Descripción

Nuestra investigación se centra principalmente en la ingeniería de enzimas mediante evolución dirigida y diseño computacional para una amplia gama de propósitos biotecnológicos; el desarrollo de herramientas de cribado biomolecular de alto rendimiento y métodos genéticos para la construcción y exploración de bibliotecas, así como estudios de biología sintética para aplicaciones ambientales y energéticas.

miguelalcaldelab

Líneas de investigación

1. Peroxigenasas fúngicas en química sintética

Las peroxigenasasas fúngicas son biocatalizadores altamente promiscuos cuya actividad selectiva mono(per)oxigenasa los hace extremadamente útiles para muchas aplicaciones de química sintética. Combinamos un amplio repertorio de métodos de creación de bibliotecas, análisis computacional y protocolos de cribado para dirigir su evolución con el fin de satisfacer a estos versátiles biocatalizadores con estándares industriales, abarcando desde la síntesis de agroquímicos hasta la producción rentable de compuestos farmacéuticos.

2. Ingeniería del secretoma ligninolítico

El consorcio enzimático ligninolítico secretado por hongos de pudrición blanca está compuesto principalmente por diferentes oxidoreductasas de alto potencial redox (lacacasas, peroxidasas, peroxigenasas y oxidasas que suministran H2O2) y su función natural es la degradación de la lignina durante la descomposición de la madera.

Este ejército degradador de lignina se sitúa en la primera línea de la química verde, con aplicaciones potenciales en la producción de biocombustibles de segunda generación, el bioblanqueo de la pulpa, el diseño de nanobiodispositivos (biosensores y células de biocombustibles), la síntesis orgánica o la biorremediación. En la última década hemos sometido este conjunto de enzimas a la evolución del laboratorio con el fin de adaptar diferentes propiedades de relevancia biotecnológica (por ejemplo, mejora de la cinética y los niveles de secreción, mejora de la estabilidad en una gama de pH y temperaturas, la adaptación a la presencia de entornos no naturales que van desde la sangre humana hasta los co-solventes orgánicos).

3. Evolución en laboratorio de las enzimas de hierro y azufre y portadores para la producción de isoprenoides

Los isoprenoides representan una vasta familia de productos naturales con un increíble número de usos prácticos, desde productos básicos como los biocombustibles y el caucho, hasta compuestos de alto valor como las fragancias y los productos farmacéuticos. Actualmente estamos estudiando la evolución dirigida de las enzimas y portadores de FeS dentro de las vías biosintéticas artificiales para la producción de una gama de isoprenoides para su uso como biocombustibles, solventes y fragancias.

4. Viajando de un lado a otro a lo largo de la escala temporal de la evolución

Existe un creciente interés en la reconstrucción y resurrección de proteínas ancestrales, viajando en el tiempo mediante análisis filogenéticos e inferencias ancestrales para recrear enzimas antiguas con mayor estabilidad y una promiscuidad de sustrato más amplia que la de sus contrapartes existentes. En nuestro laboratorio estamos tratando de encontrar la resurrección ancestral con la evolución dirigida en un impulso hacia biocatalizadores más versátiles.

De hecho, la interfaz entre la evolución natural y la artificial puede explorarse viajando de un lado a otro a lo largo de la línea de tiempo evolutiva con las enzimas existentes y ancestrales. Este enfoque se basa en la reespecialización enzimática y promete proporcionar una comprensión más profunda de los principios que subyacen a la evolución de las nuevas funciones a la vez que rescata actividades promiscuas y estabilidades latentes.

5. Saccharomyces cerevisiae como caja de herramientas biomoleculares para la evolución dirigida y los enfoques de la biología sintética

De los hospedantes heterólogos utilizados en experimentos de evolución en laboratorio, la levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae es el hospedante elegido para expresar proteínas eucariotas con propiedades mejoradas. S. cerevisiae no sólo permite la secreción de las enzimas mutantes sino que, gracias a su eficiente aparato de recombinación del ADN, nos permite utilizar una amplia gama de manipulaciones genéticas, desde la clonación in vivo hasta la creación de una mayor diversidad molecular.

Esta levadura proporciona un repertorio completo de soluciones a muchos cuellos de botella encontrados en biología sintética y experimentos de evolución dirigida. Continuamente estamos aprendiendo a seguir explotando esta maquinaria eucariótica para crear diversidad de ADN, así como para ensamblar vías sintéticas.

Personal

Jefa/e del Grupo

Miguel Alcalde Galeote  – email: malcalde@icp.csic.es

Personal del Grupo

Patricia Molina

Lucía García Ledo – email: lucia.garcia@csic.es

Ivan Mateljak

Javier Viña

Bernardo Gómez

Eva García – email: lucia.garcia@csic.es

Patricia Gómez de Santos

Publicaciones/Patentes

PUBLICACIONES

5. Rodríguez-Buey, M., Garcia-Ruiz, M., Martin-Diaz, J., Santos-Moriano, P.C., Molina-Espeja, M., Garcia-Ruiz, E., Plou, F.J., and Alcalde, M. Modified unspecific peroxygenase and uses thereof. EP17382151.3 (REPSOL).                                                     

4. Molina-Espeja, P., Plou, F.J. and Alcalde, M. Unspecific peroxygenase mutants with high monooxygenase activity and their applications. WO/2017/081355 (National phases in EU and USA, license agreement to EvoEnzyme SL).

3. Alcalde M., Maté, D., González-Perez, D., Pita, M., de Lacey, A., Ludwig, R., and Kittl, R. High redox potential laccase active in blood by directed evolution. P201330222. PCT/ES2014/070113.

2. Mate, D., Valdivieso U., Fernández, L. and Alcalde, M. Laccase with high redox potential. WO/2011/144784.

1. García-Ruiz, E., Martínez, M.J., Dueñas, J., Martínez, A.T. and Alcalde, M. High redox potential peroxidases designed by directed evolution. WO/2010/130862.

PATENTES

5. Rodríguez-Buey, M., Garcia-Ruiz, M., Martin-Diaz, J., Santos-Moriano, P.C., Molina-Espeja, M., Garcia-Ruiz, E., Plou, F.J., and Alcalde, M. Modified unspecific peroxygenase and uses thereof. EP17382151.3 (REPSOL).                                                     

4. Molina-Espeja, P., Plou, F.J. and Alcalde, M. Unspecific peroxygenase mutants with high monooxygenase activity and their applications. WO/2017/081355 (National phases in EU and USA, license agreement to EvoEnzyme SL).

3. Alcalde M., Maté, D., González-Perez, D., Pita, M., de Lacey, A., Ludwig, R., and Kittl, R. High redox potential laccase active in blood by directed evolution. P201330222. PCT/ES2014/070113.

2. Mate, D., Valdivieso U., Fernández, L. and Alcalde, M. Laccase with high redox potential. WO/2011/144784.

1. García-Ruiz, E., Martínez, M.J., Dueñas, J., Martínez, A.T. and Alcalde, M. High redox potential peroxidases designed by directed evolution. WO/2010/130862.