La biosíntesis de cianobacterina abre una nueva clase de compuestos naturales para aplicaciones en medicina y agricultura

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 la comprensión del ensamblaje biosintético de tales compuestos por naturaleza es esencial para el desarrollo y producción de fármacos basados ​​en dichos 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 Scytonema 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 ruta directa» (DiPaC) y luego se activaron en el organismo modelo E. coli como una 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, aislándolas y luego investigando la función de cada enzima. En el proceso, se encontraron con una clase de enzimas previamente desconocidas llamadas furanolida sintasas. Estos son capaces de catalizar la formación de enlaces carbono-carbono siguiendo un mecanismo inusual. En estudios posteriores de estas furanolida sintasas, estas enzimas demostraron ser biocatalizadores in vitro eficientes, lo que las hace muy atractivas para aplicaciones biotecnológicas.

«Con las furanolida sintasas, hemos obtenido una herramienta enzimática que nos permitirá desarrollar métodos más ecológicos para la producción de compuestos bioactivos en el futuro y, por lo tanto, realizar contribuciones significativas a una química más sostenible», explica la profesora Tanja Gulder de la Instituto de Química Orgánica de la Universidad de Leipzig.

A continuación, los dos equipos de investigación quieren buscar específicamente estos biocatalizadores novedosos también 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.

La investigación fue publicada en naturaleza química biología.