MADRID, 25 Sep. (EUROPA PRESS) -
Una investigación dirigida por el Instituto de Ciencias de la Vida de la Universidad de Michigan ha resuelto un misterio de casi 50 años de cómo la naturaleza produce una gran clase de compuestos químicos bioactivos, según publican en la revista 'Nature Chemistry'.
Los compuestos, llamados alcaloides indólicos prenilados, se descubrieron por primera vez en hongos en la década de 1970. Desde entonces, han atraído un considerable interés por su amplia gama de aplicaciones potenciales como medicamentos útiles. Un compuesto ya se usa en todo el mundo como antiparasitario para el ganado.
Comprender cómo los hongos elaboran estos químicos es esencial para reproducirlos y crear variantes en el laboratorio para nuevas aplicaciones. Los genes del hongo codifican enzimas, y estas enzimas usan bloques de construcción muy simples para realizar cada paso para construir la molécula compleja.
Pero a pesar del amplio conocimiento sobre estos compuestos, los investigadores no han podido separar las enzimas y reacciones precisas que los hongos usan para producirlos.
"Pero si realmente podemos aislar los genes involucrados y producir estas enzimas, deberíamos poder recrear toda la línea de bioensamblaje en un tubo de ensayo --explica Qingyun Dan, investigador en el laboratorio de Janet Smith en el Life Sciences Institute--. Pero, hasta ahora, ningún laboratorio ha podido hacerlo".
Utilizando un enfoque colaborativo que combinó la química sintética, la genética, la enzimología, la química computacional y la biología estructural a lo largo de una década, los investigadores revelaron el proceso y descubrieron un sorprendente giro químico. El paso final en el proceso de ensamblaje es una reacción casi sin precedentes en la naturaleza: la reacción de Diels-Alder.
"Esta reacción es uno de los fundamentos de la química orgánica sintética, que se remonta a la década de 1920 cuando se descubrió por primera vez", recuerda el miembro de la facultad de LSI David Sherman, uno de los autores principales del estudio.
"Pero incluso en los últimos años, ha habido un gran debate en el campo sobre si esta reacción realmente existe en la naturaleza. Es solo el camino más fenomenal e inesperado hacia esta clase fascinante de alcaloides indólicos", añade.
Los investigadores creen que descubrir la enzima que permite la reacción de Diels-Alder, y resolver cómo se hacen estos compuestos en la naturaleza, ahora abre dos caminos emocionantes hacia adelante.
Primero, la enzima particular que cataliza esta reacción de Diels-Alder podría ayudar a mejorar una de las reacciones químicas más comúnmente utilizadas. Esta enzima realiza la reacción con especificidad que supera con creces lo que comúnmente se puede lograr en el laboratorio, lo que significa que crea solo el compuesto deseado y no subproductos no deseados.
En segundo lugar, debido a que los investigadores pudieron obtener una estructura cristalina de la enzima que realiza la reacción Diels-Alder, ahora tienen una idea clara de cómo la enzima dirige la reacción en la naturaleza, y cómo podría aprovecharse para crear nuevos compuestos en el futuro.
"Este es un muy buen ejemplo del poder explicativo de las estructuras cristalinas --destaca Sean Newmister, investigador en el laboratorio de Sherman--. Obtenemos información mecanicista sobre la actividad de la enzima que estamos estudiando, pero también información sobre cómo usar esto como una herramienta para sintetizar nuevos compuestos químicos con actividades biológicas. Y eso es realmente emocionante".
