Evolución Dirigida, o cómo crear enzimas para fines industriales

Abstract

For decades, synthetic chemists have sought to make industrial-scale catalysts as efficient and exceptionally selective as enzymes are in biological systems but, unfortunately, this task has proven evasive. Efforts then focused on making enzymes useful for the industry, and protein engineering had the task of adapting natural enzymes to work in conditions of industrial-scale processes. The approach called directed evolution is one of the models used to carry this out. Inspired by the natural evolution of species, this model proposes to evolve enzymes in an accelerated way, within the laboratory, in such a way that the manipulated enzyme exhibits the properties desired for its industrial application. Directed evolution is responsible, for example, for the industrial-scale production of enzymes included in household detergents and of the enzymes used by the pharmaceutical industry for the generation of intermediates, which are synthesized by microorganisms that express the mutated enzyme evolved in the laboratory. Today, these enzymes, some in industrial use and many others still in the exploratory stage, can catalyze very efficiently synthetic processes that form even non-natural compounds such as organosilanes and organoboranes.

Durante décadas, los químicos sintéticos han buscado que los catalizadores usados a escala industrial sean tan eficientes y excepcionalmente selectivos como lo son las enzimas en sistemas biológicos. Ante el poco éxito conseguido, los esfuerzos más recientes se han enfocado en convertir las enzimas naturalesen catalizadores útiles para la industria, y la ingeniería de proteínas ha tenido la tarea de adaptarlas a las condiciones de trabajo de los procesos a escala industrial. El enfoque denominado evolución dirigida es uno de los modelos utilizados para llevar esto a cabo. Inspirado en la evolución natural de las especies, este modelo propone evolucionar enzimas de forma acelerada, dentro del laboratorio, de manera que la enzima manipulada presente las propiedades deseadas para su aplicación industrial. La evolución dirigida es responsable, por ejemplo, de la producción a escala industrial de enzimas incluidas en los detergentes domésticos, y de las enzimas utilizadas por la industria farmacéutica para la generación de intermediarios, que son sintetizados por microorganismos que expresan la enzima mutada desarrollada en el laboratorio. Hoy en día, estasenzimas, algunas de uso industrial y muchas otras aún en fase exploratoria, pueden catalizar con alta eficiencia procesos sintéticos que forman incluso compuestos no naturales de organosilicioy organoboro.