Aprendiendo de la naturaleza: La biosíntesis de la cianobacterina abre una nueva clase de compuestos naturales para aplicaciones en medicina
Los investigadores de los grupos del profesor Tobias Gulder, de la Universidad Técnica de Dresde, y de la profesora Tanja Gulder, de la Universidad de Leipzig, han logrado comprender los mecanismos biosintéticos para la producción del producto natural cianobacterina, que en la naturaleza es producido en pequeñas cantidades por la cianobacteria Scytonema hofmanni. En el proceso, también descubrieron una nueva clase de enzimas para construir enlaces carbono-carbono. De este modo, los (bio)químicos están ampliando considerablemente el repertorio biocatalítico que se conoce actualmente en la Naturaleza y están abriendo nuevas aplicaciones biotecnológicas sostenibles en medicina y agricultura.
Fermentación de cianobacterias en un fotobiorreactor en la TU Dresden
Prof. Tobias Gulder
Los resultados de la colaboración se han publicado ahora en la revista Nature Chemical Biology.
El hecho de que la Naturaleza sea una excelente química queda demostrado por la abundancia de moléculas, los llamados productos naturales, que produce biosintéticamente. Estos productos naturales también tienen una importancia fundamental para nosotros, los humanos. Se utilizan de muchas maneras en nuestra vida cotidiana, especialmente como agentes activos en la medicina y la agricultura. Algunos ejemplos destacados son los antibióticos, como las penicilinas aisladas de los mohos, el fármaco anticanceroso Taxol, procedente del tejo del Pacífico, y las piretrinas, presentes en los crisantemos, que se utilizan para combatir las plagas. El conocimiento y la comprensión del ensamblaje biosintético de estos compuestos por parte de la Naturaleza es esencial para el desarrollo y la producción de fármacos basados en ellos. En este contexto, los investigadores de los grupos del Prof. Tobias Gulder (TU Dresden) y la Prof. Tanja Gulder (Universidad de Leipzig) investigaron conjuntamente la biosíntesis de la cianobacterina, que es altamente tóxica para los organismos fotosintéticos y es producida en pequeñas cantidades en la Naturaleza por la cianobacteria Scytonema hofmanni. En su trabajo, los (bio)químicos no sólo pudieron dilucidar la biosíntesis del producto natural por primera vez, sino que también descubrieron una novedosa transformación enzimática para la formación de enlaces carbono-carbono.
Este trabajo fue posible gracias a la combinación de modernas herramientas de bioinformática, biología sintética, enzimología y análisis (bio)químico. La atención se centró en cómo se produce la parte central del esqueleto de carbono de las cianobacterias. Los genes putativos para ello se clonaron primero por el método de "clonación directa de vías" (DiPaC) y luego se activaron en el organismo modelo E. coli como fábrica celular. DiPaC es un nuevo método de biología sintética desarrollado previamente en el laboratorio de Tobias Gulder, catedrático de Bioquímica Técnica de la Universidad Técnica de Dresde. "DiPaC nos permite transferir vías biosintéticas completas de productos naturales a sistemas anfitriones recombinantes de forma muy rápida y eficiente", explica Tobias Gulder. En el siguiente paso, el equipo de investigación analizó los pasos individuales esenciales de la biosíntesis de cianobacterias produciendo adicionalmente todas las enzimas clave en el organismo huésped E.coli, aislándolas e investigando después la función de cada enzima. En el proceso, dieron con una clase de enzimas hasta entonces desconocida, denominada furanolida sintasa. Éstas son capaces de catalizar la formación de enlaces carbono-carbono siguiendo un mecanismo inusual. En estudios posteriores de estas furanolido sintasas, estas enzimas demostraron ser eficaces biocatalizadores in vitro, lo que las hace muy atractivas para aplicaciones biotecnológicas.
"Con las furanólidos sintasas, hemos obtenido una herramienta enzimática que nos permitirá desarrollar en el futuro métodos más respetuosos con el medio ambiente para la producción de compuestos bioactivos y, por tanto, realizar importantes contribuciones a una química más sostenible", explica la profesora Tanja Gulder, del Instituto de Química Orgánica de la Universidad de Leipzig. A continuación, los dos equipos de investigación quieren buscar específicamente estos novedosos biocatalizadores también en otros organismos, y así encontrar nuevos miembros bioactivos de esta clase de productos naturales, así como desarrollar métodos para la producción biotecnológica y la diversificación estructural de las cianobacterias. "Nuestro trabajo allana el camino para el desarrollo integral de una clase de productos naturales apasionante para aplicaciones en medicina y agricultura", coinciden los dos científicos.
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