Técnicas de diseño de enzimas destinadas a la producción de proteínas
El equipo del proyecto «Enzyme design of medical interest» (MEDENZYMEDESIGN), financiado con fondos europeos, trató de diseñar tres enzimas para su aplicación en el ámbito de la biotecnología, la biomedicina y los procesos industriales. Para crear nuevas enzimas, se empleó un método «inside-out» desarrollado previamente que combina el diseño de proteínas por ordenador con la evolución directa (ED). Se utilizaron técnicas novedosas como la mecánica cuántica/mecánica molecular (QM/MM)-dinámica molecular (DM) y la teoría del funcional de la densidad a fin de optimizar los diseños de enzimas mediante simulaciones. Se desarrolló una enzima transaminasa para producir el fármaco contra la diabetes de tipo 2 llamado sitagliptina aplicando el protocolo «inside-out». No obstante, surgieron numerosos problemas en los diseños computacionales y el protocolo fue ineficaz. A continuación, se trató de diseñar nuevas variantes de enzimas con el propósito de generar un principio activo que reducía la concentración de colesterol llamado ácido de lovastatina. Estas enzimas producidas mediante ED se evaluaban por ordenador a través del superordenador Anton y simulaciones de DM. Los análisis mostraron que las enzimas producidas por ED eran más eficaces que las diseñadas por ordenador debido a una mejor preorganización del entorno polar de la enzima. El equipo de MEDENZYMEDESIGN diseñó de nuevo las enzimas dependientes de NADP naturales para obtener actividad glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PD) y reducir el estrés oxidativo inducido por los medicamentos en pacientes con déficit de G6PD. Se llevaron a cabo simulaciones de DM a fin de entender las diferencias en términos de actividad catalítica y cinética química de las enzimas y sus variantes. Las actividades del proyecto han sentado las bases para futuros estudios destinados a mejorar los protocolos informáticos para el diseño de biocatalizadores. De esta forma, se espera facilitar la aplicación comercial de los biocatalizadores para la producción sostenible a escala industrial de productos químicos de interés. Las enfermedades que se pretenden tratar son el Alzheimer, el Parkinson y la enfermedad de Huntington.
Palabras clave
Enzima, catalizador, escala industrial, proteína, evolución dirigida, productos de glicación avanzada, glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, superóxido dismutasa, dinámica molecular, sitagliptina, superordenador Anton
