Production, Purification and Characterization of Thermostable Amylase from Thermophilic Bacteria Isolated from Water and Sediments of Wanzaye Hot Spring, Ethiopia

En el mundo de la fabricación industrial, las enzimas actúan como las propias herramientas de la naturaleza, acelerando reacciones químicas que de otro modo tardarían demasiado o requerirían condiciones extremas. Entre estas, las amilasas son particularmente valiosas porque descomponen el almidón, una fuente común de energía que se encuentra en las plantas, en azúcares más simples. Si bien estas enzimas son útiles, muchas se descomponen o dejan de funcionar cuando la temperatura aumenta, lo que limita su uso en procesos que requieren calor. Aquí es donde entran en juego las bacterias termófilas, o amantes del calor. Encontradas en entornos extremos como los géiseres, estos microorganismos producen enzimas que permanecen estables y activas incluso a altas temperaturas. Los científicos han buscado durante mucho tiempo aprovechar estos robustos catalizadores biológicos para mejorar la eficiencia en industrias que van desde el procesamiento de alimentos hasta la fabricación de detergentes, pero muchas regiones con actividad geotérmica permanecen en gran medida inexploradas para estos recursos específicos.

Investigadores de Etiopía dirigieron su atención a la Fuente Termal de Wanzaye, un sitio geotérmico natural en la parte noroeste del país, para investigar si sus aguas y sedimentos albergaban bacterias capaces de producir tales enzimas termoestables. El equipo recolectó muestras de la fuente, que se encuentra en un clima fresco y subhúmedo, pero emite agua a una temperatura de 42 grados Celsius. Al calentar las muestras a 80 grados Celsius, filtraron las bacterias y hongos ordinarios, dejando atrás únicamente a los termófilos resistentes que forman esporas. A partir de estos supervivientes, aislaron veinte colonias bacterianas distintas y las evaluaron para determinar su capacidad de disolver almidón. Ocho de ellas mostraron una fuerte actividad, y cuatro cepas específicas, llamadas WA7, WA10, WA11 y WA12, fueron seleccionadas para un estudio más profundo. Las cuatro fueron identificadas como pertenecientes al género Bacillus, un grupo de bacterias conocido por su resiliencia y su capacidad para formar esporas protectoras.

Para producir las enzimas, los investigadores cultivaron estas bacterias utilizando un método llamado fermentación en estado sólido, que consiste en cultivar microbios sobre desechos agrícolas sólidos en lugar de en un líquido. Probaron tres materiales diferentes: salvado de trigo, salvado de arroz y cáscara de plátano. Los resultados mostraron que el salvado de trigo era la opción superior, soportando la mayor producción de enzimas. El equipo determinó que las bacterias crecían mejor y producían más enzimas cuando se mantenían a una temperatura de 55 grados Celsius con un pH neutro de 7, y que el tiempo óptimo para cosechar la enzima fue después de 72 horas de crecimiento. Una vez que las bacterias habían hecho su trabajo, los investigadores extrajeron la mezcla de enzima cruda y la purificaron mediante un proceso que consistió en añadir sal para precipitar las proteínas y luego lavarlas para eliminar impurezas. Este paso de purificación aumentó la concentración de la enzima activa, haciéndola más efectiva.

Las enzimas purificadas fueron sometidas a una serie de pruebas para comprender sus capacidades. El análisis reveló que las enzimas tenían aproximadamente 50 kilodaltons de tamaño, una medida de peso molecular, y que descomponían el almidón principalmente en maltosa, un tipo de azúcar. Al probar la tolerancia al calor, las enzimas demostraron ser notablemente robustas. Alcanzaron su máximo rendimiento a temperaturas entre 65 y 70 grados Celsius, dependiendo de la cepa bacteriana específica. Aún más impresionante, después de permanecer a temperaturas que oscilaban entre 40 y 80 grados Celsius durante una hora, las enzimas retuvieron más del 76.8 por ciento de su actividad original. También mostraron estabilidad a través de un amplio rango de niveles de acidez, funcionando bien en condiciones que van desde ligeramente ácidas hasta ligeramente alcalinas.

Quizás la demostración más práctica de su potencial involucró el almidón de enset crudo, un cultivo alimenticio básico en Etiopía. Los investigadores mezclaron las enzimas purificadas con polvo de enset crudo y descubrieron que las enzimas podían convertir el almidón en azúcares fermentables con una eficiencia superior al 70 por ciento para las cuatro cepas, siendo la de mejor desempeño la que alcanzó casi un 91 por ciento. Esto sugiere que estas enzimas podrían utilizarse para procesar almidón crudo directamente, un proceso que a menudo es difícil y consume mucha energía. El estudio concluye que la Fuente Termal de Wanzaye es una fuente valiosa y previamente infrautilizada de bacterias con relevancia industrial. Al utilizar desechos agrícolas económicos como el salvado de trigo para cultivar estos microbios, los investigadores demostraron una forma rentable de producir enzimas que pueden resistir las altas temperaturas requeridas por las industrias modernas de procesamiento de almidón, ofreciendo un camino sostenible para la fabricación local y global.