Los investigadores de la MSU están construyendo «nanofábricas» para ayudar a fabricar medicamentos y más

Los investigadores de la MSU están construyendo «nanofábricas» para ayudar a fabricar medicamentos y más



Gracias a una característica menos conocida de la microbiología, los investigadores de la Universidad Estatal de Michigan han ayudado a abrir una puerta que podría conducir a la fabricación de medicamentos, vitaminas y más a un costo reducido y con una eficiencia mejorada.

El equipo de investigación internacional, dirigido por Spartans Henning Kirst y Cheryl Kerfeld de la Facultad de Ciencias Naturales, ha reutilizado los llamados microcompartimentos bacterianos y los ha programado para producir sustancias químicas valiosas a partir de materiales de partida económicos.

El equipo publicó su trabajo el 22 de febrero en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Los microcompartimentos son como nanorreactores o nanofábricas», dijo Kirst, investigador asociado senior en el laboratorio de Kerfeld, que trabaja tanto en MSU como en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

Kirst, Kerfeld y sus compañeros de equipo vieron los microcompartimentos como una oportunidad para llevar reacciones químicas importantes al siguiente nivel. En las últimas décadas, los investigadores han aprovechado el poder de las enzimas que se encuentran en las bacterias para crear productos químicos valiosos, como biocombustibles y medicamentos.

Sin embargo, en estas aplicaciones industriales, los químicos a menudo confían en el microorganismo completo para producir el compuesto deseado, lo que, según Kirst, puede generar complicaciones e ineficiencias.

“La analogía que usamos es como una casa. Si hay reacciones en todas partes, puede volverse muy complejo”. dijo Kirst. “Imagínese comenzar su ducha en el sótano pero luego tener que bajar al segundo piso para obtener champú, luego volver al sótano para terminar la ducha y luego subir al primer piso para cerrar su toalla y buscarla. Eso es muy ineficiente”.

En el caso de los microorganismos, la bacteria podría producir un ingrediente en un lado de su célula, mientras que la enzima específica que usa ese ingrediente para hacer el producto final está en el otro lado. Entonces, incluso si ese ingrediente puede hacer el viaje a través de la célula, hay otras enzimas en el camino que podrían engancharlo y usarlo para otra cosa.

Sin embargo, las enzimas viven en microcompartimentos bacterianos, que son como habitaciones dentro de la casa que es la célula. Los Spartans y sus colegas demostraron que podían diseñar microcompartimentos para optimizar una reacción determinada al reunir las enzimas y los ingredientes necesarios en el mismo espacio más pequeño, en lugar de tenerlos esparcidos.

«Ponemos todo lo que necesitamos para una tarea en el mismo espacio». dijo Kirst. «La compartimentación nos da mucho más control y aumenta la eficiencia».

«Es como trabajar en un departamento eficiente en comparación con Spelling Manor», dijo Kerfeld, profesora distinguida de Hannah en MSU (Spelling Manor es una propiedad enorme de Los Ángeles: tiene más de 100 habitaciones y más de 50,000 pies cuadrados). Kerfeld también trabaja en el Laboratorio de Investigación de Plantas MSU-DOE, que cuenta con el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU.

Como prueba de concepto, el equipo construyó un sistema de microcompartimentos que podría convertir los compuestos simples y económicos formiato y acetato en piruvato.

«El piruvato también es un precursor relativamente fácil de prácticamente cualquier cosa que la biología pueda hacer: productos farmacéuticos, vitaminas y saborizantes, por ejemplo». dijo Kirst. «Pero creemos que todo el principio se puede generalizar a muchas otras vías metabólicas que sería interesante explorar».

Y no son los únicos que piensan así.

“El sistema aquí descrito puede utilizarse como plataforma en proyectos de ingeniería ambiciosos”, escribió Volker Müller en un comentario sobre la investigación. Müller es director de la cátedra de microbiología y bioenergética de la Universidad Goethe de Frankfurt y no participó en el proyecto.

«Esto es emocionante y allana el camino para explotar la estrategia de ingeniería (del microcompartimento bacteriano) para la preparación de varios compuestos a partir de sustratos baratos». él dijo.

Los microcompartimentos bacterianos son similares a los orgánulos, o pequeños «órganos», que se encuentran en las células de los eucariotas, que incluyen plantas, humanos y otros animales. Aunque se encuentran en muchos tipos diferentes de bacterias, donde ayudan a llevar a cabo una variedad de reacciones, todavía son relativamente nuevos para la ciencia. Fue necesario el advenimiento de la microscopía electrónica de alta resolución y la secuenciación genética asequible para que los investigadores se dieran cuenta de cuán extendidos y diversos son estos compartimentos, explicó Kerfeld.

En colaboración con investigadores del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas, los investigadores de Spartan han fortalecido esta versatilidad. Han demostrado cómo los científicos pueden crear versiones de estos compartimentos que no existen en la naturaleza.

«Podemos tomar la arquitectura del compartimento y construir un tipo de respuesta completamente nuevo». dijo Kerfeld. «Esta estrategia podría aplicarse de muchas maneras diferentes para muchas aplicaciones diferentes, incluso aplicaciones que no son compatibles con las bacterias».

«Creo que ese es el mayor logro», dijo Kirst. «Hemos dado un gran paso hacia la creación de un orgánulo bacteriano sintético».

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los Estados Unidos.

Fuente: https://msu.edu/

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