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Descifran un mecanismo clave para obtener compuestos derivados de las algas pardas con aplicaciones en biotecnología

Cada año se extraen miles de toneladas de algas pardas del fondo del mar para obtener compuestos como los alginatos, un polímero compuesto de azúcares que cuenta con una alta densidad y resistencia, ofreciendo potenciales aplicaciones biotecnológicas. Un equipo internacional coliderado por la Universidad de Barcelona (UB) ha descifrado el mecanismo por el que un tipo de enzimas, las llamadas liasas de alginato (AL), son capaces de degradar estos biomateriales marinos, permitiendo su uso como portadores de fármacos, aditivos o espesantes, entre otros.

Estos resultados, publicados en la revista Nature Communications, ayudarán en la obtención y el diseño de nuevos «alginatos a medida» para aplicaciones específicas, especialmente en la industria alimentaria y biomédica.

A pesar de la abundancia de los alginatos en el entorno marino, su abanico de oportunidades, especialmente dentro del sector biomédico, está fuertemente limitado por la falta de homogeneidad en su composición en el estado natural, pues pueden contener una mezcla de azúcares de tipo ácido manurónico y ácido gulurónico en proporciones variables. El conocimiento del mecanismo de acción de las enzimas AL cuando rompen específicamente los enlaces que conectan los azúcares de tipo ácido manurónico en este polímero contribuirá a superar estas limitaciones.

Parte del estudio se ha basado en el análisis computacional del mecanismo de acción de estas enzimas, usando como punto de partida las estructuras tridimensionales de la enzima AL en interacción con diversas variantes de alginatos, obtenidas por los colaboradores de la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU). A partir de esta estructura y utilizando los recursos del superordenador MareNostrum 5 del Centro Nacional de Supercomputación de Barcelona (Barcelona Supercomputing Center BSC-CNS), el equipo de la UB ha realizado simulaciones de dinámica molecular, empleando técnicas multiescala de mecánica cuántica y mecánica molecular para modelar y obtener una descripción detallada a nivel atómico de la reacción química que tiene lugar durante la degradación de los alginatos.​​​​​​​

Estas simulaciones han permitido conciliar discrepancias científicas previas sobre el número de etapas en las que ocurre la reacción, confirmando que sucede en una sola y que el polímero se rompe por el centro, y no por uno de sus extremos. También han esclarecido la naturaleza del estado de transición —la configuración de mayor energía durante la reacción— como una especie de alta carga negativa.

Otro elemento destacado de la investigación es que las enzimas analizadas pertenecen a la familia 7 de liasas, la más abundante conocida hasta la fecha, lo que permite extrapolar el mecanismo descrito a otras enzimas con alto potencial biotecnológico.

11 abril 2025 | Fuente: EurekAlert! | Noticia