Roberto Castellanos Cabrera

Starch-degrading enzymes are key biocatalysts in industrial applications, particularly when derived from thermophilic microorganisms with potential to operate under elevated temperatures. In this study, three recombinant starch-degrading enzymes were heterologously produced, purified, and biochemically characterized: an α-amylase from Geobacillus kaustophilus, and an α-glucosidase and a type I pullulanase from Geobacillus sp. G4, a thermophilic strain isolated from a geothermal field in southern Peru. The three enzymes were successfully expressed in soluble form in Escherichia coli and purified by one-step affinity chromatography. Biochemical characterization showed that α-glucosidase and α-amylase displayed optimum activity at pH 6–7, whereas pullulanase exhibited a broader pH profile, retaining high activity up to pH 9. All three enzymes reached maximum activity at 60 °C, although their thermal stability profiles differed markedly, with pullulanase showing the highest thermostability. Metal ion assays revealed enzyme-dependent effects, with pullulanase being stimulated by Ca²⁺ and Mg²⁺, while α-amylase and α-glucosidase showed limited responses to divalent ions. Kinetic analysis using soluble potato starch indicated that α-amylase had the most favorable catalytic profile, with the lowest K_m and the highest catalytic efficiency among the three enzymes. Functional hydrolysis assays demonstrated that all enzymes were active on soluble starch and pretreated potato peel, while the enzymatic mixture consistently released the highest concentration of reducing sugars. These results expand the biochemical knowledge of thermophilic amylolytic enzymes from Geobacillus and support their potential use in future enzymatic systems for the conversion of starch-rich residues.

Residual lignin generated by pulp, paper, and biorefining industries is commonly burned for energy, despite its potential as a renewable source of aromatic compounds. Studies focusing on microbial lignin degradation contribute to lignin valorization and represent a sustainable strategy to enhance biomass circularity. Here, we report the isolation of Klebsiella sp. IL2_9 from a ruminal consortium and demonstrate its ability to degrade and metabolize organosolv lignin. After 24 h of cultivation, the strain removed 22% of the initial lignin content. FTIR analysis revealed alterations in functional groups associated with guaiacyl and syringyl units, indicating structural modification of the polymer. GC–MS analyses further showed the consumption of lignin-derived aromatics, including vanillin, 2-aminobenzoic acid, and 4-hydroxybenzoic acid, along with the formation of vanillyl alcohol and phenyllactic acid derivatives. Overall, these findings highlight the potential of Klebsiella sp. IL2_9 as a promising biotechnological candidate for lignin valorization under anaerobic conditions.

The genome of Geobacillus sp. G4, a thermophilic bacterium isolated from a geothermal field in Peru, was sequenced and analyzed to evaluate its taxonomic and biotechnological potential. This strain exhibits optimal growth at temperatures between 50 and 70 °C and at a pH range of 6.0–7.5. Phenotypic assays demonstrated extracellular enzymatic activities, including amylases, cellulases, pectinases, and xylanases, highlighting its potential for efficient polysaccharide degradation. The assembled genome comprises approximately 3.4 Mb with a G+C content of 52.59%, containing 3,490 genes, including coding sequences, rRNAs, and tRNAs. Functional annotation revealed genes associated with key metabolic pathways such as glycogen and trehalose biosynthesis, indicating adaptation to carbohydrate-rich environments. Phylogenetic analyses based on ANI and dDDH values identified Geobacillus thermoleovorans KCTC3570 as its closest relative, suggesting a strong evolutionary relationship. Additionally, the genome harbors gene clusters for secondary metabolites such as betalactone and fengycin, suggesting potential industrial and pharmaceutical applications, including bioremediation. The identification of antibiotic resistance genes, specifically those conferring glycopeptide resistance, underscores their relevance for antimicrobial resistance studies. The presence of enzymes like amylases and pullulanase further emphasizes its biotechnological potential, particularly in starch hydrolysis and biofuel production. Overall, this research highlights the significant potential of Geobacillus species as valuable sources of thermostable enzymes and biosynthetic pathways for industrial applications.

We report the draft genome sequence of Geobacillus sp. strain G4, isolated from a hot spring in the Calientes geothermal field, Tacna, Peru. The genome was assembled into 164 contigs, totaling 3,362,411 bp, with an N50 value of 236,119 bp and a guanine-cytosine (GC) content of 52.59%.

El estudio sobre la biolixiviación de metales a partir de minerales es una necesidad para mejorar el proceso de recuperar metales preciados y obtener mayores beneficios. El objetivo fue determinar en cuatro reactivaciones sucesivas, la velocidad específica de crecimiento y estabilidad de consorcios microbianos obtenidos de la planta de lixiviación de la empresa minera Southern Cooper Corporation (SCC) en Toquepala, Tacna - Perú. Los consorcios M-1, M-2, M-5, M-6 y BF-7 fueron obtenidos de la calcopirita de las pilas de lixiviación; y los PLS-3, PLS-4 e ILS-8 de las soluciones líquidas lixiviadas. El medio líquido de cultivo utilizado fue el 9K modificado. Los consorcios tuvieron cuatro reactivaciones sucesivas en el medio 9K, por triplicado, a temperatura ambiente durante 15 días y con aireación de 1vvm. Los recuentos microbianos, obtenidos cada ocho horas en la cámara de conteo Petroff-Hausser, fueron convertidos a la escala logarítmica decimal para obtener la cinética de crecimiento, utilizando el modelo Malthusiano, que determinó la constante de velocidad K en la fase logarítmica, y el modelo Gompertz para la curva de crecimiento microbiano. Los consorcios de muestras sólidas y de biofilm tuvieron una adaptación más rápida, comparados con los provenientes de las muestras líquidas de PLS e ILS, que mostraron una concentración microbiana inactiva en sus inicios. Todos los consorcios, después de la primera reactivación, evidenciaron velocidades de crecimiento más altas. Las muestras M-6 y BF-7 de biofilm tuvieron los microrganismos más activos y la muestra BF-7 fue la más estable durante las cuatro reactivaciones, por lo cual es la muestra indicada para continuar con estudios de aplicación, como inóculo y aislamiento de microorganismos, para la optimización de los procesos de biolixiviación.

La arsenopirita es una fuente mineral para la recuperación de oro puro, sobre ella se emplea la biooxidación, tecnología muy poco estudiada y aplicada en nuestro país a pesar que es de bajo costo, eficiente y amigable con el ambiente. Este trabajo tuvo como objetivo evaluar el grado de biooxidación en dos diferentes concentraciones de arsenopirita por cultivos microbianos de colección que previamente fueron adaptados al 1 % de arsenopirita en el medio de cultivo 0K. La arsenopirita se tamizó en un tamice Tyler menor de 200 y se agregó en concentraciones de 8 y 12 % en los biorreactores que contuvieron 700 ml de medio fermentativo (630 ml de medio de cultivo esterilizado con 70 ml de inóculo microbiano). El inóculo estuvo formado por suspensiones de un cultivo microbiano puro y de uno mixto (dos cultivos puros). La incubación se desarrolló a temperatura de ambiente durante 288 horas con aireación. Se evaluó el crecimiento microbiano, pH, hierro total, hierro II, hierro III y la formación de biofilm sobre la superficie de la arsenopirita. Se determinó que el cultivo microbiano mixto actuando sobre la arsenopirita al 8 % produjo el mayor grado de biooxidación correspondiente a una producción de 8197.7 mg L-1 de hierro III.

En esta investigación se tuvo como objetivo la separación de tinta de papel impreso de oficina utilizando un microbio termófilo amilolítico. Se evaluó los parámetros óptimos de pH, temperatura, concentración de enzima y de papel impreso para una máxima separación de tinta por la actividad amilolítica de Geobacillus thermoparaffinivorans procedente de los géiseres de Tacna, Perú. Las amilasas fueron incubadas a 6 de pH, 70 ºC, 1% de concentración de papel y 20 % de concentración de enzima. Se obtuvo una separación de tinta máximo del papel impreso de oficina de 0.570 mg ml-1 a los 40 minutos con una máxima concentración de azúcares reductores de 0.275 mg ml-1 a los 100 minutos.

Los microorganismos son una fuente potencial de enzimas. Las bacterias termófilas producen enzimas termoestables, como las pectinasas, que permiten obtener una serie de productos que hidrolizan pectinas, heteropolisacáridos, componentes principales de la capa media de la pared celular de la piel de los cítricos (naranjas, limones y mandarinas), manzanas, melocotones y otros vegetales. El cultivo bacteriano productor de pectinasas se seleccionó de bacterias aisladas de géiseres de aguas termales. Las muestras se sembraron en medio líquido y sólido, se incubaron a 60 °C durante 24 a 48 horas respectivamente, observándose halos de hidrólisis como indicativos de producción de pectinasa. Las bacterias que formaron los halos se sembraron en medio de producción de pectinasas, evaluando su actividad enzimática y producción de proteínas. Se aislaron veinte cultivos bacterianos gram positivos, de los cuales 12 fueron productores de pectinasas, siendo el cultivo LBE-P4 el de mayor actividad enzimática con 0.154 U/ml y 0.069 mg/ml de proteínas totales, que fue identificado molecularmente como Geobacillus kaustophilus LBE-P4.

Para esta investigación, se estudió la cinética de la enzima celulasa producida por la bacteria Bacillus sp GCB-13, aislada de los géiseres de Candarave. La bacteria alcanzó una fase logarítmica a partir de las 24 horas de incubación. La producción enzimática fue desarrollada usando CMC como sustrato, determinándose la concentración de azúcares reductores mediante el método del Ácido Dinitrosalicílico (DNS) y la evaluación de proteínas totales con el método de Bradford. El extracto enzimático crudo obtenido fue aplicado sobre sustratos lignocelulósicos naturales como tallos y hojas del geranio (Pelargonium x hortorum), y sobre sustratos sintéticos como papel bond y Carboximetilcelulosa (CMC), para evaluar su potencial de degradación. Es así que se obtuvieron los valores de azúcares reductores de 3.499 mg/ml; 0.116 mg/ml, 0.083 mg/ml y 0.593 mg/ml. Los parámetros cinéticos fueron calculados empleando la ecuación de Eadie-Hofstee, obteniendo un valor de Km y V de 3.43 μM de CMC y 0.012 máx mg/ml.min, respectivamente. Finalmente, se evaluaron las actividades enzimáticas a diferentes valores de pH y temperaturas, correspondiendo los mayores niveles de actividades de 4.4 U/ml a 45 °C a pH 7.0, 3.04 U/ml a 45 °C a pH 5.0 y 3.6 U/ml a 45 °C a pH 10.