En los últimos años, la biocatálisis ha emergido como un pilar adicional en el desarrollo de procesos ambientalmente amigables. Las reacciones enzimáticas son atractivas ya que ocurren con gran selectividad y bajo condiciones moderadas de pH, temperatura, presión, etc. por lo que generalmente cumplen con los requisitos de la denominada "Química verde". Dentro de las enzimas que catalizan reacciones de interés en diversos campos (química fina, diagnóstico, biosensores, materiales, biorremediación, etc.) se encuentran las oxidoreductasas tales como deshidrogenasas (i.e. alcohol deshidrogenasa), oxidasas (i.e. peroxidasa, lacasa) y las oxigenasas (i.e. citocromo P450, peroxigenasa).

El objetivo general del grupo es el estudio y la utilización de enzimas para catalizar diversas reacciones de interés, tanto con fines de sintetizar compuestos de interés industrial como de degradación de contaminantes (biocatálisis ambiental). Nos interesa profundizar en los factores moleculares y estructurales que determinan la reactividad y estabilidad de las oxidoreductasas; usar esta información para el diseño de enzimas y/o biocatalizadores con propiedades mejoradas; y estudiar el desempeño de estas enzimas mejoradas en reacciones oxidativas de interés en diferentes campos (síntesis y transformación de polímeros, transformación de fármacos, degradación de contaminantes). Estas líneas de investigación las dirige la Dra. Marcela Ayala Aceves, en colaboración con la Dra. Clarita Olvera Carranza.

Adicionalmente la Dra. Clarita Olvera Carranza dirige líneas de investigación sobre polímeros biocompatibles, relacionadas con la identificación, producción y estudio del mecanismo de reacción de enzimas capaces de sintetizar polisacáridos complejos (como los glicosaminoglicanos,). También se estudian las aplicaciones que tienen estos polímeros en el área médico-farmacéutica, específicamente en la generación de micro- y nanopartículas, y la funcionalización de otros vehículos capaces de transportar biofármacos.

En el laboratorio tenemos un enfoque interdisciplinario, en donde trabajamos en biocatálisis combinando conceptos y técnicas de bioquímica y química de proteínas (enzimas), química, fisicoquímica, biología molecular y genómica. De manera más particular, nos enfocamos en la biodegradación de contaminantes y también en la síntesis de materiales (polímeros). Los diversos campos de aplicación requieren proteínas con diferentes propiedades las cuales pueden ser obtenidas de búsquedas en los genomas y metagenomas de organismos que viven en diversos ambientes. En el área ambiental se requiere un biocatalizador robusto y poco específico, capaz de transformar a una variedad de contaminantes, mientras que en el área de síntesis se requieren enzimas altamente específicas, para minimizar la generación de subproductos y residuos, con el fin de generar procesos económica y ambientalmente atractivos. Entre las herramientas que utilizamos para modular las propiedades de las enzimas que estudiamos se encuentran las herramientas teóricas y las experimentales, como por ejemplo: estudio QM-MM de la transferencia de electrones y la interacción del sustrato con el sitio activo de la enzima, simulaciones de dinámica molecular, así como la predicción de posiciones relevantes para la actividad y estabilidad; ingeniería de proteínas a través de mutaciones sitio dirigidas, ya sea partiendo de la información generada por los modelos computacionales o de la información que se tiene sobre el funcionamiento de la enzima; caracterización bioquímica, cinética y operacional de las enzimas; e inmovilización de enzimas para generar biocatalizadores reutilizables y estables.