Identificación y caracterización de esterasas de Lactobacillus plantarum con interés en tecnología de alimentos

Abstract

Los ésteres son compuestos aromáticos que a pesar de encontrarse en niveles traza, son muy importantes en el perfil aromático de los alimentos. Pequeñas variaciones en los niveles de estos compuestos pueden tener importantes efectos en el aroma, y por lo tanto en la calidad, de los alimentos. Los ésteres de los alimentos se originan por acción de enzimas con actividad esterasa (EC 3.1.1.x) que pueden catalizar tanto reacciones de hidrólisis como de síntesis en función de las condiciones de reacción, por lo que tienen un gran interés en biotecnología. Entre estas enzimas se pueden distinguir carboxilesterasas, arilesterasas y lipasas. Las carboxilesterasas y las arilesterasas catalizan la hidrólisis de ésteres de cadena alifática corta o media solubles en agua, mientras que las lipasas presentan actividad frente a ésteres de cadena larga e insolubles en agua. Las feruloil esterasas, son un tipo de arilesterasas capaces de hidrolizar el enlace éster entre los ácidos cinámicos y los azúcares de las paredes celulares vegetales liberando compuestos fenólicos como el ácido cafeico, p-cumárico y ferúlico, los cuales presentan numerosas aplicaciones en la industria alimentaría. Lactobacillus plantarum es la especie de bacteria láctica modelo en fermentaciones de sustratos vegetales, en donde los ésteres de compuestos fenólicos, se encuentran en altas concentraciones. En el genoma de L. plantarum aparecen anotados genes que codifican “esterasas” o “lipasas” cuya funcionalidad no se ha comprobado bioquímicamente a pesar del interés biotecnológico que presentan. Por ello el objetivo de este trabajo es la identificación y caracterización de posibles esterasas en L. plantarum WCFS1. A pesar de que se han clonado los genes que codifican 14 posibles esterasas o lipasas, sólo se han podido producir y purificar correctamente las proteínas Lp_0796, Lp_0973, Lp_1002, Lp_2923, Lp_2987, Lp_3561 y Lp_3562. Utilizando ésteres derivados de p-nitrofenilo que varían en la longitud de su cadena alifática (desde acetato de p-nitrofenilo hasta palmitato de pnitrofenilo) se ha comprobado que todas las proteínas estudiadas hidrolizan mejor los ésteres de cadena corta, aunque Lp_1002, Lp_2926 y Lp_3562 también hidrolizan eficazmente palmitato de p-nitrofenilo.

La proteína Lp_2987 es la única que no presenta actividad sobre ninguno de los derivados ensayados por lo que no se puede considerar como “esterasa”. La especificidad de substrato de las esterasas también se ha evaluado mediante una colección de ésteres que permite conocer su selectividad respecto a la carga del substrato, al tamaño de la cadena o al alcohol presente. Todas las proteínas purificadas, excepto Lp_2987, presentan actividad sobre acetato de fenilo, por lo que se pueden considerar como “aril esterasas”. La proteína Lp_0973 es la única que, además de acetato de fenilo, degrada triacetina y tributirina. De las esterasas estudiadas, la proteína Lp_0796 es la más interesante puesto que es una “feruloil esterasa” que hidroliza ésteres de ácidos hidroxicinámicos, siendo la primera vez que se describe una proteína con esta actividad en L. plantarum. Con objeto de mejorar la actividad de las esterasas para su posible uso industrial se han realizado experimentos de cristalización, inmovilización y evolución dirigida de alguna de ellas. Los resultados obtenidos indican que L. plantarum es una fuente adecuada de enzimas con actividad esterasa de gran influencia en el aroma de los alimentos.