Purification and characterization of tyrosinase enzyme from Acinetobacter modestus NIPH 236 for enhanced treatment of petroleum pollutants

El petróleo es la savia de la industria moderna, impulsando todo, desde los coches que conducimos hasta los plásticos que utilizamos. Sin embargo, el proceso de extracción y refinado de este recurso deja tras de sí un legado tóxico. Uno de los subproductos más peligrosos es el fenol, un compuesto químico que se encuentra en altas concentaciones en las aguas residuales de las refinerías de petróleo. El fenol es altamente tóxico tanto para los seres humanos como para el medio ambiente, capaz de dañar los ecosistemas y causar mutaciones en el tejido vivo. Aunque los ingenieros han intentado durante mucho tiempo limpiar esta agua utilizando filtros físicos o productos químicos agresivos, estos métodos a menudo resultan insuficientes. Pueden ser costosos, consumir mucha energía o simplemente no lograr descomponer completamente los contaminantes persistentes. La naturaleza, sin embargo, ofrece un camino diferente. Durante décadas, los científicos han sabido que ciertos microorganismos poseen la capacidad de digerir estas sustancias nocivas, convirtiendo el veneno en material inofensivo mediante un proceso llamado biorremediación. La clave de este equipo de limpieza natural es a menudo un tipo específico de proteína llamada enzima, que actúa como un catalizador biológico para acelerar las reacciones químicas que, de otro modo, ocurrirían demasiado lentamente para ser útiles.

En un estudio reciente, los investigadores se propusieron encontrar una nueva herramienta biológica más eficiente para este trabajo. Dirigieron su atención al suelo que rodea una refinería petroquímica en Mangalore, India, un lugar donde el entorno está constantemente expuesto a contaminantes derivados del petróleo. El objetivo era aislar una bacteria específica de este suelo hostil que pudiera producir una potente enzima conocida como tirosinasa. Esta enzima es una proteína que contiene cobre y actúa como unas tijeras moleculares, capaz de cortar las moléculas de fenol y transformarlas en sustancias menos dañinas. El equipo, liderado por científicos de la Universidad Dayananda Sagar, identificó con éxito una potente bacteria oculta en el suelo de la refinería. La llamaron Acinetobacter modestus NIPH 236. Este diminuto organismo no era solo un superviviente del entorno tóxico; era una fábrica, produciendo la mismísima enzima necesaria para limpiarlo.

Los investigadores no se detuvieron simplemente en encontrar la bacteria; trabajaron para entender exactamente cómo hacer que produjera la mayor cantidad de enzima posible. Trataron a la bacteria como un cultivo, haciéndola crecer en grandes tanques de caldo líquido y ajustando cuidadosamente las condiciones para ver qué la hacía prosperar. Probaron diferentes niveles de acidez, descubriendo que las bacterias producían la mayor cantidad de enzima cuando el líquido era neutro, con un pH de 7,0. Experimentaron con la cantidad de bacterias para empezar, descubriendo que una pequeña cantidad, apenas el 2 por ciento del volumen total, era el punto ideal para la máxima producción. También probaron qué comían las bacterias. Las bacterias crecieron mejor cuando se alimentaron con una dieta que contenía extracto de carne como fuente de nitrógeno y maltosa como fuente de azúcar. Quizás lo más importante fue que descubrieron que añadir una pequeña cantidad de un mineral llamado molibdato de sodio a la mezcla de alimentos actuaba como un potente potenciador, aumentando significativamente la cantidad de enzima que las bacterias producían.

Una vez que optimizaron las condiciones de crecimiento, el equipo pasó al siguiente desafío: separar la enzima de la bacteria y del líquido en el que creció. Utilizaron una serie de pasos físicos y químicos para purificar la sustancia. Primero, añadieron acetona fría al líquido, lo que hizo que la enzima se aglutinara y cayera de la solución, un proceso similar a cómo se puede hacer que la sal cristalice en el agua. Luego pasaron esta mezcla por una columna llena de pequeñas esferas, que actuaron como un tamiz para clasificar las proteínas por tamaño. Este proceso aisló con éxito la tirosinasa, revelando que era una proteína única y pura con un peso molecular de 75 kilodaltons. Esto es una medida del tamaño de la enzima, lo que indica que es una molécula sustancial, aproximadamente del tamaño de un pequeño complejo proteico. La enzima purificada era estable y activa a temperaturas entre 30 y 40 grados Celsius, que es un rango cómodo para muchos procesos biológicos, y funcionaba mejor con ese mismo pH neutro de 7,0.

La prueba final consistió en ver si esta enzima purificada podía realmente limpiar la contaminación del mundo real. Para ello, los investigadores tuvieron que proteger la enzima para que pudiera ser reutilizada y no se lavara. Atraparon la enzima dentro de pequeñas esferas hechas de alginato de sodio, una sustancia gelatinosa derivada de las algas marinas. Piense en este proceso como colocar una herramienta delicada dentro de una jaula protectora que aún permite que funcione. Luego dejaron caer estas esferas en agua contaminada con fenol. Los resultados fueron sorprendentes. A lo largo de cuatro horas, las esferas de la enzima inmovilizada eliminaron el 95,5 por ciento del fenol del agua. Este nivel de eficiencia es significativamente mayor que el de muchos otros métodos actualmente en uso, que a menudo luchan por eliminar incluso la mitad del contaminante. El estudio sugiere que esta bacteria específica, Acinetobacter modestus NIPH 236, y la enzima que produce, podrían ser una solución altamente eficaz y ecológica para tratar las aguas residuales de las refinerías de petróleo. Al aprovechar el poder natural de este microbio, las industrias podrían pronto tener una forma más barata y limpia de proteger nuestra agua de los subproductos tóxicos de la energía en la que dependemos.