Ingeniería de proteínas empleando técnicas de reconstrucción de ancestros
Los avances en el estudio de la evolución molecular han hecho posible explorar los mecanismos por los que se escinden familias de proteínas. Hay en marcha una búsqueda de técnicas experimentales que permitan «resurrecciones» o reconstrucciones de ancestros. Los experimentos realizados hasta la fecha han demostrado que los ancestros reconstruidos son más propensos a la divergencia funcional. También se muestran más estables en un rango de temperaturas amplio y, posiblemente, presentan mayor probabilidad de evolucionar que otras familias de proteínas. Aunque existe un potencial elevado de desarrollar, mediante ingeniería genética, mutantes dotados de funciones novedosas, las técnicas disponibles tienen un alcance demasiado limitado como para hacer realidad ese extremo. Gracias a fondos europeos, un grupo de científicos inició «Protein archaeology: Reconstructed ancestors for protein engineering and crystallography» (PROTEINARCHEOLOGY), cuyo propósito es desarrollar metodologías que ofrecieran capacidades superiores. En el marco del proyecto se desarrolló una técnica de «resurrección ancestral» (ancestral resurrection) que se aplicó a dos familias de proteínas para aislar clones activos con una actividad catalítica superior. Dicha técnica requería el cribado de tan sólo dos o tres centenares de variantes, en contraste a los miles necesarios en los experimentos clásicos de evolución dirigida. Así pues, las bibliotecas ancestrales proporcionan un punto de partida sólido para modificar enzimas y mejorar la funcionalidad catalítica en variantes generadas con mayores estabilidad y solubilidad. Además, los científicos aplicaron esta técnica para conocer más a fondo los mecanismos evolutivos de las proteínas fijadoras de fosfato (PBP). La fijación de fosfatos es una función observada en organismos primitivos. Las PBP presentan una gran afinidad por los fosfatos y son determinantes para el proceso celular fundamental de la asimilación de los mismos. Los investigadores iniciaron una caracterización detallada, desde los puntos de vista bioquímico y estructural, de cinco PBP. Los resultados demostraron que esta familia está sometida a una presión de selección en lo relativo a su elevada afinidad hacia los fosfatos y su selectividad, extremadamente elevada. La labor pionera realizada sacó a relucir el mecanismo de esta selectividad sin precedentes. Ello proporciona opciones para el desarrollo de terapias farmacológicas ultraselectivas y numerosas otras moléculas muy específicas e interesantes para fines comerciales. PROTEINARCHEOLOGY ha puesto al alcance la posibilidad de efectuar una ingeniería muy eficiente de proteínas que presenta implicaciones muy extensas y profundas para la industria química y la terapéutica. Estas potentes herramientas resultarán también esenciales para desentrañar los mecanismos de la evolución molecular y los factores que rigen la evolución.
