Descontaminación enzimática del Deoxinivalenol

DESCONTAMINACIÓN ENZIMÁTICA DEL DEOXINIVALENOL

Valeria Della Gala1, Jog Raj2, Hunor Farkaš2, Marko Vasiljević2 y Ditte Hededam Welner1 1

The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Universidad Técnica de Dinamarca,

Kongens Lyngby, Dinamarca 2

PATENT 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.

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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) Hasta la fecha, se ha dilucidado la

Configuración R (3-epi-DON)

estructura cristalina de una DH (DmDepA) y una AKR (RlDepB) y, aunque se han

Los estudios han demostrado que 3-epi-DON es

identificado varias actividades enzimáticas,

al menos 50 veces menos tóxico que el DON2.

sus usos industriales reales son limitados debido a la falta de comprensión

La conversión de DON a 3-epi-DON, que

y a problemas de estabilidad.

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)

Aldo-ceto reductasa

Deshidrogenasa

Deoxinivalenol (DON)

3-acetil-DON

3-epi-DON

Toxicidad reducida

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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.

1. Descubrimiento de nuevas DH dependientes de PQQ y AKR dependientes de NADPH Secuencia de aminoácidos de DmDepA (DH) y RIDepB (AKR)

Generación in silico de estructuras 3D e inspección visual Búsqueda de similitudes de secuencias

Alineación de secuencias múltiples

Candidatos homólogos

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2. Clonación, expresión y purificación de los nuevos DH y AKR identificados

Optimización de codones y diseño de plásmidos

Transformación bacteriana

Expresión de proteínas

Purification HisTrapTM

DHs y AKRs purificadas

3. Caracterización enzimática, optimización de reacciones e ingeniería Reducción de carga

Optimización de reacciones e ingeniería enzimática Ensayo enzimático de DHs y AKRs con DON y 3-acetil-DON

Análisis HPLC

Amplio intervalo de pH y temperatura para la actividad Termoestabilidad

Caracterización bioquímica, cinética y de estabilidad

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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.

Referencias 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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