utilizando este modelo como base de cribado de distintos fármacos que pudiesen prevenir su formación.

Os dejo la referencia por si queréis consultar el artículo con más calma y detalle:

Rodríguez-López, M.A.; Coll-Marqués, J.M.; Talens-Perales, D.; Marín-Navarro, J.; Polaina, J.; Vázquez-Contreras, E. Analysis of Amyloid Fibrillation of Two Family 1 Glycoside Hydrolases. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 8536. https://doi.org/10.3390/ijms25158536.

Hacia una celulosa más verde

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Thu, 04 Jan 2024 11:03:00 +0000

Como bien sabéis, la celulosa es, junto con la quitina, el polímero más abundante sobre la corteza terrestre. La humanidad ha utilizado este material y sus derivados a lo largo de toda la historia. Obtener celulosa relativamente pura es necesario para ciertas aplicaciones, y hasta el momento, su obtención ha ido muchas veces ligada al uso de químicos agresivos que generaban residuos y problemas medioambientales. En la actualidad se está trabajando para obtener celulosa y otros subrpoductos, de una forma más compatible con el medio ambiente, y por otro lado, obtenerla a partir de fuentes que no supongan un impacto sobre los ecosistemas, es decir, utilizar residuos y subproductos de otras industrias.

En este artículo que hoy os presento, y en el que nuestro laboratorio ha contribuido, se ha explorado el aprovechamiento sostenible de residuos de paja de arroz para la obtención de productos de alto valor. Y para ello se combinan tres tratamientos distintos: la ozonización (O), la alcalinización suave (A) y el tratamiento enzimático (E). Estos tratamientos se han aplicado en distinto orden y los resultados han sido distintos.

Los resultados destacan que el tratamiento en el orden AOE demostró la mejor capacidad para extraer celulosa de alta pureza y otros compuestos valiosos. La disminución significativa del contenido de lignina, independientemente del orden de los tratamientos, fue evidente, siendo inferior en el extracto obtenido después del proceso AOE en comparación con el proceso OAE. Además, se observó un aumento en la estabilidad térmica de las muestras después del proceso enzimático, siendo más notable en la que se habia realizado en primer lugar la alcalinización, la ozonización y finalmente el tratamiento enzimático.

Adicionalmente, el tratamiento alcalino aumentó la presencia de polifenoles en la fracción líquida. Esta fracción, rica en polifenoles, puede ser utilizada para obtener otros compuestos, incluyendo antimicrobianos y conservantes alimentarios que pueden incorporarse a materiales para la fabricación de envases bioactivos.

La combinación de estas tres técnicas ha permitido suavizar las condiciones de extracción de la celulosa en comparación con las técnicas tradicionales, proporcionando una guía de referencia para las condiciones más adecuadas según los subproductos deseados, lo que contribuye a su posible escalado.

De nuevo, las enzimas, en este caso la X11, de la que os hablé en estas entradas del blog (Entrada 1 y Entrada 2) están contribuyendo en la sociedad actual a caminar hacia una química más verde.

Os dejo con el artículo por si queréis ampliar información. Lo podéis descargar tranquilamente ya que es Open Acces.

Cabrera, L., Ebrahimi, M., Martínez‐Abad, A., Talens-Perales, D., Rubio, A. L., & Fabra, M. J. (2023). Order matters: Methods for extracting cellulose from rice straw by coupling alkaline, ozone and enzymatic treatments. Carbohydrate Polymers, 121746. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121746

https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121746

Proyecto CAMEG, un estudio de la salud de nuestras aguas

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Wed, 22 Nov 2023 09:29:00 +0000

Que este año está siendo frenético en muchos aspectos de mi vida, los que me conocen, ni lo dudan... Pero he intentado hacer un hueco para contaros un proyectito que tenemos entre manos, y que me hace mucha ilusión por ser el primer proyecto (aunque modesto) en el que soy en Investigador Principal.

Se trata del proyecto CAMEG, cuya siglas son un resumen de nuestro propósito, la Evaluación de la calidad del agua en áreas costeras del Golfo de Valencia sometidas a estrés medioambiental, mediante análisis metagenómico y de actividad enzimática.

El área metropolitana de Valencia, situada en el Golfo de Valencia constituye la zona más poblada de la Comunidad Valenciana. Sus costas presentan serios problemas de contaminación, derivados de los vertidos urbanos e industriales resultantes de la intensa actividad humana e industrial. Este problema requiere de mecanismos de control y seguimiento que permitan valorar la calidad de las aguas y permitan la toma de decisiones. Mirad en el último año algunas de las noticias relacionadas con el tema:

“Que pasa en las playas de Valencia”. La Vanguardia, 11/07/2019 (https://www.lavanguardia.com/local/valencia/20190711/463414679723/playas-valencia-aguas-fecales-ecoli.html).

“La Fiscalía lleva a los tribunales el uso de cloro en Valencia para tratar vertidos con aguas fecales en las playas”. El País, 08/01/2021 (https://elpais.com/sociedad/2021-01-08/la-fiscalia-lleva-a-los-tribunales-el-uso-de-cloro-en-valencia-para-tratar- vertidos-con-aguas-fecales-en-playas.html).

“El emisario de Vera sufre una rotura y vierte desde octubre junto a la playa de la Malvarrosa”. Las Provincias, 19/03/2021(https://www.lasprovincias.es/valencia-ciudad/emisario-vera-sufre-20210319001037- ntvo.html#:~:text=Desde%20el%20pasado%20mes%20de,alta%20mar%20como%20est%C3%A1%20previsto).

“El emisario de las playas de El Saler cumple 7 años con deficiencias”. Levante 05/08/2022. (https://www.levante-emv.com/valencia/2022/08/05/emisario-playas-saler-cumple-7-73094807.html).

“Sueca y Costas buscan soluciones al problema de la desembocadura de las acequias en el mar”. Valencia Plaza 24/08/22 (https://valenciaplaza.com/sueca-costas-soluciones-problema-desembocadura-acequias-mar).

De forma clásica, la monitorización de la calidad del agua se ha realizado en base a criterios fisico-químicos, como pH, conductividad, etc., criterios microbiológicos, como recuentos microbianos y la presencia de ciertas especies catalogadas como bioindicadores utilizando índices ambientales como AMBI o BENTIX. La desventaja de este tipo de análisis es que requieren tiempo y personal cualificado para su realización. Por tanto, no son adecuados desde el punto de vista práctico de una monitorización efectiva para un gran número de muestras y que requieran de cierta inmediatez.

En los últimos años, debido al abaratamiento de los costes de secuenciación, ha habido un auge de las técnicas ómicas, como metagenómica y metatranscriptómica, que permiten un análisis más automatizado y de un gran número de muestras, pero que requieren tiempo y personal especializado. En paralelo, hay diversos estudios que apuntan al uso de enzimas como sistemas de monitorización de la calidad de las aguas al presentar elevada sensibilidad, selectividad y bajo coste. Además, una vez caracterizadas se pueden convertir en test que no requieren de conocimientos técnicos para la obtención de los resultados.

Por eso, este proyecto propone un estudio que combina técnicas de metagenómicas y de análisis de actividad enzimática, para determinar la composición biótica y la calidad ambiental de las aguas, en la franja costera del Golfo de Valencia. Se trata de algo muy modesto, que no sabemos qué deparará, pero puede ser el inicio de nuevas líneas muy interesantes... Como veis implica algo que me persigue durante toda mi trayectoria científica, ¡las enzimas!.

Hemos empezado ya con los primeros muestreos y estamos analizando los primeros resultados...Os mantendremos informados...

Gracias a la Generalitat Valenciana por haber financiado este proyecto con el Programa para la promoción de la investigación científica, el desarrollo tecnológico y la innovación en la Comunitat Valenciana (CIGE/2022/142).

Producción de Glucosa Oxidasa (GOX) en Plantas: Una alternativa sostenible y versátil

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Thu, 05 Oct 2023 14:02:00 +0000

La Glucosa Oxidasa (GOX) es una enzima clave que cataliza la oxidación de la α-D-glucosa a D-glucono-1,5-lactona, generando peróxido de hidrógeno como subproducto. Esta enzima tiene una amplia variedad de aplicaciones biotecnológicas, que van desde sensores de glucosa hasta industrias alimentarias, farmacéuticas y textiles.

Tradicionalmente, la GOX se produce en hongos como el Aspergillus niger. En algunos estudios se ha intentado buscar alternativas como las levaduras, pero los resultados han sido muy limitados y en cantidades solamente aptas para la investigación.

Si seguís el blog asíduamente, habréis comprobado cómo en nuestras últimas publicaciones hemos estado probando plataformas alternativas de producción de enzimas, concretamente plantas. Los resultados obtenidos en colaboración con el grupo liderado por Jose Antonio Darós, del IBMCP (CSIC) han sido fructuosos con enzimas bacterianos. La pregunta que nos planteamos fue inmediata: ¿Podríamos producir eficientemente GOX en plantas, en particular en Nicotiana benthamiana? Para responder a esta pregunta, se utilizó un vector derivado del virus del mosaico del tabaco (TMV) para introducir el gen de la GOX en las plantas mediante la inoculación de tejidos vegetales con Agrobacterium tumefaciens.

Los resultados han demostrado que se puede producir GOX eficazmente en las plantas y que la purificación posterior de la proteína recombinante es más sencilla al dirigir la proteína al apoplasto, el espacio entre la membrana celular y la pared celular. Esto se debe a que el apoplasto contiene pocas proteínas endógenas, lo que facilita la purificación.

La GOX producida en las plantas mostró propiedades catalíticas excelentes en una amplia gama de pH y temperaturas. Esto significa que la enzima es resistente y funcional en condiciones muy variables, mostrando propiedades mejoradas respecto de la enzima silvestre al tratarse de una secuencia modificada previamente por nuestro laboratorio y que fue producida exitosamente en levaduras (aunque con bajo rendimiento).

Además de establecer una nueva estrategia para producir GOX en plantas como una alternativa sostenible a la fermentación fúngica tradicional, en este estudio también exploramos su potencial aplicación como enzibiótico.

Los enzibióticos son enzimas con actividad antimicrobiana que pueden ser una alternativa a los antibióticos convencionales. Se muestra que la GOX producida en plantas tiene una actividad bactericida contra Escherichia coli y Staphylococcus aureus. Esto abre nuevas perspectivas para el uso de esta enzima en la lucha contra infecciones bacterianas.

Este estudio sugiere que las plantas, en particular la N. benthamiana, pueden ser una plataforma viable y prometedora para la producción de GOX. Además de sus aplicaciones tradicionales en biotecnología, en esta investigación se destaca el potencial de la GOX como una herramienta en la lucha contra las infecciones bacterianas, lo que la convierte en una enzima verdaderamente versátil y valiosa.

Como siempre, os dejo con el paper:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590262823000308

XVIII Premio Científico Técnico Ciudad d'Algemesí

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Wed, 07 Jun 2023 12:31:00 +0000

¡He de reconocer que he estado desconectado del blog durante unos meses, pero tengo una noticia emocionante para compartir! En el mes de marzo, fui galardonado con el XVIII Premio Científico-Técnico "Ciudad de Algemesí" en la categoría de joven investigador de la Ribera Alta. Quería dedicar unos minutos para contaros sobre este logro, aunque ha habido diversas circunstancias, incluyendo la paternidad, que me han mantenido ocupado y sin tiempo para hacerlo hasta ahora. Además, confieso que a veces me resulta difícil hablar de mí mismo.

El título de mi trabajo premiado es "Pescando xilanasas extremófilas, del ordenador a la bancada del laboratorio". En este estudio, me he centrado en los trabajos que he desarrollado en los últimos años en el laboratorio de Estructura y Función de Enzimas en el Instituto de Agroquímica y Tecnología de los Alimentos, bajo la dirección del Dr. Julio Polaina.

El certamen del Premio Científico-Técnico "Ciudad de Algemesí" ha brindado durante dieciocho ediciones la oportunidad a jóvenes investigadores, como yo, de mostrar sus trabajos de investigación. Para participar, los trabajos deben cumplir una serie de requisitos establecidos por las bases de la convocatoria. En mi caso, he presentado los resultados de los esfuerzos realizados por nuestro grupo en el marco del proyecto europeo WOODZYMES. Nuestro objetivo ha sido buscar nuevas enzimas, especialmente xilanasas, que posean las características necesarias, como termoestabilidad extrema y estabilidad a pH alcalino, para ser utilizadas en la industria del papel y la madera. De esta manera, buscamos reducir el uso de químicos convencionales y avanzar hacia una química más sostenible y respetuosa con el medio ambiente.

Aprovecho esta oportunidad para expresar mi agradecimiento al ayuntamiento de Algemesí por este reconocimiento que, sinceramente, me llena de ilusión. Especialmente considerando que era mi penúltimo año de elegibilidad para participar. Este premio me motiva a seguir trabajando en este campo, a pesar de la falta de estabilidad laboral, la incertidumbre constante y la escasez de financiación para la investigación, en relación a los resultados que luego se nos exigen.

Quiero felicitar también al resto de los premiados y a aquellos que recibieron menciones especiales. Todos presentaron trabajos con títulos realmente interesantes, lo cual demuestra la calidad y diversidad de la investigación que se está llevando a cabo.

Por último, recordar que pese a que soy la cara visible del premio (y básicamente por ser el joven...), la investigación lleva todo un equipo detrás, y que a pesar de que unos puedan llevar más peso de la investigación, el resto son parte imprescindible de todo el proceso. Sin ellos no sería posible alcanzar este tipo de logros.

Os dejo un vídeo de la noticia y del acto. La podéis ver a partir del minuto 13:17:

Un blanqueamiento del papel más ecológico gracias a las enzimas

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Mon, 27 Feb 2023 07:05:00 +0000

Cuántas veces en nuestras vidas habremos tenido una hoja de papel blanco entre las manos. Desde bien pequeños nos hacían dibujar en ellas y de bien mayores han sido nuestra peor pesadilla al tener que rellenarlas con nuestra sabiduría ante un examen de la facultad.

Todo el mundo sabe que el papel viene de los árboles, concretamente de la celulosa. Pero nadie se detiene a pensar cómo algo que en principio es marrón, se convierte en algo completamente blanco. El blanqueamiento de la pulpa de papel es uno de los pasos más importantes en esta industria, pero desgraciadamente, también es uno que usa químicos bastante agresivos como es el dióxido de cloro.

Gracias al descubrimiento de una nueva xilanasa alcalófila y termorresistente se podría reducir el uso de este compuesto, haciendo el proceso más amigable
para el medio ambiente. Hoy quería mostraros los resultados que han obtenido las industrias con el uso de la enzima desarrollada en el grupo donde trabajo y un video en dónde explicamos su importancia y qué es capaz de hacer.

Hace ya unos cuantos meses os conté que en el laboratorio habíamos dado con una superxilanasa capaz de trabajar a temperaturas elevadas (90ºC) y pH muy alcalino (10,5). Muchas veces estos descubrimientos tienen el peligro de acabar en un publicación si no se prueban en condiciones reales.

Cuando doy clase de enzimología a mis alumnos les advierto que una cosa son las condiciones de laboratorio y otra cosa las condiciones reales. Las enzimas a menudo se ensayan en entornos controlados, con tampones elaborados con agua ultrapura, temperatura constante, etc. Pero en los procesos industriales las enzimas deben enfrentarse a sustratos muy heterogéneos que pueden contener sustancias que los inhiban, o en el peor de los casos, los degraden.Además, cuando ensayamos con enzimas en el laboratorio lo hacemos con pocos miligramos, mientras que en la industria hablamos del orden de kilogramos.

En el proyecto europeo en el que se desarrolló la enzima, WOODZYMES, también participaban empresas de la industria papelera, RAIZ-NAVIGATOR, así como una empresa de producción de enzimas para la industria, METGEN.

Nos pusimos manos a la obra, y se suministró a la empresa 450 litros de la xilanasa para que hiciesen pruebas durante la elaboración de papel a partir de la pulpa de la madera. El color claro del papel se consigue cuando se eliminan las hemicelulosas, y la celulosa queda lo más pura posible. Entre las hemicelulosas más abundantes se encuentra el xilano. Hasta ahora no se había descrito ninguna xilanasa capaz de funcionar en condiciones tan extremas. Quedaba la duda de si funcionaría en condiciones reales y a escala industrial.

Tras diferentes pruebas a escala industrial se concluyó que el uso de la xilanasa en la elaboración de papel puede reducir en un 25% el uso de dióxido de cloro, obteniendo una pulpa con las mismas características y propiedades pero con un menor impacto ambiental.

Estos resultados han sido publicados en un estudio que ha implicado las diferentes empresas y distintos socios del proyecto WOODZYMES titulado: "Uso de una nueva xilanasa extremófila para el blanqueo industrial más ecológico de pasta kraft". Este trabajo está publicado en abierto y podéis ver los detalles al final de la entrada del blog.

No obstante pensamos que esta xilanasa también puede tener otros usos en diferentes procesos industriales que traten hemicelulosas en condiciones extremas. Por ello hemos puesto a disposición del banco de patentes de la Generalitat una descripción de la xilanasa y sus posibles usos para que, aquellas empresas que puedan estar interesadas en su producción o uso, tengan detalles de la enzima y de cómo contactar con nosotros.

También adjuntamos el artículo por si queréis más detalles sobre las capacidades de esta enzima.

https://www.mdpi.com/1923494

Almeida, N., Meyer, V., Burnet, A., Boucher, J., Talens-Perales, D., Pereira, S., Ihalainen, P., et al. (2022). Use of a Novel Extremophilic Xylanase for an Environmentally Friendly Industrial Bleaching of Kraft Pulps. International Journal of Molecular Sciences, 23(21), 13423. MDPI AG. Retrieved from http://dx.doi.org/10.3390/ijms232113423

ENLACE AL BANCO DE PATENTES: https://bancodepatentes.gva.es/

¿¿¡¡Tras la infección!!?? ¡Producción!

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Mon, 10 Oct 2022 08:23:00 +0000

Hoja de Nicotiana benthamiana recién infectada.
Créditos: María Nicolau-Sanús

Cuando pensamos en producción de enzimas pensamos en bacterias, concretamente
en E.coli. Este organismo se ha convertido en los últimos años en la plataforma preferente para la sobreexpresión de enzimas. Sin embargo, no siempre es el huésped más adecuado para la producción de enzimas secretables o procedentes de células eucariotas. Como alternativa, las plantas se están convirtiendo en una plataforma de producción cada vez más prometedora. Si a ello sumamos que existen técnicas con las que podemos obtener la enzima prácticamente pura todavía tenemos más motivos para prestar atención.

Hace unos meses os hablé de las superxilanasen el blog, y concretamente de la Xyn11. Una enzima capaz de degradar xilano a 90ºC y pH 10.5. A pesar de que la enzima se produce bien en E. coli pensamos que podría ser interesante producirla en otros sistemas y surgió la posibilidad de la expresión en plantas. Este trabajo se realizó a través de una colaboración entre el laboratorio de Estructura y Función de Enzimas del IATA-CSIC, dirigido por el Dr. Julio Polaina y el laboratorio de Biotecnología de Virus de Plantasdel IBMCP-CSIC, dirigido por el Dr. Jose Antonio Darós.

Expresar proteínas en plantas es algo que lleva haciéndose durante bastante tiempo. No obstante, la particularidad de estos resultados es que la proteína queda expresada directamente en el apoplasto gracias a los vectores utilizados por el grupo de virus de plantas.

Autores del estudio visitando las cámaras de incubación.
De izq. a der. David Talens-Perales, Julio Polaina,
María Nicolau-Sanus y Jose Antonio Darós

Para los más olvidadizos, el apoplasto es el espacio que queda entre las células vegetales y su líquido es equivalente al líquido intersticial que queda en nuestros tejidos. La gran ventaja de producir las proteínas es esta localización es que se trata de un medio que contiene mayoritariamente azúcares, agua, sales y un bajo contenido de proteínas de la planta.

Por tanto, el contenido proteico del fluido extraído contiene mayoritariamente la enzima que se quiere sobreexpresar, en este caso la xilanasa.

El sistema de producción está desarrollado mediante la infección de las hojas de Nicotiana benthamiana con la bacteria Agrobacterium. Esta bacteria porta la el plásmido que contiene el gen que sintetiza la xilanasa. Una semana después de la infección, mediante extracción en vacío de las hojas, se obtiene el líquido apoplástico, con proteína prácticamente pura. Este proceso de extracción tiene ciertas ventajas frente a otros sistemas que requieren de procesos de purificación que terminan encareciendo el producto.

Proceso de producción de Xyn11 en Nicotiana benthamiana. D. Talens-Perales

A pesar de que las plantas pueden modificar postraduccionalmente las proteínas, se pudo comprobar que la Xyn11 mantenía propiedades catalíticas similares a la Xyn11 producida en E. coli, convirtiendo este sistema en una alternativa a considerar en cuanto a métodos de producción de proteínas.

Os dejo a continuación el enlace del artículo por si queréis profundizar en el tema:

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36131073/

Talens-Perales, D., Nicolau-Sanus, M., Polaina, J., & Daròs, J. A. (2022). Expression of an extremophilic xylanase in Nicotiana benthamiana and its use for the production of prebiotic xylooligosaccharides. Scientific reports, 12(1), 15743. https://doi.org/10.1038/s41598-022-19774-5

Neprosina, la esperanza para los celíacos

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Wed, 07 Sep 2022 05:33:00 +0000

Que las enzimas están siendo la solución para muchos de los problemas cotidianos está más que demostrado. Participan en la elaboración de muchos de los alimentos, en la síntesis de muchos medicamentos, están presentes en productos de limpieza, y también podrían ser una buena solución para la celiaquía.

Como sabéis la celiaquía es una enfermedad que actualmente no tiene tratamiento y que se resuelve con el gran sacrificio de eliminar el gluten de la dieta, de una forma estricta y de por vida. El descubrimiento de una endopeptidasa, la neprosina, puede ser la llave para ayudar a resolver este problema.

El gran problema de la celiaquía reside en la digestión del gluten de todos aquellos alimentos que contienen cereales, como por ejemplo el trigo. Durante la digestión de estas proteínas se generan unos péptidos (fragmentos más pequeños) que en el caso de los celíacos producen una respuesta proinflamatoria.

Uno de los péptidos más relevantes, y que desencadena esta reacción, es la alfa-gliadina, que resiste la digestión de los enzimas pancreáticos y los situados en el epitelio intestinal. Además, al sufrir modificaciones por otros enzimas como las transglutaminasas dan lugar a formas reactivas capaces de estimular y desencadenar la respuesta inmune y por ende todos sus efectos que se traducen en los síntomas de la enfermedad.

Acabar con estos péptidos podría ser la solución para mitigar la enfermedad y qué mejor para ello que el enemigo mortal de los péptidos, las peptidasas, y concretamente la neprosina.

La neprosina fue descubierta en el fluido digestivo de la planta Nephentes x ventrata. Los biólogos seguro que la conocéis, los que no y seáis un poco "milenials" es la planta carnívora en la que se inspiró el Pokemon conocido como Victreebel.

Investigadores del Instituto de Biología Molecular de Barcelona (CSIC) han logrado sobreexpresar la endopeptidasa utilizando como huésped células humanas. Tras purificar la proteína realizaron ensayos de hidrólisis peptídica para comprobar si eran capaces de romper la gliadina causante de la celiaquía obteniendo resultados positivos.

Para comprobar su efectividad in vivo utilizaron ratones y comprobaron que la administración de la neprosina en la dieta era capaz de eliminar la gliadina en el instestino en un 90%, convirtiéndose así en un potencial enzima para el tratamiento de la celiaquía.

Si los ensayos clínicos funcionan, y no muestran ningún tipo de contraindicación, es posible que en un futuro no muy lejano veamos pastillas de neprosina con el fin de reducir los efectos del glúten en los celíacos. Una vez más, las enzimas solucionando problemas cotidianos.

Os dejo el enlace de la publicación:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-32215-1.pdf?origin=ppub

Fotonatura XIV: ¡Zorra!

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Fri, 13 May 2022 10:38:00 +0000

Ya hacía tiempo que dedicaba una entrada a la fotografía en el blog. Pero esta vez la ocasión y el encuentro lo merece...

Los fotógrafos de naturaleza siempre tenemos alguna que otra especie pendiente que fotografiar, y muchas veces, durante los largos viajes que hacemos para ir en búsqueda del amanecer, pájaros, etc. emerge a la conversación una lista interminable de objetivos que tenemos pendientes. Algunos posibles y otros imposibles sin coger un vuelo. Entre las posibles especies se encontraba el zorro. Una especie muy huidiza en general, con un olfato impresionante, que detecta la presencia humana a centenares de metros y por defecto huye. Casi siempre que los he visto ha sido para mal, porque generalmente habían sido víctimas de algún atropello y jamás los he visto vivos.

Sin embargo, en uno de nuestros periplos por tierras manchegas tuve un encontronazo con una zorra que iba cruzando uno de los caminos. Pensé que cuando detuviese el coche para sacar el teleobjetivo escaparía o ya sería demasiado tarde. Pero no, esta pequeña hembra tuvo a bien dejarse fotografiar unos instantes y ofrecer uno de esos momentos que te quedan grabados.

No debemos olvidar que esta especie mantiene a raya a otras que pueden dañar los cultivos, como por ejemplo los conejos. Son un eslabón más de esa cadena que se mantiene en equilibrio y que se llama ecosistema.

Sin más os dejo con unas cuantas capturas:

¿Un nuevo interruptor covalente en proteínas?

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Wed, 02 Mar 2022 12:13:00 +0000

SONOS, para los más sibaritas del audio en alta fidelidad es una marca de altavoces, sin embargo, en el campo de la bioquímica y la biología molecular son las siglas de un nuevo interruptor molecular, al igual que lo es la fosforilación/desfosforilación en las proteínas kinasas. ¿Quieres conoces un poco más?

Los organismos se adaptan a los cambios del entorno mediante respuestas moleculares a corto y a largo plazo. Algunas más complejas y otras más sencillas, que van desde la activación de la expresión de un conjunto de genes, a la modificación covalente de un receptor, de una enzima, etc. Muchos de estos mecanismos se conocen desde hace décadas no obstante, todavía aparecen nuevos.

SONOS es el nombre que recibe esta nueva regulación molecular basada en la interacción entre dos aminoácidos de cisteína y un aminoácido de lisina, unidos a una molécula de oxígeno (azufre-oxígeno-nitrógeno-oxígeno-azufre). También podemos encontrar enlaces de tipo NOS (nitrógeno de una lisina, oxígeno y azufre de una cisteína). Este tipo de enlaces covalentes se forman en unas condiciones muy particulares, concretamente bajo condiciones de estrés oxidativo en las que hay presencia de especies reactivas de oxígeno (ROS).

La formación de estos enlaces, al igual que ocurre con la fosforilación/desfosforilación, modifica la conformación global de la proteína afectando de forma alostérica el centro catalítico o al sitio de unión a un receptor, modulando así su función.

Estos cambios conformacionales, en determinadas proteinas relacionadas con la respuesta a estrés oxidativo, podrían actuar como sensores del estrés oxidativo e incluso de la presencia o ausencia de oxígeno, así como regular la adaptación a cambios de un entorno aeróbico a un entorno anaeróbico. Sobre todo, teniendo en cuenta, que algunos de estos puentes se han encontrado en desmetilasas de histonas, que como sabéis, son el paso previo para la transcripción de los genes que quedan empaquetados en forma de ADN cromosómico.

Un estudio realizado in silico, que explora qué genes codifican proteínas con resíduos susceptibles a formar este tipo de enlaces NOS/SONOS, ha revelado que se encuentran ampliamente extendidos en proteínas de bacterias, eucariotas e incluso virus. Algunas de ellas pertenecen a patógenos como el propio SARS-CoV2 (COVID-19), Pseudomonas aerigunosa, Legionella, etc y podrían tener un papel importante durante la infección y el proceso inflamatorio.

Sin duda, este tipo de mecanismo de regulación, estará bajo la lupa de muchos grupos de investigación para entender el funcionamiento y la adaptación al entorno de los organismos con un interruptor que puede actuar a largo plazo (regulando la expresión génica) o a corto plazo sobre las propias enzimas mediante mecanismos alostéricos.

Si queréis ampliar información os dejo con el artículo:

Rabe von Pappenheim, F., Wensien, M., Ye, J. et al. Widespread occurrence of covalent lysine–cysteine redox switches in proteins. Nat Chem Biol (2022). https://doi.org/10.1038/s41589-021-00966-5

Enlace: https://www.nature.com/articles/s41589-021-00966-5#citeas

FOTCIENCIA18

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Mon, 20 Dec 2021 14:42:00 +0000

Lo reconozco, tengo esto un poco abandonado. El trabajo y las clases en la universidad no perdonan. Pero esta vez debo hacer un hueco para dar una buena noticia. Como ya sabéis, soy asiduo (adicto) a la fotografía, y siempre intento combinarlo con mi trabajo y la divulgación científica. Este año he participado de nuevo en el concurso de FOTCIENCIA18.

Este concurso intenta acercar la tecnología y la ciencia a través de la fotografía, utilizándola como una herramienta de divulgación. El reto es conseguir una imagen de calidad fotográfica impecable, que sea capaz de transmitir un mensaje y que a la vez vaya acompañada de un texto divulgativo/explicativo.

Llevo unos cuantos años siendo seleccionado para formar parte del catálogo. El año pasado estuve en el podio de FOTCIENCIA17 en la modalidad de nutrición y alimentación (aquí). Y este año he tenido la suerte, de entre un montón de fotos fantásticas y de muy buena calidad, ser seleccionado para este mismo galardón.

He de reconocer que el día que tomé esa imagen, cuando vi el girasol, sabía que iba a presentarla al concurso. Yo mismo se lo comenté a mi compañero de aventuras...lo que no sabía es que iba a ganar. De todas las fotos presentadas era una de mis favoritas y el jurado me ha dado parcialmente la razón. Os dejo el texto que acompaña la foto. Y adjunto también al final de la entrada un vídeo con las fotos seleccionadas este año, incluyendo las ganadoras de todas las categorías. Mientras tanto, seguiré pensando nuevas fotos para nuevos certámenes e intentaré parar el tiempo con mis pequeñas máquinas.

Bioclean, ¿hacia una alternativa a los antibióticos?

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Fri, 24 Sep 2021 09:05:00 +0000

Es innegable que el descubrimiento de la penicilina dio luz verde al uso de antibióticos para luchar contra las infecciones y que a lo largo de los años se han descubierto un amplio abanico de compuestos capaces de frenar el crecimiento de las bacterias.

Sin embargo, en paralelo, ha habido un incremento de las bacterias patógenas resistentes a estos biocidas y antibióticos. Cada vez es más común ver en las redes sociales a sanitarios mostrando, con mucho pesar, análisis de pacientes con bacterias multiresistentes que no responden a ninguno de los tratamientos más comunes. Esto se debe al mal uso que se ha hecho de los antibióticos, tanto en el ámbito hospitalario/ambulatorio como en la industria de los alimentos, forzando a que, por selección natural, hayan surgido cepas resistentes, patógenas o no, que pueden intercambiar los genes de resistencia entre ellas. No obstante, hay alternativas que podrían utilizarse sin la contrapartida de las resistencias.

La aparición de cepas infecciosas multirresistentes preocupa en el ámbito de la salud y muchos han llegado a tildar la situación de pandemia silenciosa. Este aspecto, junto con el hecho de que el descubrimiento de nuevos anitibióticos se ha frenado en los últimos años, lleva a mirar hacia alternativas como son los bacteriófagos o las proteínas fágicas.

Esta alternativa ya se sugirió en los años 20 de siglo pasado, no obstante, se abandonó porque quedó eclipsada por los antibióticos y porque su aplicación no es aceptada por la sociedad al asociar los bacteriófagos con virus peligrosos para los humanos (aunque no lo son).

Una forma de soslayar este problema es utilizar una de las herramientas de los fagos para acabar con las bacterias, las endolisinas fágicas. Estas proteínas, codificadas por bacteriófagos, se encargan de degradar el peptidoglicano que forma parte de la pared de las bacterias, provocando la rotura, la liberación del contenido celular y la muerte.

Es por ello, que pueden ser una herramienta fundamental para luchar contra patógenos, y especialmente de patógenos en alimentos si somos capaces de producir endolisinas estables al almacenamiento, capaces de soportar altas temperaturas y que conserven su actividad.

Este es el reto que se ha propuesto en el proyecto Bioclean financiado por la Agencia Valenciana de Investigación y del que el laboratorio de Estructura y Función de Enzimas del IATA es partícipe. El proyecto agrupa varias entidades centros de investigación como el FISABIO, ICMOL, AINIA y empresas como LUMENSIA y CLEANITY. Cada una aportando al proyecto en su campo de especialidad con el objetivo de alcanzar un producto válido para la industria y a nivel de mercado.

La función del laboratorio de Estructura y Función de Enzimas, en el cual trabajo, es buscar y aportar al proyecto endolisinas que sean capaces de soportar la manipulación necesaria para su uso en desinfectantes, envases bioactivos, conservación de alimentos, biosensores, etc. desarrollando tecnologías que permitan seleccionar y producirlas a nivel industrial de una forma viable. Además, se plantea aplicar métodos de ingeniería molecular para modificar las propiedades de las enzimas, mejorar la actividad, permeabilidad, purificación o inmovilización. El bagaje del grupo en este campo ha sido demostrado a través de patentes y publicaciones, en distintos proyectos de ámbito nacional y europeo en el campo de las enzimas industriales. A medida que avancemos en él os iremos informando a través de distintas plataformas, así que, estad atentos…

AlphaFold2, ¿un antes y un después en la biología estructural?

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Fri, 23 Jul 2021 12:14:00 +0000

Cuando ves que se habla de estructura de proteínas en medios generalistas, como por ejemplo el periódico El País es que algo "gordo" esta pasando en este campo, y si buscas información y ves que un mismo grupo ha sido capaz de publicar dos artículos con pocos días de diferencia en la revista Nature, es que realmente puede ser un punto de inflexión en el campo de la estructura de proteínas. ¿Qué se ha conseguido realmente?

No se entiende la vida sin las proteínas, ni las proteínas sin la vida, dado que son el principio y el fin de lo que los biólogos mal llamamos ya el dogma central de la biología. Nuestro ADN tiene como principal función contener las instrucciones para sintetizar las proteínas, pero este ADN no se puede copiar sin la participación de las proteínas, actuando como enzimas. Todo el metabolismo, los procesos que ocurren en un organismo, desde su nacimiento hasta su muerte, dependen de las proteínas. Reacciones químicas encadenadas entre sí que están catalizadas por ellas. Pero, además, forman parte de la estructura que nos sustenta y nos da forma, ya que las proteínas son la base de los músculos, la piel, el cabello, etc, conocidas como proteínas estructurales.

Conocer la estructura química de estas pequeñas máquinas moleculares ha sido el anhelo de muchos bioquímicos. Conocer la estructura permite entender el mecanismo molecular y las posibilidades catalíticas que nos ofrecen. Puede ayudarnos a entender qué ocurre cuando no funcionan correctamente, y qué ha cambiado para que no funcionen, permitiendo el diseño de fármacos para contrarrestar ese mal funcionamiento.

La obtención de cristales de proteínas y la difracción de rayos X permitió obtener la estructura de la mayor parte de proteínas que conocemos en la actualidad. El principal cuello de botella de esta técnica es la obtención de cristales de calidad que permitan obtener una buena resolución, y obtenerlos es todo un arte con normas que no están escritas y que muchas veces implican probar distintas condiciones y esperar que alguna de ellas de los resultados esperados (o no). Ese cuello de botella ha hecho que muchas proteínas hayan tardado años en estar resueltas, sin embargo, en los últimos años nuevas tecnologías han aparecido para baipasear la obtención de cristales, como es el uso de la criomicroscopía electrónica. Meses atrás yo mismo os conté en el blog su utilidad y os di como ejemplo la resolución de la estructura de la enzima que fue el núcleo de mi tesis doctoral (aquí).

En ocasiones estas técnicas no están a la merced de todo el mundo y se recurre al uso de modelos para hacer inferencias sobre la posible estructura, diseñar mutaciones etc. Hasta el momento estos modelos se basaban en comparar las secuencias de aminoácidos, buscar dominios ya resueltos por los métodos anteriormente comentados e ir ensamblando la nueva estructura. Esta aproximación ha funcionado muy bien hasta el momento, sobre todo en familias de proteínas de las que existen muchas estructuras resueltas. Sin embargo, hay otras proteínas que no tienen estructuras resueltas en las que basarse y esto dificulta la obtención de modelos fiables. Este inconveniente puede quedar resuelto gracias a Alpha Fold2.

La inteligencia artificial o "DeepLearning" es una tecnología que tenemos en la palma de nuestra mano. Se basa en algoritmos que permiten "aprender" de forma progresiva y crear "redes neuronales". Es la misma tecnología que usa Siri en nuestros iPhone para ir grabando rutinas, aprender dónde y a qué sitios solemos ir, predecir lo que escribimos, darnos sugerencias, etc. Esto no pasó desapercibido para el neurocientífico Demis Hassabis que fundó la empresa DeepMind, una empresa para impulsar la inteligencia artificial que por allá el año 2013 logró aprender y jugar a diferentes videojuegos.

¿Por qué no usar esa capacidad para resolver uno de los mayores retos de la biología? Así nació la idea de aplicar esta inteligencia artificial a la resolución de estructuras proteicas, pero de una forma distinta a la que conocemos actualmente. En lugar de basarse en la construcción por dominios, comparando con proteínas similares ya resueltas, la estructura se infiere a partir de la secuencia primaria teniendo en cuenta aquello que ha aprendido AlphaFold2 a partir de posición de los residuos, plegamientos, cálculos de energía y un largo etc., usando como libro de aprendizaje TODAS las estructuras presentes en el Protein Data Bank y no sólo las que tienen una secuencia similar. De esta forma regiones que antes quedaban sin asignación de estructura, por no parecerse a ninguno de los dominios previamente resuelto, podrían tener un modelo asignado gracias a AlphaFold2.

El por qué no se ha hecho antes es por la espectacular potencia de cálculo que se requiere para hacer estas predicciones. Ya os adelanto que se necesitan granjas de servidores dotados de potentes GPUs y CPUs además de grandes espacios de almacenamiento.

Este artículo salió hace unos pocos días, e inmediatamente me hizo pensar que abría la posibilidad de que alguien cogiese el proteoma de un organismo y infiriese la estructura de cada una de esas proteínas. Pues bien, tres o cuatro días después de la publicación de este artículo ha aparecido otro del mismo grupo en el que han obtenido la estructura del proteoma humano. Un total de 20300 secuencias que han requerido el uso de unas cuantas gráficas Nvidia V100 cuya capacidad de cálculo es 32 veces mayor que el de la mejor CPU del momento. Son equipos que no están al alcance de casi nadie, cada gráfica cuesta la friolera de 7000 euros. No obstante, han creado una base de datos pública que permite que ahora mismo uno pueda meterse en esta página: https://alphafold.ebi.ac.uk y descargar la estructura modelizada de la proteína humana que le interese.

Estoy seguro que en breves veremos muchos artículos, muchos descubrimientos, patentes, etc., estarán basados en los resultados obtenidos en este proyecto y en esta metodología. Además, puede que este tipo de inteligencia artificial permita la creación de proteínas de novo introduciendo la posición espacial del sustrato, residuos catalíticos, etc. Sería como asignar unos requerimientos mínimos a partir de los cuales el software sugiriese una estructura primaria capaz de albergar ese sitio catalítico propuesto. El siguiente paso será la creación de catalizadores a la carta. ¿Cuánto tardaremos en verlo? Ni idea, pero las herramientas necesarias, sin duda, quedan más cerca que nunca.

Os dejo los dos artículos por si son de vuestro interés:

Jumper, J., Evans, R., Pritzel, A. et al. Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03819-2

Tunyasuvunakool,K. et al. Highly accurate protein structure prediction for the human proteome. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03828-1

Os dejo también la página del proyecto: https://deepmind.com

Xyn11 la xilanasa hipertermófila y alcalinoresistente

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Mon, 17 May 2021 09:06:00 +0000

Hace unos meses publiqué en este mismo blog una entrada titulada "En búsqueda de la superxilanasa". En ella os explicaba nuestro papel en el proyecto WoodZymes. Un proyecto europeo basado en la bioeconomía sostenible en el contexto de la madera y la pulpa de papel. El objetivo del proyecto es encontrar nuevos usos a los subproductos de esta industria y sustituir la química tradicional por una química más sostenible, basada en el uso de enzimas. Tras el estudio de otra familia de xilanasas, la GH10, se ha encontrado una xilanasa, que no sabemos si es la superxilanasa "definitiva" pero apunta maneras...

La xilanasa 11, Xyn11 para los amigos, es fruto de un estudio bioinformático de más de 2300 secuencias que aparecían anotadas en las bases de datos. Este trabajo ha sido desarrollado por el grupo de Estructura y Función de Enzimas, liderado por Julio Polaina, del Instituto de Agroquímica y Tecnología de los Alimentos (CSIC). En la actualidad, el abaratamiento en los costes de secuenciación hace que los resultados generados en estos estudios superen en varios órdenes de magnitud las secuencias que son caracterizadas en el laboratorio, y por tanto analizadas de forma experimental. La gran mayoría de secuencias de genes que aparecen en las bases de datos anotadas como xilanasas, lactasas, etc, son asignadas por homología de secuencia, pero menos de un 1% han sido analizadas bioquímicamente. Es por ello que estas bases de datos son un buen punto de partida para "minar" nuevos enzimas.

El gran problema de los enzimas de interés industrial es que deben cumplir ciertas características muy particulares, en este caso capacidad para trabajar a 90ºC y condiciones de alcalinidad pH > 8. Son condiciones muy extremas, pero no imposibles, de echo hay organismos que viven en ecosistemas tanto o mas extremos.

Es poco práctico llevar a la bancada del laboratorio miles de secuencias para su caracterización, así que un buen cribado previo, usando herramientas bioinformáticas, puede ayudar a acotar qué secuencias candidatas podrían tener las características deseadas.

En este caso se ha logrado ordenar y clasificar en un inmenso cladograma las distintas secuencias de la familia a partir del alineamiento del dominio catalítico GH10 que caracteriza a la familia. De esta forma se ha acotado una región del cladograma que pudiese contener secuencias correspondientes a xilanasas termófilas y alcalófilas.

Estudio bioinformático de la familia GH10

De esta región se escogieron cinco secuencias cuyo código genético se optimizó para la producción de la proteína en E. coli y las proteínas resultantes se caracterizaron bioquímicamente mediante ensayos de actividad a distintas condiciones de pH y temperatura.

Entre estas secuencias apareció una que, si no es la "superxilanasa" definitiva, es candidata a serlo, ya que es activa a 90ºC y pH10.5, la Xyn11 de Pseudothermotoga thermarum. Además, mediante la adición de dominios de unión a carbohidratos, se consiguió incrementar todavía más la actividad a estas condiciones, concretamente mediante la adición del CBM2 de Pyrococcus furiosus que ya ha sido ampliamente ensayado en otros trabajos como dominio de unión a sustratos/soportes como celulosa o quitina.

Además, en colaboración con el grupo de cristalografía del Instituto de Química Física Rocasolano (CSIC), liderado por Julia Sanz-Aparicio, se ha resuelto la estructura cristalográfica de Xyn11 para averiguar qué elementos estructurales podrían explicar tan exclusivas propiedades. Al igual que el resto de proteínas, la estructura terciaria viene determinada por puentes de hidrógeno, salinos, interacciones hidrofóbicas, etc. Pero, a diferencia de otras proteínas, la densidad de este tipo de interacciones respecto del tamaño de la proteína parece mayor y esto deriva en una mayor rigidez de la estructura, protegiéndola de la desnaturalización en condiciones extremas.

Esta enzima está siendo testada frente a sustratos como la paja de arroz para la obtención de subproductos que pueden ser utilizados como por ejemplo prebióticos, así como para el tratamiento de la pulpa de papel como una alternativa más respetuosa para el medio ambiente.

Os dejo con el artículo para aquellos que tengáis interés en leerlo, ya que es OpenAcces:

La hierba gatera como repelente de insectos...

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Mon, 08 Mar 2021 14:29:00 +0000

Melo et al., 2021

Si hay algo que les chifla a los gatos son dos cosas: las cajas vacías y la hierba gatera. La hierba gatera se ha utilizado durante muchos años, además de cómo juguete para gatos, como repelente para insectos. No obstante, hasta hoy, no se conocía el mecanismo por el cual se producía el efecto repelente.

La hierba gatera o Nepteria cataria es como un a droga para nuestros pequeños felinos, y desde tiempos inmemoriales ha sido utilizada como repelente para los mosquitos sin embargo no había una explicación molecular para tal efecto.

El efecto repelente viene dado por una molécula, la nepetalactona. Teniendo en cuenta que se trata de un repelente de muy amplio espectro, es de esperar que su receptor o ruta también sea muy conservada, y el candidato para ser el receptor de la nepetalactona fue la proteína canal TRPA1, un receptor que tiene afinidad por compuestos irritantes y que se expresa en el sistema nervioso de los insectos. Este receptor se activa frente a calor, especies reactivas de oxígeno y químicos irritantes, que provoca la transducción de señal hacia el interior celular, mediante cambios del potencial de membrana, activando en el indivíduo una respuesta de huída.

Para el testeo in vitro se diseñaron cultivos de células de drosóphila que expresaban el receptor de membrana TRPA1, concretamente la isoforma C, y analizaron por electrophisiología los cambios en el potencial de acción de la membrana tras exponer las células a la nepetalactona (compuesto puro) y la hierba gatera.

El resultado fue que eran capaces de modificar el potencial de acción de las células, dando indicio que éste receptor podría ser el interruptor que diese la señal de huída en el sistema nervioso de los mosquitos ante la presencia de la hierba gatera.

Las pruebas in vivo se realizaron con mutantes de mosquito y mosca de la fruta del gen TRPA-1. Individuos incapaces de expresar el receptor. En el caso de las moscas, se redujo la aversión a la hierba gatera, pero al parecer podrían existir otros componentes que las repeliesen y por ello la respuesta no era del todo inhibida sin embargo, los mosquitos incapaces de expresar el gen TRPA1, se mostraron completamente inmunes a la presencia de la hierba gatera y a la nepetalactona.

Esto demuestras que este tipo de sustancias son eficientes para su uso como insecticida "natural", bien sea a través de los extractos de la planta o bien mediante el uso de sustancias químicas de síntesis directa. Además, sí sois amantes de los gatos, tendréis su amor incondicional garantizado ya que en ellos activa la misma respuesta que a las feromonas... dos efectos en uno...repelente de insectos y atrayente de gatos.

Os dejo el enlace al artículo, que es open acces:

Melo, N., Capek, M., Arenas, O. M., Afify, A., Yilmaz, A., Potter, C. J., Laminette, P. J., Para, A., Gallio, M., & Stensmyr, M. C. (2021). The irritant receptor TRPA1 mediates the mosquito repellent effect of catnip. Current biology : CB, S0960-9822(21)00217-7. Advance online publication. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.02.010

En búsqueda de la "superxilanasa"

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Wed, 09 Dec 2020 08:20:00 +0000

La industria papelera y maderera tienen un reto en la actualidad, conseguir aprovechar al máximo un bien tan preciado como son los árboles de donde se extrae la pulpa necesaria para la producción de papel, contrachapados, etc. Tiempo atrás os hablé de este proyecto, en el que estoy implicado, en este artículo y ahora empiezan a publicarse los primeros resultados obtenidos en xilanasas extremófilas.

La bioeconomía sostenible es la clave y es uno de los retos del proyecto Woodzymes en el contexto de la madera y la pulpa de papel. Las industrias papeleras y madereras pueden ser altamente contaminantes por la generación de subproductos y residuos químicos. En la actualidad, encontrar nuevos usos a esos productos y cambiar la química tradicional por una química más sostenible, basada en el uso de enzimas, es uno de los objetivos de este proyecto europeo.

Uno de los grandes retos es encontrar enzimas que soporten condiciones extremas de pH alcalino y temperaturas por encima de 80ºC. Un tipo de enzimas de gran interés para este tipo de aplicaciones son las xilanasas. Estas enzimas contribuyen a la degradación de las hemicelulosas facilitando la extracción de la celulosa, ya que participan en la rotura de las interacciones entre celulosa y las ligninas.

El grupo de Estructura y Función de enzimas (del cual formo parte), capitaneado por el Dr. Julio Polaina, ha presentado recientemente un estudio para la detección de xilanasas extremófilas mediante el uso de técnicas bioinformáticas.

En los últimos años el abaratamiento de las técnicas de secuenciación ha dado como resultado inmensas bases de datos con secuencias a las que se les atribuye ciertas características por comparación de secuencias, pero que no han sido caracterizadas bioquímicamente. El factor limitante es poder analizar a nivel de laboratorio esas nuevas secuencias para encontrar candidatos que se adapten a las condiciones requeridas. Sin embargo, un cribado bioinformático previo, puede facilitar la tarea y limitar las secuencias que son analizadas en la bancada del laboratorio.

Un total de 1306 secuencias de la familia GH11 fueron analizadas mediante técnicas bioinformáticas, que permitieron agrupar las secuencias en un gran árbol filogenético, así como obtener la composición estructural de cada una de ellas. Tras comprobar la localización de algunas secuencias provenientes de microorganismos extremófilos se acotaron regiones del árbol que pudiesen contener secuencias correspondientes a organismos termófilos y se escogieron algunas secuencias representativas de estas regiones para su estudio detallado.

Estas secuencias fueron optimizadas para la producción en E. coli y se realizaron ensayos de actividad en condiciones extremas. Los ensayos mostraron enzimas capaces de funcionar a pH alcalino (pH 9) y temperaturas de 90 ºC. Algunas de estas enzimas habían sido previamente reportadas, demostrando la validez del método bioinformático para el cribado.

Además, las enzimas que han mostrado mejores resultados se han testado para la digestión de paja de arroz, un residuo para el cual se están buscando usos que eviten su quema y reducir así problemas medioambientales. El tratamiento puede facilitar el compostaje de la paja, así como la obtención de subproductos, como son los xilooligosacáridos, azúcares con carácter prebiótico que han despertado un gran interés en los últimos años por su impacto en la microbiota intestinal.

En la actualidad el grupo sigue trabajando con el cribado de secuencias de bases de datos para encontrar nuevos candidatos que puedan servir para aplicaciones industriales en condiciones extremas y muy pronto se reportarán nuevos resultados de otras familias analizadas.

Os dejamos nuestra última publicación, que además hemos hecho un esfuerzo para que se OpenAcces:

https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-020-01842-5

Pfizer...Moderna...¿Cómo son las nuevas vacunas de ARN?

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Fri, 20 Nov 2020 10:13:00 +0000

Tras bastantes semanas sin publicar he encontrado un pequeño hueco para ponerme a escribir acerca de algo que, sin duda, marcará un antes y un después en la historia de la medicina si finalmente se confirman los primeros resultados. Gran parte de la población ha visto con ilusión los anuncios de ambas compañías que, como siempre, hay que tomar con cautela pero, ¿qué hay detrás de estas vacunas? ¿En qué se diferencian con respecto de las vacunas clásicas utilizadas hasta ahora? ¿Por qué se ha tardado tan poco tiempo si la comparamos con otras?

Las vacunas han sido un gran avance para la humanidad (por mucho que algunos iluminados lo nieguen) y han incrementado la esperanza y la calidad de vida de muchísimas personas, tan sólo hay que ver la erradicación de la poliomielitis, que tantos problemas causó no hace tantos años.

Muchas de estas vacunas tardaron años en poder desarrollarse y eso hace sospechar de las actuales. No obstante, hay que cambiar la perspectiva. Hay dos factores que han hecho que en pocos meses se hayan desarrollado vacunas tan prometedoras. Por un lado, la urgencia del momento y por otro lado las nuevas tecnologías que han impactado en el campo de la biología molecular y biotecnología.

Por un lado, el virus ha provocado una crisis sin precedentes, incluso de mayor magnitud que la provocada por el crack del 29, y desgraciadamente el dinero mueve montañas. Las farmacéuticas son conscientes que los mercados se van a recuperar tan pronto como se vuelva a la normalidad, y la normalidad va a pasar inevitablemente por la invención de una vacuna. A eso cabe sumar que aquel que se lleve el gato al agua va a tener ingresos millonarios puesto que las vacunas se van a vender "como churros". Todo esto va a llevar a una competencia entre empresas similar a la que se produjo en los años 60 con la carrera espacial entre la Unión Soviética y los Estados Unidos. Es por ello que todas han ido a velocidad de crucero (sacrificando muchas veces otros proyectos) para poner todo su empeño en la vacuna contra el SARS-COV19.

¿Y por qué ahora se ha hecho tan rápido y hasta ahora podían pasar perfectamente 5 años hasta obtener una vacuna? Aquí entran en juego las nuevas tecnologías que han irrumpido en los últimos años, y que muchas veces se deberían tener en cuenta antes de poner en duda estas nuevas vacunas (aunque repito, con cautela hasta que publiquen los artículos científicos con los detalles). La clave de todo este proceso ha sido la secuenciación del genoma del virus en tiempo récord. Los avances y abaratamiento de las tecnologías de secuenciación han permitido obtener la secuencia del virus en tiempo récord, y lo que es más impresionante, han permitido hacer una secuenciación del virus en distintos pacientes infectados, permitiendo obtener, casi a tiempo real, los cambios y mutaciones del virus a lo largo de la pandemia. De esto ya hablamos en el blog en marzo (aquí).

Conocer la secuencia permite tener los planes de invasión del virus en nuestro cuerpo, y sobre todo conocer la llave que utiliza para desbloquear las cerraduras de nuestras células e invadirlas. Una vez dentro, los virus utilizan su material genético (en forma de ARN) para "okupar" las células y utilizar todos sus recursos para generar nuevas partículas de virus y seguir invadiendo tejidos. Es cierto que el cuerpo intenta defenderse, pero se enfrenta a algo muy nuevo y en ocasiones no lo consigue, es por ello que la única forma de ganar la batalla es entrenar nuestros cuerpos frente al enemigo, y eso se consigue a través de las vacunas.

Las vacunas tradicionales consisten en inocular el virus o la bacteria atenuadas para que el sistema inmune las conozca, cree una memoria inmunológica y pueda luchar contra cualquier invasión real de tal forma que no se manifieste la enfermedad o que lo haga con síntomas muy leves. Las nuevas generaciones muchas veces ya no se inyecta el organismo atenuado, sino que se inyecta una proteína de la cápside del virus (que es lo primero con que se topa con el sistema inmune). Estas proteínas se sintetizan con la tecnología de ADN recombinante y ya se inyecta la proteína directamente.

El salto que quieren dar las empresas Pfizer o Moderna es utilizar por primera vez de forma masiva una vacuna de ARN (o RNA). En este caso se inyecta el ARN que codifica directamente para la proteína que va a actuar como antígeno y va a entrenar el sistema inmune para los futuros encuentros con el virus.

Este tipo de vacunas tienen ciertas ventajas con respecto a las originales, dado que se pueden sintetizar a la carta, sin necesidad de producirlas a través de producción heteróloga. Además pueden ser modificadas si hay algún cambio en la proteína del virus, modificando la secuencia. Por otro lado, las proteínas del virus se van a expresar en un entorno más parecido al que ocurriría con una invasión real, haciendo que los antígenos se parezcan más a las proteínas del virus, que si se sintetizase mediante producción heterologa, en donde pueden haber variaciones en el plegamiento. Y no, no van a modificar nuestro genoma porque todo este proceso ocurre en el citosol celular...no en el núcleo.

Hay que ir con cautela, sin embargo no pienso que estas vacunas no sirvan para nada, como han insinuado algunos investigadores que ahora mismo se están dedicando también a investigar sobre vacunas alternativas, bajo mi punto de vista han sido arrollados por ciencia más moderna, nada más. Hay que ser cautelosos, son empresas y sabemos todo lo que eso conlleva, pero mentir sobre algo tan serio, tendría un beneficio a corto plazo pero significaría la ruina en pocos meses...

Pepsi, ¿una bebida de biotecnólogos?

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Thu, 03 Sep 2020 12:50:00 +0000

¿¿Coca-cola o Pepsi?? La eterna dicotomía que se da en otras marcas de productos alimentarios del día a día, al igual que ocurre con los aficionados del Madrid o del Barça, o los usuarios de Canon y Nikon, tienes que elegir un bando... ¿Qué pasa con las bebidas deCola? Pues si fuese estudiante de biotecnología yo lo tendría muy claro...

Muchos de vosotros habréis dejado de leer...otros habréis quedado atrapados por la introducción. ¿De qué va todo esto? Cuando uno es profesor de una asignatura, que tiene que ver en su campo de estudio, no tiene más remedio que ir más allá para enfrentarse a los alumnos (en el buen término de la palabra por supuesto). A nivel de bancada, las cosas son tan específicas que son poco útiles en las aulas. ¿Ventajas? Que aprendes cosas que no esperabas, y sobre todo curiosidades que puedes sacar a colación en conversaciones de bar sin que te tachen de rarito.

El término Biotecnología, como tal, es relativamente reciente, dado que sus raíces se sitúan con el inicio de la biología molecular en los 70. Hasta entonces, muchos de esos conocimientos quedaban inmersos en los campos de la Biología (de bata) o la Bioquímica.

Sin embargo, como muchas otras veces ocurre, ya se estaba coqueteando con la Biotecnología mucho antes de que ese término fuese acuñado. Eso sí, de una de forma inconsciente, como es el caso de la curiosidad que os traigo en el blog.

Desde la antigüedad se han utilizado los enzimas de forma inconsciente y accidental, como es el caso de la elaboración del queso. Es bastante probable que el queso como tal se inventase de forma accidental al guardar la leche en los estómagos de los rumiantes (sí, el plástico ni se soñaba y mucho menos los "tetrabrick"). En esos estómagos la renina hacía de las suyas, afectando a la caseína y provocando la coagulación de la leche. Pero para hablar del tema que atañe la entrada del blog tenemos que adelantarnos en el tiempo hasta el siglo XIX.

En el año 1836 Theodor Schwan, autor de la teoría celular e inventor del término metabolismo, aisló la enzima digestiva llamada pepsina, dando un golpe sobre la mesa en el campo de la fisiología, ya que en ese momento se creía que el ácido clorhídrico era el agente encargado de la digestión.

Estamos en el siglo XIX y en Alemania. Como podéis imaginar, la alimentación muy mediterránea no sería, y estaría basada principalmente en productos cárnicos. Así que Caleb Bradham, que empezó medicina pero tuvo que dejar la carrera tras la quedarse arruinado su padre, se montó una especie de dispensario o farmacia. En aquella época era habitual disponer de máquinas para hacer agua carbonatada, ya que en esos años se creía que el agua carbonatada podía tener beneficios para la salud y poco a poco fueron llevándose al ámbito doméstico.

Una de esas bebidas que creó fue la Pepsi-Cola. Un refresco compuesto por nue z de cola y pepsina. Como veis, tampoco se calentó demasiado la cabeza al asignar un nombre a la bebida, aunque al principio fue conocida como Brad Drink. El resultado fue un refresco que por un lado tenía los beneficios de los extractos de la nuez de cola, y por otro lado era una bebida que teóricamente ayudaba a la digestión por la presencia de pepsina, sobre todo tras una comida copiosa rica en proteínas. Por otro lado, y casi contemporáneamente, existía su competidor directo, la Coca-Cola, con una formulación distinta, ya que esta última no incluía la pepsina en su receta.

No obstante en el año 1923, a causa de fluctuaciones en el mercado del azúcar, la empresa cayó en concurso de acreedores y tras la venta se reformuló la receta de la Pepsi-Cola para que fuese más parecida a la Coca-cola, dejándose de añadir la pepsina, y perdiendo, bajo mi punto de vista, su ingrediente estrella.

La Pepsi de finales de siglo XIX y principios del siglo XX sería hoy sin duda un producto alimentario con un valor añadido, frente a la Coca-Cola. pero en la actualidad, pese a pequeños matices, vienen a ser idénticas. Sin embargo, aquellos que estén un poco metidos en el campo de la bioquímica, biotecnlogía, etc., seguro que verán con otros ojos la Pepsi, si es que no era ya vuestra elección...

Como veis, la Biotecnología está más presente de lo que creemos en nuestra vida cotidiana. Quizás se podría recuperar la fórmula original de la Pepsi, ¿no? Y venderlo como una especie de alimento funcional y saludable...

Fotonatura XXIII: Libelloides coccajus

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Tue, 23 Jun 2020 06:53:00 +0000

Tras meses de confinamiento salir al campo ha sido una auténtica bendición, en una primavera especialmente húmeda que ha dejado los campos llenos de flores, y cómo no, de insectos. Servidor, con 31 primaveras cumplidas, jamás se había encontrado con la especie protagonista de nuestro fotonatura de hoy. ¿Una mariposa? ¿Una libélula? Para mí, que soy biólogo... ¡un bicho raro! Hoy os presento a Libelloides coccajus perteneciente al orden Neuroptera (aunque en alguna guía lo he visto como coccaius).

Uno de los ámbitos fotográficos que más predomina durante los meses de primavera e inicios de verano es la macrofotografía de insectos. Pasear por el campo e ir descubriendo nuevas especies y sacando fotos con buena composición, luz, etc. es uno de los objetivos de estos meses.

En una de nuestras últimas salidas nos encontramos con un insecto que ni yo ni mi amigo habíamos visto jamás, quizás la tranquilidad del confinamiento haya ayudado a su aparición, ya que se trata de una especie poco común.

El vuelo y envergadura de las alas es similar al de una mariposa, sin embargo cuando lo vemos de cerca dista mucho de éstas, porque las alas recuerdan a las de una libélula o una mosca. Las alas son traslúcidas en ciertas zonas y carecen de escamas.

A diferencia de las mariposas, que liban néctar, se alimentan de pequeños insectos voladores. El dimorfismo sexual viene marcado porque el macho tiene una larga pinza abdominal para sujetar a la hembra durante las cópulas.

Sin más os dejo con un par de fotos de la especie en cuestión, una con las alas desplegadas y otra con las alas cerradas. Atentos por si la veis por el campo, porque parece ser poco común, o al menos lo era...

¡Pon una vena en tu mesa!

noreply@blogger.com (David Talens Perales) — Fri, 15 May 2020 14:14:00 +0000

Muchos de vosotros os estaréis preguntando...¿y este título?. Ahora lo entenderéis...Seguro que muchos de vosotros habréis experimentado con la realidad aumentada. En muchos dispositivos móviles está disponible y hace poco tiempo se puso de moda en Instagram meter un león en el salón, un panda en el sofá, etc. Quitando lo anecdótico del asunto, este tipo de herramientas tiene un potencial enorme en educación y concretamente en biología, anatomía, etc. Si os animáis os puedo enseñar algunos ejemplos y os dejo enlaces para que lo podáis comprobar...

El potencial que tenemos en nuestros bolsillos era impensable hace unos años, y algunas cosas se asemejan a la ciencia ficción. Gracias a la realidad aumentada, podemos navegar a través de monumentos, ver indicaciones en mapas 3D, simular la trayectoria de los astros, etc. Incluso se puede utilizar para complementar la enseñanza con alumnos que requieran de necesidades educativas especiales. Cada vez se utilizan más aplicaciones que pueden crear modelos 3D a partir de dibujos 2D para aquellos alumnos que tienen problemas con la visión espacial.

Estas herramientas también pueden ser muy útiles para el estudio de ciertas asignaturas que requieren de la visión espacial, como anatomía, bioquímica, biología celular, etc. Google ha puesto algunos ejemplos al alcance de todos a través de su buscador y a muchos les puede abrir los ojos ante las arduas jornadas de estudio y complementar los conocimientos, lo que ocurre es que no siempre son fáciles de localizar.

Yo mismo, probando el sistema, he puesto una vena en mi mesita de café (de ahí el título de la entrada) y el modelo es especialmente bueno para hacerse una idea de la proporción de las distintas células, capas, válvulas, etc.

Investigando un poco más acerca del tema, automáticamente me ha venido a la cabeza cómo de útil podría ser esto para el estudio de macromoléculas. Así que con dos golpes de clic he descubierto un artículo en la revista "Chemical Education" donde implementan la realidad aumentada en las aulas, convirtiendo estructuras 3D de proteínas, ADN, etc a la realidad aumentada.

El principal inconveniente que le he encontrado es que tan sólo funciona en el entorno iOS. No obstante he decidido hacer mi propia prueba elaborando un modelo de una b-galactosidasa que he podido poner en mi salón (tenéis el vídeo al final).

Es una herramienta muy potente que debemos seguir de cerca aquellos que se dediquen a la docencia ya que con el paso del tiempo la realidad aumentada estará al alcance de cualquier modelo de dispositivo y los programas para poder hacer los modelos estarán mucho mas al alcance de todos, sin tener que pasar por línea de comandos, etc.

Os dejo con algunas demostraciones y los enlaces para que podáis ver las simulaciones 3D que ofrece google (hay bastantes más):

Vaso sanguíneo

Corazón

Lactasa (esta ha sido creada siguiendo el artículo que comparto)

Como podéis ver son herramientas realmente útiles y que pueden solucionar a muchos ciertas dudas. Además en tiempos de COVID, en donde la presencialidad va a estar muy limitada, este tipo de recursos pueden ser un complemento para compensar la falta de prácticas presenciales. Os dejo la referencia de la publicación.

Sanii, B. (2020). Creating Augmented Reality USDZ Files to Visualize 3D Objects on Student Phones in the Classroom. Journal of chemical education, 97(1), 253-257.