Un nuevo proceso químico facilita la creación de aminoácidos que no existen en la naturaleza
Todas las proteínas del cuerpo están formadas por los mismos 20 componentes básicos llamados aminoácidos. Pero que la naturaleza disponga de un conjunto limitado de herramientas no significa que el ser humano no pueda ampliarlo.
El profesor de la Universidad de Pittsburgh Pent Liu y el investigador Binh Khanh Mai han desarrollado aminoácidos nunca vistos.
University of Pittsburgh/Tom Altany
Un estudio publicado en Science por un equipo de químicos de Pitt describe una nueva y poderosa forma de crear aminoácidos "no naturales", que podrían utilizarse en terapias basadas en proteínas y abrir nuevas ramas de la química orgánica.
"Se trata de una transformación completamente nueva: nueva para la naturaleza y nueva para la química", afirma Peng Liu, catedrático de Química de la Facultad de Artes y Ciencias Kenneth P. Dietrich y autor del artículo. "Decirle a una enzima que cree una configuración no natural de un aminoácido es inusual, y hay que hacerlo con una cuidadosa bioingeniería".
Si se cambia una sola pieza de una proteína más grande, se puede alterar su forma y su función, por lo que los aminoácidos no naturales prometen abrir la puerta a nuevos tipos de terapias, como los antibióticos o los inmunosupresores que utilizan proteínas o sus primos más pequeños.
Sin embargo, crear este tipo de moléculas en el laboratorio es un proceso oneroso y de múltiples pasos: Los trozos de aminoácido que se enlazan entre sí para formar una cadena proteica deben protegerse mientras los investigadores transforman químicamente el resto de la molécula. Sin embargo, la reacción descrita en el nuevo artículo es más sencilla y eficaz, y ofrece a los químicos un nivel de control sin precedentes sobre la orientación de los grupos de átomos en la molécula resultante.
También emplea una herramienta química, una enzima PLP, de una forma poco habitual. Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones; normalmente, incluso cuando se alteran sus funciones mediante bioingeniería, lo único que pueden hacer es acelerar procesos químicos conocidos que los químicos podrían lograr de otras formas, aunque más lentas. Pero combinada con un catalizador molecular sensible a la luz, la enzima de esta nueva reacción puede conseguir mucho más que eso.
"Se puede argumentar que las enzimas de bioingeniería son más eficaces que los catalizadores de moléculas pequeñas, pero catalizan la misma reacción", explica Liu, en la foto de la derecha. "Pero ésta es una reacción totalmente nueva. Simplemente no existía antes".
El grupo de Liu utiliza simulaciones por ordenador para descifrar la intrincada danza que tiene lugar en una reacción química a nivel de átomos y electrones, añadiendo el "por qué" al "qué" descubierto por los grupos que realizan experimentos. Para este trabajo, Liu y el investigador postdoctoral de Pitt Binh Khanh Mai, a la izquierda, trabajaron con un equipo de investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara dirigido por Yang Yang - una colaboración que ha sido fuerte desde 2014, cuando Yang pasó un verano en el laboratorio de Liu como estudiante graduado visitante.
Liu y Mai se sumergieron en los datos proporcionados por el grupo de Yang para entender cómo y por qué se produjo la reacción, descifrando los pasos intermedios que son invisibles para los químicos. En un paso que el dúo analizó con especial atención, un electrón tiene que recorrer una distancia inusualmente larga en su camino entre dos moléculas. "Tuvimos que modelizar cuidadosamente la probabilidad de que esto ocurriera, porque es un paso nuevo en la naturaleza y sustenta todo el mecanismo de reacción", explica Liu.
La base de estos modelos es una enorme capacidad de cálculo. Liu cita el Centro de Informática de Investigación de Pitt como un ingrediente esencial del éxito del laboratorio, ya que las complejas simulaciones que realiza el grupo para comprender los entresijos de las reacciones químicas requieren tiempo con potentes superordenadores de última generación.
Aun así, quedan preguntas por responder, y este artículo es sólo el primer paso de una serie de colaboraciones entre ambos equipos. Si consiguen entender mejor por qué se produce esta reacción inusual, el grupo de Liu podría aprovechar esta reacción en diferentes contextos para crear una amplia variedad de nuevas herramientas químicas, medicamentos y mucho más.
"Se puede pensar en cuántos tipos diferentes de aminoácidos no naturales se podrían crear: hay un número casi ilimitado", dijo Liu. "Entonces, ¿podemos utilizar este conocimiento para desarrollar también otras reacciones nuevas?".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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