Caracterización del potencial biotecnológico de lagunas de estabilización de PYMES lácteas usando metagenómica

Abstract

Debido a su composición, principalmente lactosa y proteínas, el lactosuero puede considerarse como materia prima para la elaboración de productos de mayor valor, mediante el uso de enzimas. Las β-galactosidasas son enzimas capaces de transformar la lactosa en galactooligosacáridos con actividad prebiótica. Por su parte, las proteasas son enzimas capaces de hidrolizar las proteínas del suero y liberar péptidos, que presentan una gran variedad de actividades, como antimicrobiana y antihipertensiva, entre otras. Las lagunas de estabilización facultativas son utilizadas por PyMES lácteas para el tratamiento de sus efluentes, entre los cuales se pueden encontrarse restos de suero. En estas lagunas, la comunidades microbianas son las encargadas de estabilizar la carga orgánica de los efluentes, combinando procesos aeróbicos y anaeróbicos. El presente trabajo plantea el estudio de las comunidades microbianas de dos sistemas de lagunas facultativas de PyMES lácteas del centro de la provincia de Santa Fe. Utilizando metagenómica, se reconstruyeron 110 genomas microbianos completos, entre los cuales se destacan 7 grupos taxonómicos que serían claves para sistemas facultativos, por su capacidad metabólica. Luego, se identificaron, clonaron y expresaron exitosamente un total de 5 beta-galactosidasas novedosas que mostraron actividad con orto-nitrofenil-β-galactósido y lactosa. Entre estas 5 enzimas, βgal5 mostró una actividad superior a la del resto de las enzimas expresadas y a la de otras enzimas similares de origen metagenómico. También se identifico, clono y expreso exitosamente una proteasa novedosa que mostró actividad proteasa sobre azocaseína y proteínas de leche. Estas enzimas novedosas representan candidatos de gran interés para procesos industriales.

Due to its composition, mainly lactose and proteins, whey can be considered as a source material of interest for the production of higher value products through the use of enzymes. β-galactosidases are enzymes capable of transforming lactose in galacto-oligosaccharides with prebiotic activity. On the other hand, proteases are enzymes that can hydrolyse whey proteins to obtain peptides with a wide range of biological activities, like antimicrobial or anti-hypertensive. Facultative stabilization ponds are common technology for the treatment of small dairy industries’ effluents. The microbial communities in these ponds are tasked with the degradation of all organic matter in the effluents, including remainders of whey, combining both aerobic and anaerobic processes. The present work present the study of two stabilization ponds systems of small dairy industries in Santa Fe province. Using metagenomics, we were able to reconstruct the genome of 110 microorganisms, including members of 7 different taxonomic groups that would be key for this kind of environment, due to their metabolic potential. We also identified, cloned and successfully expressed 5 novel β-galactosidases that showed activity with both ortho-nitrophenyl-β-galactoside and lactose. Among these 5 enzymes, βgal5 showed better activity levels than the rest of the expressed enzymes and other enzymes reported from metagenomes. Finally, we identified, cloned and successfully expressed a novel protease that was active with both azocasein and milk proteins. All these novel enzymes represent strong candidates to be applied on industrial processes.