28/11/23

Descontaminación enzimática
del Deoxinivalenol

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ANTECEDENTES  

El deoxinivalenol (DON), una micotoxina producida por el hongo Fusarium graminearum, es un contaminante habitual de las cosechas, impactando negativamente en el crecimiento de las plantas y el rendimiento de las cosechas.

Su presencia en los alimentos y piensos supone un grave riesgo para la salud humana y animal1.

La toxicidad del DON se relación con el grupo hidroxilo en el átomo C-3 que puede existir en dos configuraciones:

  • ⇰ Configuración S (DON)
  • ⇰ Configuración R (3-epi-DON)

Los estudios han demostrado que 3-epi-DON es al menos 50 veces menos tóxico que el DON2.

La conversión de DON a 3-epi-DON, que requiere la formación de 3-acetil-DON, está catalizada por dos clases de enzimas3:

  • ⇰ Deshidrogenasas dependientes de PQQ (DHs)
  • ⇰ Aldo-ceto reductasas dependientes de NADPH (AKRs)

Hasta la fecha, se ha dilucidado la estructura cristalina de una DH (DmDepA) y una AKR (RlDepB) y, aunque se han identificado varias actividades enzimáticas, sus usos industriales reales son limitados debido a la falta de comprensión y a problemas de estabilidad.


OBJETIVO  

El objetivo de este estudio fue identificar y desarrollar dos biocatalizadores robustos y eficientes con las características industriales requeridas para desactivar el DON en piensos para alimentación animal.


MATERIALES & MÉTODOS  

El estudio se llevó a cabo en tres fases:

  • 1. Descubrimiento de nuevas DH dependientes de PQQ y AKR dependientes de NADPH.
  • 2. Clonación, expresión y purificación de las nuevas DHs y AKRs identificadas.
  • 3. Caracterización enzimática, optimización de reacciones e ingeniería.


RESULTADOS & CONCLUSIONES  

Como resultado de este estudio, se concluyó que:

  • ⇰ La epimerización de DON puede ser una solución para la descontaminación de alimentos y piensos. Sin embargo, es necesario optimizar las condiciones de reacción.
  • ⇰ Este procedimiento permitió la identificación de 13 nuevas secuencias (DHs y AKRs).
  • ⇰ La separación analítica de los epímeros (DON y 3-epi-DON) puede ser un reto.

Teniendo en cuenta estos resultados, en el futuro será importante determinar si:

  • ⇰ Las enzimas DHs y AKRs identificadas funcionan de forma óptima en las condiciones industriales requeridas.
  • ⇰ Es posible mejorar la estabilidad con ingeniería racional o semirracional.

Autores

Valeria Della Gala1, Jog Raj2, Hunor Farkaš2, Marko Vasiljević2 y Ditte Hededam Welner1
1The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Universidad Técnica de Dinamarca
2PATENT CO, DOO., Mišićevo, Serbia

ENZYNOV’2 Conference on Enzymatic Biocatalysis For Industry - Unleashing the power of Enzymes and Biocatalysis for industrial applications. Enzyme production challenges, Sustainability, innovations, and industrial applications. October 26-27, 2023. Biocitech, París-Romainville, Francia.

1. Kamle, M., et al. Deoxynivalenol: An Overview on Occurrence, Chemistry, Biosynthesis, Health Effects and Its Detection, Management, and Control Strategies in Food and Feed. Microbiol. Res. 13, 292-314 (2022).
2. He, J. W., et al. Toxicology of 3-epi-deoxynivalenol, a deoxynivalenol transformation product by Devosia mutans 17-2-E-8, Food and Chemical Toxicology, 84, 250-259 (2015).
3. Hassan, Y.I., et al. The enzymatic epimerization of deoxynivalenol by Devosia mutans proceeds through the formation of 3-keto-DON intermediate. Sci Rep, 7, 6929 (2017).

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