Producción biológica y caracterización estructural de pigmentos indigoides de interés industrial
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Date
2024
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Abstract
Los indigoides son pigmentos naturales obtenidos a partir de plantas y animales. En las civilizaciones mediterráneas, estos pigmentos fueron utilizados como colorantes, mientras que las culturas asiáticas los usaron en el tratamiento de enfermedades. En la era moderna, la atención de los fabricantes europeos fue capturada por el uso masivo de índigo para teñir ropa en China e India. Esto llevó a sustituir la extracción de fuentes naturales por la síntesis química en pleno auge de la química industrial. Estas investigaciones y trabajos de finales del siglo XIX permitieron identificar y desarrollar rutas sintéticas para obtenerlos a partir de derivados del petróleo como la anilina. Sin embargo, estos procesos requieren una gran cantidad de energía y de solventes, ácidos y agentes alcalinos. En los últimos años, la ingeniería enzimática y el desarrollo de bacterias como biocatalizadores surgen como una alternativa verde prometedora para evitar el uso de estos materiales peligrosos y, en consecuencia, prevenir la generación de desechos tóxicos. En esta investigación, describimos dos nuevas variantes de una enzima fenilacetona monooxigenasa (PAMO) mediante mutagénesis de saturación iterativa, llamadas PAMOHPCD y PAMOHPED, para las cuales se descubrió, por casualidad, que su expresión heteróloga en E. coli produce indigoides. Asimismo, caracterizamos la estabilidad térmica y cinética enzimática de estas variantes, y cuantificamos la producción en célula entera de índigo e indirrubina, los indigoides principales de interés industrial, mediante HPLC. Los mayores rendimientos se obtuvieron utilizando la variante PAMOHPCD suplementando el medio de cultivo con L-triptófano, produciendo hasta ~3000 mg L -1 de índigo y ~130,0 mg L -1 de indirrubina. Además, ambas enzimas oxidan el indol y derivados de éste, produciendo índigo e indigoides sustituidos, siendo PAMOHPCD capaz de producir el conocido pigmento púrpura de Tiro (6,6'-dibromoíndigo). De este modo, PAMOHPCD y PAMOHPED tienen una aplicación potencial en las industrias textil, farmacéutica y de semiconductores, impulsando el uso de estrategias amigables con el medio ambiente para obtener una diversidad de indigoides.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias de la Ingeniería, área Química y Bioprocesos)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2024
Keywords
Baeyer-Villiger Monooxigenasas, Fenilacetona monooxigenasas, Índigo, Biocatálisis, Pigmentos amigables con el medio ambiente, Indol, L-triptófano