04.02.2022 - University of Warwick

Los compuestos elaborados a partir de moléculas "digeridas" alimentan el apetito por productos farmacéuticos y agroquímicos más ecológicos

Un nuevo método utiliza enzimas para producir amidas indólicas, ácidos carboxílicos y auxinas, vitales para la industria farmacéutica y agroquímica

Científicos de la Universidad de Warwick han desarrollado un método de producción de componentes químicos vitales para la industria farmacéutica y agroquímica que imita la forma en que los fabrican las plantas.

Utilizando enzimas del mismo modo que las plantas, los científicos han creado bacterias que "digieren" moléculas para sintetizar nuevos compuestos en un proceso que es reutilizable y produce un mínimo de residuos. Sus resultados se publican en un nuevo estudio en la revista ACS Catalysis y podrían ayudar a las industrias farmacéutica y agroquímica a hacer su proceso de fabricación más respetuoso con el medio ambiente.

Los científicos estaban especialmente interesados en reproducir un proceso en las plantas denominado vía de la indol-3-acetamida (IAM), que permite a la planta producir compuestos como amidas indólicas, ácidos carboxílicos y auxinas. Estos compuestos tienen una serie de aplicaciones agroquímicas y farmacéuticas, pero son difíciles de fabricar para la industria, excepto mediante el uso de catalizadores químicos, que producen una gran cantidad de residuos químicos tóxicos.

Aunque los científicos conocen desde hace décadas cómo la naturaleza produce estas moléculas, hasta ahora no existía la tecnología que pudiera aprovecharla. Ahora, por primera vez, un equipo del Centro de Biología Sintética Integrativa de Warwick ha desarrollado un proceso que utiliza enzimas en una serie de reacciones en cascada para descomponer las moléculas y sintetizarlas en los compuestos necesarios, del mismo modo que lo haría una planta.

El estudio, financiado por UK Research and Innovation y la Royal Society, ha sido dirigido por el Dr. Binuraj Menon, de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad de Warwick, ahora con sede en la Universidad de Portsmouth. Dijo: "Sabíamos que en las plantas existen múltiples vías de acceso a las moléculas de auxina. Además, algunas bacterias patógenas de las plantas utilizan estas vías para infectar y crecer en las raíces y las agallas de las plantas. Sin embargo, al reconstruirla en un huésped microbiano industrial y amigable siempre nos hemos encontrado con varios problemas funcionales.

"Mediante la ingeniería de estas enzimas, podemos adaptar el proceso para su producción a gran escala, haciéndolo fácilmente accesible, purificable y compatible. La ventaja es la aplicabilidad de estas enzimas, ya que las soluciones enzimáticas existentes para fabricar amidas y ácidos carboxílicos son difíciles, llevan mucho tiempo y requieren muchos componentes caros.

Las enzimas cumplen una serie de funciones en los organismos vivos y suelen ser más conocidas por formar parte del sistema digestivo humano al descomponer los alimentos. Participan en muchas otras funciones como biocatalizadores, en la aceleración de las reacciones químicas. Las enzimas se están investigando como alternativas a los métodos químicos actuales, reduciendo las emisiones industriales y los recursos, una solución ideal para avanzar hacia una producción industrial más ecológica y respetuosa con el medio ambiente.

Para producir las enzimas de este estudio, los científicos utilizaron bacterias no patógenas diseñadas para sobreexpresarlas. Estas enzimas pueden separarse para realizar reacciones en condiciones suaves y acuosas, o las bacterias pueden utilizarse directamente para las reacciones.

Las células bacterianas se reproducen con rapidez y los productos químicos se producen a partir de componentes más baratos, como la glucosa, lo que facilita su ampliación y reutilización con pocos residuos o impacto ambiental, como suele ocurrir con los catalizadores químicos. Al rediseñar los microbios y las enzimas, se pueden diseñar para que tengan nuevas capacidades y aplicaciones.

El Dr. Menon añadió: "Básicamente estamos aprovechando el poder de la naturaleza para resolver muchos problemas en las industrias química, farmacéutica, agrícola y manufacturera mediante la ingeniería de microbios y enzimas. La biología sintética es esencialmente el uso de la biología con fines sintéticos, y aquí hemos mostrado cómo la combinación y mezcla con diferentes enzimas puede utilizarse con muchas moléculas similares.

"En un futuro próximo, la ingeniería adicional y la evolución de estas enzimas en el laboratorio nos permitirán preparar moléculas a medida y productos químicos específicos. Las bacterias manipuladas también podrían utilizarse para recubrir semillas para una germinación y un desarrollo radicular sanos, o como herbicida mediante el ajuste de las auxinas, con muchas aplicaciones y posibilidades directas."

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