Dentro de las numerosas aplicaciones que tiene la biotecnología, la más importante para el desarrollo de productos de uso diario es el mercado de las enzimas y su aplicación en el sector industrial.
Alejandro Navas González San Milan
Las enzimas permiten un desarrollo industrial sostenible al reducir la carga química de los procesos ya que eliminan de éstos las sustancias tóxicas, más agresivas, y reducen los contaminantes.
Entre sus aplicaciones se destacan las que detallamos a continuación:
- En la industria de los detergentes, que es el sector que más volumen de enzimas emplea, se recurre al uso de amilasas, celulasas, lipasas y celulasas. Dentro de éstas, lo más común es el uso de proteasas bacterianas, dentro de las cuales a su vez hay una gran variedad. Por otro lado, las α-amilasas son eficientes en la degradación de las cadenas de amilosa mejorando la eliminación de las partículas de polvo y tierra que quedan en los tejidos debido a los polímeros de almidón. Así, utilizando ambos tipos de enzimas de forma conjunta se puede conseguir un lavado completo reduciendo la carga química del detergente y la necesidad de altas temperaturas (de hecho, si se emplearan altas temperaturas se produciría la desnaturalización de las enzimas). No sólo sirven para los detergentes empleados para el lavado de tejidos, sino también en los detergentes para lavaplatos, los cuales presentan altos contenidos en fosfatos y silicatos, que alcalinizan las aguas junto con los derivados clorados de la lejía.
- También participan del proceso de desencolado en la industria textil. Por ejemplo, el almidón es empleado para el recubrimiento del algodón antes de tejer para aumentar la resistencia y ha de ser eliminado en los tratamientos finales: blanqueo, tintado, etcétera. Este proceso de eliminación del almidón se hacía de forma tradicional mediante tratamientos ácidos. Actualmente se emplea un cóctel de amilasas, de forma que el proceso es más eficiente y no genera residuos contaminantes.
- El curtido de la piel en procesos industriales requiere de una gran cantidad de productos químicos para la eliminación de pelo, grasa y proteínas tales como la queratina, la elastina o las albúminas, dejando el colágeno intacto. Estos procesos generan una gran cantidad de residuos, por lo cual se utilizan proteasas, como la tripsina, y lipasas.
- En la industria papelera también se recurre a las enzimas en el blanqueo, que consiste básicamente en la eliminación de la lignina. Un caso particular es el blanqueo de la pasta Kraft, que es un papel de embalaje de color oscuro y muy resistente, proceso para el cual se emplean compuestos clorados que dan lugar a residuos tóxicos carcinogénicos. La alternativa biotecnológica consiste en el uso de xilanasas para el proceso de blanqueo. Por otro lado, también se encuentra el proceso de destintado en caos de que se quiera utilizar como materia prima las fibras recuperadas de la fabricación de papel y cartón. En este proceso también interviene la biotecnología, empleándose lipasas y esterasas par la degradación de tintes derivados de aceites vegetales; y pectinasas, hemicelulasas, celulasas y enzimas lignolíticas que modifican la superficie de la fibra de células y las uniones de ésta con los compuestos que forma la tinta liberándose así la tinta de la fibra y separándose posteriormente por flotación o lavado.
No obstante, a pesar de las numerosas aplicaciones y ventajas que presentan las enzimas sólo representan una pequeña fracción en el mercado de los productos químicos y esto obedece a varias razones entre las cuales cabe destacar la falta de conocimiento sobre varios procesos enzimáticos, la inversión que supone hacer una cambio radical en la industria al emplear las enzimas (equipos, materiales…), la reticencia que presentan algunos sectores industriales a introducir cambios en los procesos y la necesidad de realizar una búsqueda de enzimas para encontrar aquella que sea más adecuada para el proceso industrial concreto.
Patata rica en amilopectina
En la Unión Europea se encuentran aprobados a día de hoy hasta 107 eventos de cultivos modificados genéticamente, y entre ellos se encuentra la patata Amflora desarrollada por BASF (y una variedad similar conocida como Amadea), que no es para consumo humano, sino que presenta interés industrial. En esta patata se ha silenciado el gen GBSS1 (almidón sintasa asociada a gránulos), que es el gen que más se ha estudiado respecto al silenciamineto en patata y que codifica para una enzima que permite la síntesis de las cadenas lineales de α-D-glucopiranosa-(1à4)-α-D-glucopiranósido que forman la amilosa, uno de los dos componentes principales del almidón, de modo que al inhibirse su actividad se produce almidón con un contenido casi exclusivo en amilopectina (además existe la GBSS2, hay redundancia génica, aunque también se verá silenciada por el mecanismo de silenciamiento empleado).
La disminución en el contenido de amilosa se consigue así a través del silenciamiento de las GBSS, para lo cual se emplea una construcción con un fragmento de GBSS antisentido. De forma básica, al introducir esta construcción con este fragmento antisentido y transcribirse se forma un RNA que aparea con los mRNA codificados por los GBSS formándose dsRNA, que son estructuras reconocidas por un complejo de proteínas (Dicer, Argonauta…) que lo procesan generando pequeños RNAi de 21-26 nucleótidos, en este caso siRNA, que dirigen al complejo de proteínas hacia los mRNA codificados por los GBSS impidiendo su traducción (y en algunos casos podrían incluso conducir la degradación de estos mRNA).
Así, se generan lo que se conoce como mutantes knock-down (no knock-outs) de forma que la actividad de las GBSS se ve reducida en mayor o menor grado en virtud del éxito de la transformación, aumentando de esta forma el contenido en amilopectina y otorgando propiedades al almidón de la patata que lo hacen idóneo para su aplicación industrial (pastas, papel…). Cabe mencionar que estas variedades no han tenido un gran éxito comercial.
REFERENCIAS ENZIMAS INDUSTRIALES:
- Sayler, G. S.; Sanseverino, J.; Davis, K. L. (1997). Biotechnology in the Sustainable Environment. New York (Estados Unidos): Plenum Press.
- Centro de Actividad Regional para la Producción Limpia. 2003. Aplicaciones de la biotecnología en la industria.
REFERENCIAS PATATA RICA EN AMILOPECTINA:
- Más información sobre las características de la GBSS1.
https://www.uniprot.org/uniprot/Q00775
- Para conocer las características de la GBSS2:
https://www.uniprot.org/uniprot/Q43847
http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/approvedeventsin/default.asp?CountryID=EU
http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/event/default.asp?EventID=209
https://www.basf.com/es/es.html
- Anne-Marie A. Wolters and Richard G.F. Visse. 2000. Gene silencing in potato: allelic differences and effect of ploidy. Plant Molecular Biology 43: 377–386.
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