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Crear nuevas terapias para combatir las enfermedades humanas ha sido uno de los objetivos más importantes para los químicos en investigación. La síntesis de proteínas químicas de última generación hoy en día es capaz de ensamblar eficientemente largas cadenas proteícas de hasta varios cientos de residuos de aminoácidos individuales. Este aporte ha sido un gran paso en el descubrimiento de nuevos fármacos.
Químicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT por sus siglas en ingles) han ideado un protocolo para reducir la cantidad de tiempo requerida para generar proteínas sintéticas. Una máquina de síntesis de flujo automatizada que tiene la capacidad de unir cientos de aminoácidos, componentes básicos de las proteínas, en cuestión de horas, permitiendo a los científicos diseñar proteínas artificiales mediante la incorporación de aminoácidos que no existen en las células.
"Podría diseñar nuevas variantes que tengan una función biológica superior, habilitada mediante el uso de aminoácidos no naturales o modificaciones especializadas que no son posibles cuando se usa el aparato de la naturaleza para producir proteínas", dice Brad Pentelute, profesor asociado de química en el MIT y autor principal del articulo titulado "Síntesis de proteínas por química de flujo automatizada".
Anteriormente, Bruce Merrifield propuso en la década de 1960 un enfoque alternativo para la producción de proteínas. Consistió en unir químicamente aminoácidos de manera gradual, mediante esta técnica la producción tardaba un tiempo aproximado de una hora en realizar las reacciones químicas necesarias para agregar un aminoácido a una cadena peptídica. Este trabajo le valió el galardón del Premio Nobel de Química por su trabajo en la síntesis de péptidos en fase sólida.
Basado en una tecnología conocida como química de flujo, el laboratorio Pentelute inventó un método más rápido para dichas reacciones. En la máquina, los productos químicos se mezclan usando bombas y válvulas mecánicas, en cada paso de la síntesis, pasan por un reactor calentado que contiene un lecho de resina. La formación de cada enlace peptídico lleva un promedio de 2.5 minutos, y cadenas de hasta 25 aminoácidos pueden ensamblarse en una hora.
Novo Nordisk, farmacéutica de origen danes, fue uno de los más interesados en dicha tecnología, sin embargo existe un inconveniente debido al tamaño de las cadenas peptidicas solicitadas. Para lograr síntesis de cadena larga es imperativo un rendimiento superior al 99 por ciento. Los investigadores necesitan mejorar la eficiencia de las reacciones que forman enlaces peptídicos puesto que su índice de eficiencia, esta entre 95 y 98 por ciento.
Para aumentar su tasa de éxito, los investigadores desarrollaron un protocolo universal, logrando así una eficiencia promedio superior al 99 por ciento en cada reacción, marcando una diferencia significativa en la unión aminoácidos para formar proteínas grandes."Si desea producir proteínas, este 1 por ciento adicional realmente marca la diferencia, porque los subproductos se acumulan y necesita una alta tasa de éxito por cada aminoácido incorporado", dice Nina Hartrampf, exinvestigadora postdoctoral del MIT y coautora del mismo articulo.
Mediante esta técnica se ha logrado sintetizar; Sortase A, proteína bacteriana de 164 aminoácidos, Proinsulina (precursor de insulina) con 86 aminoácidos y Lisozima, enzima con 129 aminoácidos, entre otras. La proteína deseada tiene que purificarse y luego doblarse en la forma correcta, agregando pocas horas más al proceso. Por otro lado, se comprobó la función biológica de algunas proteínas sintéticas siendo estas comparables a las obtenidas por métodos biológicos.
Thomas Nielsen, jefe de química de investigación en Novo Nordisk comenta; "Esto está allanando el camino para un nuevo campo de la química de las proteínas medicinales. Esta tecnología realmente complementa lo que está disponible para la industria farmacéutica, ofreciendo nuevas oportunidades para el descubrimiento rápido de productos biofarmacéuticos basados en péptidos y proteínas".
Con la producción rápida y gradual de proteínas mediante esta tecnología se pretende extender las aplicaciones a la mayoría de las proteínas humanas y lograr cadenas de hasta 300 aminoácidos. Esto abre nuevas vías de investigación donde, la introducción de aminoácidos con mutaciones puntuales en proteínas comunes, hará variantes con una función biológica significativamente alterada, como en la actividad catalítica.
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