Responsable/s del laboratorio

 

intro

Los objetivos científicos del grupo están relacionados con el uso de microorganismos (principalmente hongos filamentosos) y sus enzimas en procesos industriales para la obtención de combustibles, materiales y productos químicos (Biotecnología Blanca) a partir de recursos vegetales renovables. El propósito final es contribuir al desarrollo sostenible de nuestra sociedad y reducir el calentamiento de la biosfera a través de una reducción en el consumo de recursos fósiles.

Enzimas hidrolíticas en aplicaciones industriales y medioambientales

La línea de investigación dirigida por Mª Jesús Martinez pretende comprender los aspectos clave de la actividad catalítica de las hidrolasas fúngicas implicadas en la biodegradación y transformación de lignocelulosas y lípidos, con especial énfasis en las lipasas versátiles, celulasas y hemicelulasas. Estos aspectos básicos conllevan una completa caracterización bioquímica, físico-química y estructural de las enzimas, así como estudios estructura-función, y el uso de herramientas computacionales y de bioinformática. 

Los resultados de estos experimentos son esenciales para explicar y mejorar las propiedades catalíticas y operacionales de las proteínas para su uso en aplicaciones industriales y medioambientales, basadas en el aprovechamiento de residuos de biomasa vegetal, y otros, como materias primas renovables procedentes de la agricultura, la industria y otras actividades humanas. Estas tareas se abordan actualmente en el marco de dos proyectos, HIDROFUN y RETO-PROSOST.

Las aplicaciones biotecnológicas más relevantes de nuestra investigación están relacionadas con la producción enzimática de bioetanol de segunda generación y biodiesel y de productos de valor añadido, tales como oligosacáridos prebióticos, derivados de lípidos o azúcares con mayor solubilidad y actividad biológica, aromas y saborizantes. En todas estas aplicaciones, la biocatálisis reemplaza los reactivos químicos, libera en algunos casos productos que no pueden sintetizarse químicamente, y contribuye al desarrollo de procesos verdes y sostenibles.

 

Estructura cristalográfica de esterol esterasa/lipasa fúngica
Estructura cristalográfica de una esterol esterasa/lipasa versátil fúngica que cataliza eficientemente reacciones de esterificación y transesterificación

 

Fabrica
Las enzimas se están utilizando como biocatalizadores industriales (como alternativa a compuestos químicos agresivos) para el desarrollo de tecnologías limpias (cortesía de UPM, Finlandia)

 

Ingeniería de enzimas oxidativas

La línea de investigación dirigida por Angel T. Martínez está relacionada con el diseño de proteínas (enzimas redox) y su utilización en reacciones químicas oxidativas de interés industrial, como las investigadas en los proyectos europeos INDOX (www.indoxproject.eu) y EnzOx2 (http://enzox2.eu). Nuestro trabajo en estos proyectos se centra en proteínas de tipo (i) hemo-peroxidasa, (ii) oxidasa multicobre y (iii) flavo-oxidasa, para emplear como catalizadores de Química Verde en diferentes reacciones de oxidación y oxifuncionalización de interés industrial.

Los trabajos de ingeniería de enzimas se basan en: i) Simulaciones computacionales de interacciones proteína-ligando (biofísica computacional) y mecánica cuántica/mecánica molecular (QM/MM) para predecir la transferencia electrónica (bioquímica computacional), en el marco de una sólida colaboración con el Centro de Supercomputación de Barcelona (www.bsc.es); ii) Análisis químicos llevados a cabo en el CIB (MS, NMR, etc) y en colaboración con el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla (www.irnas.csic.es); y iii) Información sobre los genomas de hongos responsables de la “combustión enzimática” de la lignina (la segunda macromolécula más abundante en la tierra), incluyendo varios proyectos con el Joint Genome Institute (http://jgi.doe.gov) como CSP-2015-1609, coordinado desde el CIB, para analizar 32 genomas fúngicos. 

 

Simulaciones usando software PELE
Ingeniería de enzimas que combina el modelado (1) biofísico (difusión dinámica de sustratos) y (2) bioquímico (transferencia electrónica por QM/MM) (adaptación de Acebes et al 2016)

 

 

Evolución dirigida de oxidasas multicobre
Ingeniería de enzimas para aplicación industrial: izquierda, esquema general de la estrategia de evolución dirigida (Pardo & Camarero, 2015); derecha, diseño racional de una oxidasa multicobre en el entorno del cobre T1 tras análisis comparativo de secuencias

 

 

 
 

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Martínez AT, Ruiz-Dueñas FJ, Camarero S, Serrano A, Linde D, Lund H, Vind J, Tovborg M, Herold-Majumdar OM, Hofrichter M, Liers C, Ullrich R, Scheibner K, Sannia G, Piscitelli A, Pezzella C, Sener ME, Kılıç S, van Berkel WJ, Guallar V, Lucas F, Zuhse R, Ludwig R, Hollmann F, Fernandez-Fueyo E, Record E, Faulds CB, Tortajada M, Winckelmann I, Rasmussen J, Gelo-Pujic M, Gutiérrez A, del Río JC, Rencoret J, Alcalde M  [2017]. Oxidoreductases on their way to industrial biotransformations. Biotechnol. Adv. 35: 815-831

 

Fondos

La financiación pública (incluyendo EU, MEC/MICINN/MINECO y CM) y privada (contratos con empresas) aparece recogida en la lista siguiente que incluye: i) Título del proyecto o contrato, ii) IP (o coordinador); iii) Subvención; iv) Entidad financiadora y referencia; y v) Duración.

A. Los proyectos actualmente en curso se encuentran listados a continuación:

1) “New enzymatic oxidation/oxyfunctionalization technologies for added value bio-based products” (EnzOx2), EC H2020, Coordinador A.T. Martínez, IP-CIB F.J. Ruiz-Dueñas, Ref H2020-BBI-PPP-2015-2-720297, Financiación total concedida 3000000 €; CIB 606000 € (2016-19), www.enzox2.eu

2) "Hidrolasas fúngicas: estudios bioquímicos, moleculares y aplicaciones para la revalorización de residuos lognocelulósicos" (HIDROFUN), IPs M.J. Martínez/A. Prieto, MINECO/FEDER (BIO2015-68387-R), Financiación: 199650 € (2016-18)

3) "Producción sostenible y simbiosis industrial en la Comunidad de Madrid" (RETO-PROSOST), IP M.J. Martínez, CAM (S2013/MAE-2907), Financiación total 694950 €, CIB 179860 € (2014-18)

4) "Nuevas enzimas oxidativas para una industria sostenible" (NOESIS), IPs S. Camarero/F.J. Ruiz-Dueñas, MINECO (BIO2014-56388-R). Financiación: 302500 € (2015-17)

5) "Estrategias combinadas basadas en metagenómica para la síntesis de biocombustibles" (CAMBIOS), IP M.J. Martínez, MINECO (RTC2014-1777-3). Financiación: 95742 € (2014-17)

6) “Retos enzimáticos, químicos y de ingeniería para la utilización de recursos agroforestales no alimentarios (lignocelulosa) en una bioeconomía más sostenible y menos contaminante” (LIGNOCEL), IP S. Camarero, AC2015-00008-00-00, Financiación: 6000 € (2016), www.redlignocel.es 

7) "Optimized oxidoreductases for medium and large scale industrial biotransformations" (INDOX), EC FP7, Coordinador A.T. Martínez, IP-CIB F.J. Ruiz-Dueñas, Ref KBBE-2013-7-613549, Financiación total concedida 7825824 €: CIB 928654 € (2013-16) www.indoxproject.eu

B. Proyectos anteriores más relevantes sobre temas relacionados:

"Novel and more robust fungal peroxidases as industrial biocatalysts" (PEROXICATS), FP7, Coordinador A.T. Martínez, IP-CIB F.J. Ruiz-Dueñas, Ref KBBE-2010-4-265397, Financiación total concedida 2 999 350 euros: CIB 732 114 euros, 2011-13 www.peroxicats.org

Optimised pre-treatment of fast growing woody and nonwoody Brazilian crops by detailed characterisation of chemical changes produced in the lignin-carbohydrate matrix” (LIGNODECO), FP7, IP-CSIC A.T. Martínez, Ref KBBE-2009-3-244362, Financiación total concedida 2 988 220 euros: CIB 450 000 euros, 2010-2012

"Biocatalizadores de alta eficiencia para la segunda generación de bioetanol" (BIOCAT2ndOL), uno de los 6 subproyectos del proyecto "Producción y desarrollo de cultivos energéticos no-alimentarios" encomendado al CSIC por el MICINN (dentro del PlanE) con un presupuesto total de 8 512 507 euros; IP-CIB M.J. Martínez; 2009-11

"Etanol para automoción" (I+DEA); Coordinador: P. Gutiérrez (Abengoa Bioenergy); CIB-IP: M.J. Martínez; presupuesto total (incluyendo las contribuciones de 25 compañías) 28 millones de euros; financiación-CIB: 646 000 euros; CDTI, CENIT 2007-1031; 2007-2011

White biotechnology for added value products from renewable plant polymers: Design of tailor-made biocatalysts and new industrial bioprocesses” (BIORENEW); A.T. Martínez (coordinador); presupuesto total: 14 683 137 euros, subvencion de la UE: 9 500 000 euros; subvención CIB: 1 012 368 euros; Prioridad-3 (NMP) de FP6 de la UE, NMP2-CT-2006-026456-2; 2006-2010, www.biorenew.org
 

 

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