Determinación in silico de la función hidrolasa de las enzimas candidatas a degradar plástico expresadas por procariotas del rumen de Bos taurus

Abstract

La contaminación por plástico ocurre a nivel mundial desde que es utilizado en la mayoría de las áreas industriales, como el embalaje y la construcción [1]. Debido a su estructura y composición química, estos son polímeros poco biodegradables que pueden persistir en los ecosistemas durante miles de años sin descomponerse. Actualmente, gran parte de la contaminación plástica proviene del uso excesivo de productos de un sólo uso y su inadecuado manejo como residuos [2]. El tereftalato de polietileno (PET) es el compuesto más usado debido a sus propiedades mecánicas y fisicoquímicas que lo hacen resistente a la degradación hidrolítica o enzimática [3]. Los programas de reciclaje utilizados actualmente no representan una opción viable para su manejo a largo plazo, por lo que una alternativa es su biodegradación utilizando enzimas microbianas [4]. Una de las enzimas más estudiadas para la degradación de PET son las PETasas de Ideonella sakaiensis, mientras que otras han sido recientemente propuestas como agentes degradadores, incluyendo un grupo de enzimas en el rumen de Bos taurus [5]. En el rumen habitan diversos tipos de microorganismos y en él ocurren diversas reacciones bioquímicas entre ellas la hidrólisis enzimática de la hemicelulosa y de polímeros sintéticos [5]. Esto demuestra que la microbiota del rumen puede degradar plásticos, aunque se desconoce qué enzimas participan del proceso. Por ello, este trabajo determinará si las enzimas microbianas despolimerizadoras de arqueas y bacterias del rumen poseen características y propiedades compatibles con las enzimas bacterianas que degradan PET demostrada para la eliminación sistemática de residuos plásticos. Se utilizará herramientas bioinformáticas de comparación de secuencias y visualización de estructuras 3D para determinar la conservación de residuos catalíticos críticos de la función degradadora del pet en enzimas de rumen. Esto constituiría una prueba preliminar de que algunas enzimas del rumen podrían ser buenas candidatas para la degradación del PET. Dado que la microbiota del rumen puede vivir y tolerar condiciones extremas como una alta salinidad, la identificación de enzimas degradadoras de plástico podría ser utilizada para la despolimerización industrial de polímeros sintéticos.

Plastic pollution occurs worldwide since it is used in most industrial areas, such as packaging and construction [1]. Due to its structure and chemical composition, these polymers are not easily biodegradable and can persist in ecosystems for thousands of years without breaking down. Currently, a significant portion of plastic pollution comes from the excessive use of single-use products and their inadequate waste management [2]. Polyethylene terephthalate (PET) is the most commonly used compound due to its mechanical and physicochemical properties that make it resistant to hydrolytic or enzymatic degradation [3]. The recycling programs currently in use do not provide a viable long-term solution, so an alternative is to biodegrade plastic using microbial enzymes [4]. One of the most studied enzymes for PET degradation is PETase from Ideonella sakaiensis, while others have recently been proposed as degrading agents, including a group of enzymes found in the rumen of Bos taurus [5]. The rumen harbors various types of microorganisms and undergoes various biochemical reactions, including enzymatic hydrolysis of hemicellulose and synthetic polymers [5]. This demonstrates that rumen microbiota can degrade plastics, although the enzymes involved in the process are not yet known. Therefore, this study will determine whether depolymerizing microbial enzymes from rumen archaea and bacteria possess characteristics and properties compatible with bacterial enzymes known to degrade PET, thus providing a systematic approach for plastic waste elimination. Bioinformatic tools for sequence comparison and 3D structure visualization will be used to determine the conservation of critical catalytic residues involved in PET degradation function in rumen enzymes. This would constitute preliminary evidence that some rumen enzymes could be good candidates for PET degradation. Since rumen microbiota can live and tolerate extreme conditions such as high salinity, the identification of plastic-degrading enzymes could be utilized for industrial depolymerization of synthetic polymers.