Los investigadores de los grupos del Prof. Tobias Gulder de TU Dresden y la Prof. 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. Los (bio)químicos están ampliando significativamente el repertorio biocatalítico actualmente conocido de la naturaleza y están abriendo nuevas aplicaciones biotecnológicas sostenibles en medicina y agricultura. Los resultados de la colaboración se han publicado ahora en la revista Naturaleza Química Biología.
El hecho de que la Naturaleza es un excelente químico se demuestra por la abundancia de moléculas, los llamados productos naturales, que produce biosintéticamente. Estos productos naturales también son de vital importancia para nosotros los humanos. Se utilizan de muchas formas en nuestra vida cotidiana, especialmente como agentes activos en medicina y agricultura. Ejemplos destacados son los antibióticos como las penicilinas aisladas de mohos, el fármaco contra el cáncer Taxol del tejo del Pacífico y las piretrinas que se encuentran en los crisantemos, que se utilizan para combatir las infestaciones de plagas. El conocimiento y comprensión del ensamblaje biosintético de tales compuestos por parte de la Naturaleza es esencial para el desarrollo y producción de fármacos basados en tales compuestos. 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 se produce en pequeñas cantidades en la Naturaleza por la cianobacteria Scitonema hofmanni. En su trabajo, los (bio)químicos no solo pudieron dilucidar por primera vez la biosíntesis del producto natural, sino que también descubrieron una nueva transformación enzimática para la formación de enlaces carbono-carbono.
Este trabajo fue posible gracias a la combinación de herramientas modernas de bioinformática, biología sintética, enzimología y análisis (bio)químicos. La atención se centró en cómo se produce la parte central del esqueleto de carbono de la cianobacterina. Los genes putativos para esto se clonaron primero mediante el método de «Clonación de vía directa» (DiPaC) y luego se activaron en el organismo modelo. E. coli como fábrica de células. DiPaC es un nuevo método de biología sintética desarrollado previamente en el laboratorio de Tobias Gulder, profesor de bioquímica técnica en TU Dresden. «DiPaC nos permite transferir rutas biosintéticas de productos naturales completos a sistemas huésped recombinantes de manera muy rápida y eficiente», explica Tobias Gulder. En el siguiente paso, el equipo de investigación analizó los pasos individuales esenciales de la biosíntesis de cianobacterinas mediante la producción adicional de todas las enzimas clave en el organismo huésped. E. coli, aislándolos y luego investigando la función de cada enzima. En el proceso, encontraron una clase previamente desconocida de enzimas llamadas furanolida sintasas. Estos son capaces de catalizar la formación de enlaces carbono-carbono siguiendo un mecanismo inusual. En estudios posteriores de estos furanolida sintasasestas enzimas demostraron ser eficientes in vitro biocatalizadores, haciéndolos muy atractivos para aplicaciones biotecnológicas.
«Con el furanolida sintasashemos obtenido una herramienta enzimática que nos permitirá desarrollar métodos más respetuosos con el medio ambiente para la producción de compuestos bioactivos en el futuro y, por lo tanto, hacer contribuciones significativas a una química más sostenible», explica la profesora Tanja Gulder del Instituto de Química Orgánica de Universidad de Leipzig A continuación, los dos equipos de investigación quieren buscar específicamente estos nuevos biocatalizadores en otros organismos y, por lo tanto, encontrar nuevos miembros bioactivos de esta clase de productos naturales, así como desarrollar métodos para la producción biotecnológica y la diversificación estructural de la cianobacterina. «Nuestro trabajo allana el camino para el desarrollo integral de una emocionante clase de productos naturales para aplicaciones en medicina y agricultura», coinciden los dos científicos.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Technische Universität Dresde. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
