Un nuevo enfoque permite identificar productos microbianos novedosos con potencial actividad farmacéutica
Durante mucho tiempo, los productos naturales o los metabolitos basados en microbios han servido de punto de partida para el desarrollo muchos fármacos, incluyendo los antibióticos. No obstante, están perdiendo su eficacia debido a la emergencia de resistencia entre bacterias patógenas.
Un enfoque nuevo para clonar agrupaciones de genes biosintéticos microbianos
El descubrimiento tradicional de moléculas naturales nuevas implica el cultivo de bacterias a partir de grandes colecciones de cepas y el análisis químico de los metabolitos producidos, un procedimiento muy tedioso y costoso que conlleva mucho tiempo. El proyecto DiPaC_MC, llevado a cabo con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie, combinó la secuenciación del genomas con nuevas tecnologías de biología sintética para buscar moléculas nuevas. «Sabemos que los microorganismos son genéticamente capaces de producir muchos más productos naturales de los que se han identificado, porque los genes pueden inactivarse en un entorno de laboratorio», explica Paul D'Agostino, investigador del proyecto. Para superar esta limitación, aprovechó microorganismos que tradicionalmente habían sido ignorados en la biosíntesis de productos naturales pero que era probable que codificaran genéticamente un gran número de agrupaciones de genes de productos naturales biosintéticos. D'Agostino secuenció el genoma de estos microorganismos y desarrolló una estrategia nueva de biología sintética para identificar de manera eficaz agrupaciones de genes biosintéticos y activarlos en un hospedador bacteriano alternativo bien estudiado. Dado que muchos de estos elementos genéticos permanecen inactivos en el organismo nativo, al colocarlos dentro de un segundo hospedador y bajo el control de diferentes mecanismos reguladores, el investigador pudo activar artificialmente las agrupaciones de genes biosintéticos e identificar los productos naturales codificados. Conocido como clonación directa de rutas biosintéticas (DiPaC, por sus siglas en inglés), este enfoque pudo superar muchas de las limitaciones de las metodologías anteriores al mejorar la rapidez y la tasa de éxito. La metodología permite capturar, reestructurar y expresar las rutas biosintéticas en cuestión de semanas. El trabajo de DiPaC_MC generó secuencias genómicas para un rango de microorganismos. Como se predijo, el análisis bioinformático mostró que muchos de estos organismos codificaban para un gran número de agrupaciones de genes biosintéticos responsables de producir productos naturales únicos. Hasta la fecha, se han identificado más de 200 agrupaciones de genes biosintéticos.
Impacto clínico del proyecto DiPaC_MC
«Con la amenaza de la farmacorresistencia como potencial problema mundial en un futuro próximo y el cierre de muchos programas de descubrimiento de medicamentos por las empresas farmacéuticas, el descubrimiento de antibióticos noveles se ha dejado en manos del mundo académico», destaca D'Agostino. La metodología DiPaC ofrece un enfoque novedoso para el descubrimiento de moléculas basado en las predicciones bioinformáticas de la innovación química del producto final. Lo más importante es que DiPaC permite activar estas agrupaciones de genes biosintéticos más rápidamente que los métodos tradicionales. Además, los productos pueden obtener títulos de producto más altos al insertar los genes en un hospedador de crecimiento más rápido. Usando técnicas moleculares bien establecidas, la metodología DiPaC es fácilmente transferible a otros laboratorios. Con muchos equipos científicos ya solicitando usar la tecnología, se espera que DiPaC tenga un impacto significativo en el descubrimiento temprano de productos naturales bioactivos. DiPaC también puede usarse para determinar la función enzimática de las proteínas de especial interés y para generar quimiotecas de compuestos análogos con la esperanza de aumentar la bioactividad. «Implementar la metodología DiPaC en microorganismos filogenéticamente diferentes acelerará el descubrimiento de productos naturales nuevos y de bioquímica, así aumentando la probabilidad de descubrir moléculas de relevancia farmacéutica», concluye D'Agostino.
Palabras clave
DiPaC_MC, clonación directa de rutas biosintéticas (DiPaC), descubrimiento de fármacos, agrupaciones de genes biosintéticos, secuenciación genómica, minería genómica, bioinformática
