Evaluación del efecto de la mezcla de proteínas con actividad tipo expansina y xilanasas sobre la acción hidrolítica de celulasas en residuos lignocelulósicos

Abstract

El elevado costo y el suministro no renovable del petróleo han enfocado la atención en otras alternativas para fabricar químicos, combustibles, solventes y polímeros a partir de biomasa. La lignocelulosa es un recurso primario, sustentable, de bajo costo y alta disponibilidad, que ha ganado relevancia por ser una fuente con una huella de carbono mínima. Además, suele ser un desecho de la agroindustria por lo que reutilizarlo ofrece una gran oportunidad de obtener una mayor utilidad. La biomasa lignocelulósica como materia prima presenta un problema, la complejidad de su estructura dificulta su degradación y por consecuencia se requiere una gran concentración de enzimas celulasas, lo cual encarece el proceso. Por esta razón el objetivo de esta tesis es evaluar el efecto de la mezcla de proteínas con actividad expansina y xilanasa sobre la acción hidrolítica de celulasas en residuos lignocelulósicos. Para ello se produjo de forma recombinante una Swollenina (TrSWO) y una xilanasa (GtXYL1), obteniéndose 0,24 y 0,22 g de proteína/L de cultivo respectivamente. Ambas fueron concentradas y purificadas con cromatografía de intercambio aniónico. GtXYL1 fue caracterizada obteniéndose los parámetros óptimos 80°C y pH entre 4 - 5, además presenta una actividad específica de 11.567 U/mg y una destacable termoestabilidad a 50°C. Se realizaron ensayos de hidrólisis en paja de trigo con Celluclast® 1.5L junto a GtXYL1 y los resultados indican que se obtiene un 62% más de azúcares liberados en comparación a Celluclast® 1.5L por sí sola. Se concluye que hay un efecto de sinergismo entre ambas enzimas

The rising cost and non-renewable supply of oil have focused the attention on alternative routes to make chemicals, fuels, and solvents from biomass instead. Lignocellulose is a unique, low-cost, highly available sustainable primary resource that has gained relevance for being a source with a minimum carbon footprint. In addition, it is usually a waste of the agroindustry so reuse it offers a great opportunity to obtain higher profits. Lignocellulose as raw material presents a problem; the complexity of its structure hinders its degradation and consequently requires a large concentration of cellulase enzymes, which makes the process more expensive. For this reason, the aim of this thesis is to evaluate the effect of proteins with expansin-like activity and xylanase mixture on the cellulases hydrolytic action over lignocellulosic residues. For this, a Swollenin (TrSWO) and a xylanase (GtXYL1) were produced recombinantly, obtaining 0,24 and 0,22 g of protein/L of culture respectively. Both were concentrated and purified with anionic exchange chromatography. GtXYL1 was characterized obtaining its optimum parameters 80 °C and pH 4 - 5 range. It also presents a specific activity of 11,567 U/mg and a remarkable thermostability at 50°C. Hydrolysis assays were performed on wheat straw with Celluclast® 1.5L and GtXYL1. The results indicate 62% more sugars released in comparison with Celluclast® 1.5L by itself. It is concluded that there is a synergistic effect between both enzymes