Inmovilización de lacasas en nanopartículas de ZnO embebidas en resina acrílica impresa en 3D para la degradación de colorantes sintéticos

Abstract

La contaminación de efluentes acuáticos por colorantes sintéticos constituye un problema ambiental y de salud pública en aumento. Debido a su alta estabilidad química y molecular, estos compuestos persisten en el ambiente, ejerciendo efectos nocivos sobre los seres humanos, la flora y la fauna, especialmente la marina. A nivel toxicológico, se asocian con el desarrollo de enfermedades cancerígenas y genéticas, mientras que, en el plano ecosistémico, su presencia inhibe la fotosíntesis de algas y eleva la demanda química de oxígeno (DQO) en los cuerpos de agua, generando hipoxia letal para la vida acuática. Debido a esto, resulta imperativo buscar alternativas para la degradación de estos colorantes que no afecten al medio ambiente. Actualmente, existen metodologías fisicoquímicas para la degradación de colorantes, como el proceso oxidativo Fenton y la ozonización. Sin embargo, estos tratamientos suelen implicar un alto consumo energético y pueden generar subproductos químicos que son, a su vez, contaminantes. Como alternativa, las técnicas biocatalíticas, que emplean microorganismos o enzimas para la biotransformación de colorantes, representan una opción más sostenible. Estos métodos no suponen un costo energético adicional significativo, ya que se centran en mantener las condiciones óptimas para la actividad biológica. Entre las enzimas más prometedoras se encuentran las lacasas, las cuales ofrecen una ruta viable para la biotransformación de colorantes sin generar sustancias de mayor toxicidad. No obstante, la principal desventaja de las enzimas libres es su baja estabilidad operacional, pues pierden actividad tras pocos ciclos de uso. Para superar esta limitación, la inmovilización enzimática se ha consolidado como una estrategia clave para mejorar su durabilidad y facilitar su reutilización. Diversos reportes han demostrado que las nanopartículas son soportes óptimos para la inmovilización, mejorando la robustez de las enzimas e incluso beneficiando la catálisis. A pesar de estos avances, existe una brecha de conocimiento en el uso de resinas de impresión 3D como matrices para inmovilizar y embeber enzimas. Esta estrategia permitiría fabricar andamios con geometrías complejas y optimizadas para la catálisis, un área escasamente explorada. La impresión 3D ofrece, por tanto, una oportunidad para crear estructuras a medida que maximicen la eficiencia en los procesos de biotransformación. En este proyecto se propone la producción de enzimas lacasas recombinantes de Bacillus subtilis y Bacillus pumilus y su posterior inmovilización en materiales enriquecidos con nanopartículas de ZnO. Estos materiales se emplearán como insumos para la impresión de objetos tridimensionales mediante tecnología de estereolitografía (SLA). El objetivo final es desarrollar un material compuesto, con alta estabilidad y capacidad de reutilización, que sea eficaz en la degradación de colorantes sintéticos.