Caracterización de las principales enzimas celulolíticas de myceliophthora thermophila implicadas en la degradación de biomasa lignocelulósica y mejora de la hidrólisis de hemicelulosa para la producción de bioetanol de segunda generación

Resumen

El creciente consumo energético acusado en las últimas décadas, motivado por el aumento de la población y la progresiva industrialización de los países, es hoy en día principalmente dependiente del crudo, lo que ha provocado el aumento del precio del mismo. Junto con este factor, el hecho de que sea un recurso natural no renovable así como que sea altamente contaminante, ha disparado la búsqueda de fuentes de energías renovables y más sostenibles con el medio ambiente. El etanol como biocarburante se ha posicionado como una de la mejores alternativas frente a la gasolina, siendo de principal interés el etanol de segunda generación por utilizar productos de deshecho tanto agrícolas como urbanos, de manera que no se compite con otros mercados como el de la alimentación. Dicho combustible se obtiene a partir de la fermentación de azúcares provenientes de biomasa lignocelulósica, el mayor componente estructural de las plantas, siendo la fuente de energía renovable más abundante debido a su potencial de ser transformada en glucosa y/u otros azúcares fermentables. Sin embargo en el proceso de obtención de bioetanol de segunda generación ha de ser optimizado para la búsqueda de la rentabilidad del mismo. Uno de los factores de mayor impacto en el coste final del proceso es el cóctel enzimático utilizado para la degradación de la lignocelulosa a azúcar fermentables. Una de las claves para reducir costes es la utilización de enzimas eficaces en este proceso, por lo que desde el sector biotecnológico se trabaja para la mejora de la calidad de las enzimas que lo componen. En este contexto se enmarca el trabajo de esta tesis doctoral en la que se presentan la purificación desde caldo de cultivo industrial y caracterización de las enzimas celulolíticas β-glucosidasa 1, celobiohidrolasa 1, celobiohidrolasa 4 y endoglucanasa 2 del hongo filamentoso Myceliophthora thermophila implicadas en la degradación de biomasa lignocelulósica. Desde distintos ámbitos se han sugerido diferentes enfoques para la mejora de las propiedades de las enzimas celulolíticas. Una manera de reducir la cantidad de enzima requerida es la formulación de cócteles enzimáticos más eficientes específicos para cada tipo de sustrato. La determinación de las enzimas principales y la variación de las proporciones de éstas pueden ayudar a formular cócteles más eficaces en la degradación de materiales lignocelulósicos. En este línea se presenta como segundo bloque de resultados distintas pruebas funcionales de hidrólisis de rastrojo de maíz pretratado con las enzimas purificadas y se demuestra la existencia de una proporción de enzimas, distinta a las presentes en el caldo de cultivo, cuyo rendimiento en hidrólisis es superior. Además se ha confirmado que la suplementación de distintas enzimas con actividad polisacárido monooxigenasa, procedentes del caldo de cultivo de M. thermophila C1, supone una gran mejora del rendimiento en liberación de glucosa de en la hidrólisis del rastrojo de maíz pretratado. En el segundo bloque de trabajo de esta tesis doctoral se presenta la mejora de la hidrólisis de hemicelulosa del rastrojo de maíz pretratado. Aproximadamente el 70% de la hemicelulosa está compuesta por polímeros de xilano, siendo por tanto la xilosa el monosacárido más abundante en la lignocelulosa tras la glucosa. En el proceso de obtención de bioetanol de segunda generación el aprovechamiento de la xilosa para la conversión a etanol es fundamental para el rendimiento global del proceso. Se ha demostrado que la cepa industrial de M. thermophila C1 es deficitaria en enzimas con actividad β-xilosidasa que hidrolicen los dímeros de xilosa. Para subsanar este cuello de botella se presenta el escrutinio de enzimas con actividad β-xilosidasa de hongos celulolíticos y la posterior expresión en M. thermophila C1 para la mejorar de la hidrólisis de la hemicelulosa.