Extraction of lipases from thermophiles and halophiles using ionic liquids

Abstract

Currently, a great academic and industrial interest has been devoted to the finding of new sources of lipolytic enzymes, since they are the third most important group of biocatalysts after proteases and amylases. The reason behind this interest is their versatility to be applied in a plethora of fields such as the detergent, oil, food and pharmaceutical industries. Lipase-catalyzed are often carried out under extreme operating conditions (pH, T, salt concentration, etc.), so the search of new extremophilic strains showing high lipolytic activity levels is an issue in the limelight. In this sense, the implementation of greener processes for the production of this kind of enzymes is the focal point around which the whole thesis is planned. Thus, the use of ionic liquids, emerging neoteric solvents with promising potential in different sectors, as potential extraction solvents for the downstrean stages has been proposed in this work. There are a number of recent research works that refer to the activity and stability of commercial lipases in various ionic liquids, and it has been reported that most hydrophilic ionic liquids cause considerable enzyme deactivation. Then, we have hypothesized that the use of enzymes from extremophilic microorganisms (both thermophilic and halophilic) could be more suitable to operate under the presence of these molten salts. Once the production process has been optimized, the effect of ionic liquids (including conventional families, like imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium and phosphonium, and third generation ionic liquids such as ammonium) at a structural and biocatalytic level will be tackled.

En la actualidad se ha puesto de relieve un gran interés en la búsqueda de nuevas fuentes de enzimas lipolíticas, ya que constituyen el tercer grupo de biocatalizadores más utilizados después de las proteasas y las amilasas, debido a su versatilidad para ser aplicadas en campos tan diversos como la industria de detergentes, la de aceites y grasas o la farmaquímica. Las reacciones biocatalizadas por lipasas se desarrollan a menudo en condiciones operacionales extremas (pH, Tª, concentración de sales, etc.), por lo que en los últimos años se ha apostado por nuevas cepas extremófilas con niveles elevados de actividad. En este escenario, la búsqueda de procesos de producción de este tipo de enzimas más eficientes y medioambientalmente sostenibles es el eje en el que pivota esta tesis doctoral. De este modo, surgen los líquidos iónicos como posibles disolventes de extracción para las etapas de downstream. Existen diversos trabajos de investigación recientes que hacen referencia a la actividad y estabilidad de lipasas comerciales en diferentes líquidos iónicos, detectándose que en la mayoría de los casos los líquidos iónicos hidrofílicos provocan una desactivación enzimática considerable. Es en base a esta premisa que se plantea en la búsqueda de enzimas de microorganismos extremófilos (termófilos y halófilos) como candidatos a producir biocatalizadores con capacidad de actuar en la presencia de los líquidos iónicos. Una vez puesto a punto el proceso de producción se procederá a analizar el efecto, a nivel estructural y biocatalítico, de diferentes familias de líquidos iónicos convencionales (imidazolios, piridinios, pirrolidinios y fosfonios) como líquidos iónicos de tercera generación basados en el catión amonio.

Na actualidade púxose de relevo un gran interese na procura de novas fontes de enzimas lipolíticas, xa que constitúen o terceiro grupo de biocatalizadores máis utilizados logo das proteasas e as amilasas, debido á súa versatilidade para ser aplicadas en campos tan diversos como a industria de deterxentes, a de aceites e graxas ou a farmaquímica. As reaccións biocatalizadas por lipasas desenvólvense a miúdo en condicións operacionais extremas (pH, Tª, concentración de sales, etc.), polo que nos últimos anos apostouse por novas cepas extremófilas con niveis elevados de actividade. Neste escenario, a procura de procesos de produción deste tipo de enzimas máis eficientes e medioambientalmente sustentables é o eixo no que pivota esta tese de doutoramento. Deste xeito, xorden os líquidos iónicos como posibles disolventes de extracción para as etapas de downstream. Existen diversos traballos de investigación recentes que fan referencia á actividade e estabilidade de lipasas comerciais en diferentes líquidos iónicos, detectándose que na maioría dos casos os líquidos iónicos hidrofílicos provocan unha desactivación enzimática considerable. É en base a esta premisa que se aposta pola procura de enzimas de microorganismos extremófilos (termófilos e halófilos) como candidatos a producir biocatalizadores con capacidade de actuar na presenza dos líquidos iónicos. Unha vez posto a punto o proceso de produción procederase a analizar o efecto, a nivel estructural e biocatalítico, de diferentes familias de líquidos iónicos convencionais (imidazolios, piridinios, pirrolidinios e fosfonios) así como de líquidos iónicos de terceira xeración baseados no catión amonio.