cianoficina

La cianoficina (CGP) es un biopolímero proteinogénico de los dipéptidos β-Asp-Arg producidos naturalmente por la cianobacteria, una bacteria gram-negativa, llamada anteriormente «algas verde-azuladas» que se diferencia de todas las demás bacterias por su fotosíntesis oxigenada. El CGP está compuesto principalmente por dipéptidos de arginina aspartada y se sintetiza por una sola enzima, la cianoficina-sintetasa (CphA), a través de la biosíntesis de proteínas no ribosomales. Dado que la conformación ramificada de la CGP difiere sustancialmente de la estructura terciaria de las proteínas, la CGP no puede ser degradada por las proteasas comunes. Su degradación está restringida a una clase especial de enzimas, las cianoficinasas, que se producen exclusivamente en las bacterias1. Allí, sirve como almacenamiento transitorio de nitrógeno, carbono y energía2. El CGP puede ser visto como un precursor para varias aplicaciones en la industria química. Puede sustituir a los poliacrilatos y a los plásticos a base de poliamida3. También puede aplicarse para la producción de alimentos y suplementos alimenticios de alto valor nutritivo4.

Al introducir el gen cphA de varias bacterias, la producción de CGP ya se ha establecido en diferentes bacterias, levaduras y plantas de tabaco con rendimientos de hasta el 40%, 21% y 9,4% de peso seco (dw), respectivamente. No obstante, los sistemas de cultivo celular basados en levaduras no son adecuados para la síntesis a gran escala, ya que son limitados en cuanto a escalabilidad, productividad y costo5, mientras que el cultivo de tabaco puede ampliarse fácilmente utilizando la infraestructura agrícola existente y producir biomasa de manera rentable y sin emisiones de CO2. Las diversas moléculas de CGP que se han producido a partir de diversas plantas y microorganismos, como tales, no han sido sometidas a prueba en cuanto a sus propiedades estructurales. Estas propiedades podrían ser similares a las del poliaspato. Por lo tanto, ninguna de ellas fue traducida a un sistema de producción industrial o llevada al mercado hasta ahora. Probaremos el potencial del CGP como biopolímero en aplicaciones individuales, pero también en mezclas con otros biopolímeros como el almidón, la celulosa, el PLA y el PHA.

1 (Sallam and Steinbüchel 2011; Law et al 2009): Sallam A, Steinbüchel A. Biotechnological production of cyanophycin dipeptides. Patent US 8980845 B2. 2011 and Law AM, Lai SWS, Tavares J, Kimber MS. The Structural Basis of β-Peptide-Specific Cleavage by the Serine Protease Cyanophycinase. Journal of Molecular Biology 2009;392:393-404.

2 Ziegler et al (1998): Ziegler K, Diener A, Herpin C, Richter R, Deutzmann R, Lockau W. Molecular characterization of cyanophycin synthetase, the enzyme catalyzing the biosynthesis of the cyanobacterial reserve material multi- L-arginyl-poly- L-aspartate (cyanophycin). European Journal of Biochemistry 1998;54:154-159.

3 Börnke and Broer 2010; Mooibroek et al 2007: Börnke F, Broer I. Tailoring plant metabolism for the production of novel polymers and platform chemicals. Current Opinion in Plant Biology 2010;13:353-361; Mooibroek H, Oosterhuis N, Giuseppin M, Toonen M, Franssen H, Scott E, et al. Assessment of technological options and economical feasibility for cyanophycin biopolymer and high-value amino acid production. Applied Microbiology and Biotechnology 2007;77:257-267.

4 Sallam and Steichnuchel 2009, 2010; Santos et al 2012: Sallam A, Steinbuchel A. Cyanophycin-degrading bacteria in digestive tracts of mammals, birds and fish and consequences for possible applications of cyanophycin and its dipeptides in nutrition and therapy. J Appl Microbiol 2009;107:474-484.; Sallam A, Steinbuchel A. Dipeptides in nutrition and therapy: cyanophycin-derived dipeptides as natural alternatives and their biotechnological production. Appl Microbiol Biotechnol 2010;87:815-828; Santos S, Torcato I, Castanho MARB. Biomedical applications of dipeptides and tripeptides. Peptide Science 2012;98:288-293.

5 Ma JKC, Drake PMW, Christou P: The production of recombinant pharmaceutical proteins in plants. Nat Rev Genet 2003, 4:794-805. Merlin M, Gecchele E, Capaldi S, Pezzotti M, Avesani L: Comparative evaluation of recombinant protein production in different biofactories: The green perspective. BioMed Research International 2014, 2014. Sabalza M, Christou P, Capell T: Recombinant plant-derived pharmaceutical proteins: current technical and economic bottlenecks. Biotechnology Letters 2014, 36:2367-2379.