La obesidad es actualmente la enfermedad metabólica con mayor prevalencia a nivel mundial. La organización Mundial de la Salud (OMS) estima que más de mil millones de personas padecen algún tipo de sobrepeso u obesidad. La búsqueda de enfoques alternativos en la lucha contra esta enfermedad cuyas consecuencias son la alta incidencia de diabetes y enfermedades cardiovasculares, entre otras, se vuelve cada vez más importante. Esto ha provocado que un amplio número de medicamentos, alimentos y diversos productos enfocados a combatir la obesidad estén siendo desarrollados, al mismo tiempo que se abordan otras medidas como el cambio en la dieta, un aumento en la actividad física e inclusive la cirugía bariátrica (también llamado bypass gástrico) bajo condiciones de obesidad extrema. En este sentido es que los isómeros bioactivos del ácido linoleico conjugado (ALC) (10-trans, 12-cis y 9-cis, 11-trans), han recibido considerable atención debido a sus potenciales beneficios en la reducción de grasa corporal al tiempo que estimula la formación de masa muscular. Este ácido es el resultado de la biotransformación (isomerización) del ácido linoleico, por cepas de microorganismos procedentes de animales rumiantes. Sin embargo, se ha encontrado también que otros microorganismos (entre ellos bacterias lácticas) pueden realizar esta bioisomerización bajo condiciones inocuas, sencillas y con mayores rendimientos. Para lograr la producción económica comercial de isómeros bioactivos de ALC es necesario llegar a conocer con detalle a la proteína responsable de dicha transformación, la Ácido linoleico isomerasa. Debido a esto es que en el presente proyecto se plantea la caracterización bioquímica y estructural de la enzima Ácido linoleico isomerasa de Lactobacillus plantarum, que es una bacteria láctica inocua y fácilmente cultivable; así como también la determinación del mecanismo de la misma, para la producción selectiva de isómeros bioactivos de ácido linoleico conjugado.

El gran interés en el estudio del sistema enzimático con actividad de ácido linoleico isomerasa y sus productos bioactivos tiene el propósito de abarcar principalmente dos áreas: La primera es contribuir a la solución de un problema real y económicamente grave en México, que es el tema de incidencia de obesidad. Como ya se mencionó previamente, los isómeros bioactivos del ALC tienen el potencial necesario para ser utilizados en el tratamiento de esta enfermedad. Nuestra contribución al estudiar la producción de estas moléculas por vía enzimática es establecer una alternativa selectiva y eficiente a la síntesis química (tal y como se realiza actualmente) utilizando además un microorganismo inocuo, probiótico, fácilmente cultivable y con alto rendimiento de biomasa. En adición a esto, en nuestro grupo de trabajo se ha encontrado hasta el momento que el sistema enzimático de Lactobacillus plantarum presenta mayor actividad específica que la reportada en la isomerasa de Clostridium sporogenes (3229.93 U/mg vs 239 U/mg) lo que hace a nuestro sistema en estudio único y con un alto potencial de aplicación biotecnológica (Peng et al, 2007). Finalmente importante hacer notar que, la poca información de ácido linoleico isomereasas que se tiene hasta ahora proviene de microorganismos ya sea patógenos (como Propionibacterium acnes) o bien difíciles de cultivar debido a que son anaerobios estrictos (como Butyrivibrio fibrisolvens y Clostridium sporogenes) así que el aislamiento y purificación de esta enzima en Lactobacillus plantarum, tiene mayor ventaja en cuanto al manejo del microorganismo y debido a esto representa una fuente óptima de obtención de isómeros bioactivos para su comercialización industrial. La segunda área que pretende abarcar de este proyecto es el estudio sistemático de proteínas integrales a membranas (PIM) tal y como lo es al menos un componente del sistema enzimático con actividad de ácido linoleico isomerasa de Lactobacillus plantarum. Este tipo de proteínas se definen como estructuras que tienen asociación directa con una membrana celular. Esto implica la existencia de motivos estructurales embebidos en la membrana e interactuando con los lípidos. A estos se les denomina “fragmentos transmembranales” que están constituidos por áreas o superficies hidrofóbicas de diferentes tamaños. Debido a esta importante característica, se dice que las PIM son básica e intrínsecamente insolubles en los amortiguadores acuosos que se utilizan usualmente en la purificación y caracterización de proteínas solubles o hidrofílicas (Lodish et al, 2005). El principal problema a enfrentar en el estudio de una PIM es su extracción de la membrana que la contiene ya que al remover o romper la membrana y liberar las PIM embebidas (proceso que se realiza en amortiguadores acuosos) tienden a formar oligómeros por afinidad de superficies hidrofóbicas (efecto hidrofóbico) y en la mayoría de los casos se desestabilizan y agregan observando precipitados como consecuencia. Esto impide el estudio y caracterización de la mayoría de las PIM. Actualmente resulta imperativo el entendimiento de la relación estructura/actividad de muchas proteínas integrales de membrana ya que juegan papeles de suma importancia en cuanto a funciones como al transporte e intercomunicación celular y transducción de señales; así que estas proteínas son el objetivo y clave en el tratamiento de varias enfermedades (Cao et al, 2010). Sin embargo de las 78,992 estructuras proteícas depositadas en el Banco de Datos de Proteínas (PDB) hasta el día de hoy, únicamente 70 corresponden a PIM, lo que reafirma la necesidad de conocer mas a cerca estas proteínas con funciones tan importantes. Para poder caracterizar PIM, es imperativo el uso de agentes tensoactivos que permitan la solubilización, la estabilización y el estudio en disoluciones acuosas, incluyendo estudios de cristalización (Le Marie et al, 2000). Sin embargo para el uso correcto de un tensoactivo para una PIM determinada, es necesario conocer lo mas a fondo posible las causas y efectos de la formación de un complejo PIM-tensoactivo (mecanismo de perturbación de membrana, concentración efectiva, fisicoquímica del complejo, etc) así como asegurar la conservación tanto de la estructura nativa como de las propiedades funcionales de la proteína (Jones, 1999). Cabe mencionar que aunque este aspecto parece simple a primera vista, en realidad resulta muy complejo. Finalmente es destacado indicar que en México actualmente no existe una línea formal de investigación que tenga por objetivos el estudio y caracterización fisicoquímica y estructural de PIM, así que al iniciar estudios de este tipo con la ácido linoleico isomerasa se abre un área muy vasta e importante para en el estudio de la química de proteínas.