El proceso allana el camino para la fabricación de medicamentos segura, ética y rápida – ScienceDaily

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Al imaginar un suministro de medicamentos sin animales, los científicos han reprogramado, por primera vez, una bacteria común para crear una molécula de polisacárido de diseño utilizada en productos farmacéuticos y nutracéuticos. Publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza, los investigadores modificaron E. coli para producir condroitín sulfato, un fármaco más conocido como suplemento dietético para el tratamiento de la artritis que actualmente proviene de la tráquea de la vaca.

LA. La coli genéticamente modificada se usa para crear una larga lista de proteínas medicinales, pero tomó años lograr que las bacterias produjeran incluso las más simples de esta clase de moléculas de azúcar relacionadas, llamadas glicosaminoglicanos sulfatados, que a menudo se usan como medicamentos y nutracéuticos.

«Es un desafío diseñar E. coli para producir estas moléculas, y tuvimos que hacer muchos cambios y equilibrar esos cambios para que las bacterias crezcan bien», dijo Mattheos Koffas, investigador principal y profesor de química y biología. Ingeniería en el Instituto Politécnico Rensselaer. «Pero este trabajo demuestra que es posible producir estos polisacáridos utilizando E. coli sin animales, y el procedimiento puede extenderse para producir otros glicosaminoglicanos sulfatados».

En Rensselaer, Koffas trabajó con Jonathan Dordick, profesor de ingeniería química y biológica, y Robert Linhardt, profesor de química y biología química. Los tres son miembros del Centro de Biotecnología y Estudios Interdisciplinarios. Dordick es pionero en el uso de enzimas para la síntesis de materiales y en el diseño de herramientas biomoleculares para el desarrollo de mejores fármacos. Linhardt es un experto en glucanos y una de las principales autoridades mundiales en heparina anticoagulante, un glucosaminoglicano sulfatado que actualmente se deriva de los intestinos de cerdo.

Linhardt, quien desarrolló la primera versión sintética de heparina, dijo que la ingeniería de E. coli para producir el fármaco tiene muchas ventajas sobre el proceso de extracción actual o incluso un proceso quimioenzimático.

«Si preparamos sulfato de condroitina quimioenzimáticamente, y hacemos un gramo, y lleva un mes hacerlo, y alguien nos llama y nos dice: ‘Bueno, ahora necesito 10 gramos’, tendremos que gastar otro mes para hacer 10 gramos «, dijo Linhardt. «Mientras que, con la fermentación, arrojas el organismo modificado en un matraz y tienes el material, ya sea un gramo, 10 gramos o un kilogramo. Este es el futuro».

«La capacidad de equipar una bacteria simple con una vía biosintética que se encuentra solo en animales es fundamental para la síntesis a escalas comercialmente relevantes. Igualmente importante es que el complejo medicinal que producimos en E. coli es estructuralmente el mismo que el utilizado como suplemento dietético» . Dijo Dordick.

Koffas describió tres pasos principales que el equipo tuvo que integrar en las bacterias para que produzcan sulfato de condroitina: introducir un grupo de genes para producir una molécula precursora de polisacárido no sulfatado, diseñar las bacterias para que proporcionen un gran suministro de una molécula donante de azufre. costoso y la introducción de una enzima transferasa de azufre para poner la molécula donadora de azufre en la molécula precursora de polisacárido sin azufre.

La introducción de una enzima sulfotransferasa funcional presentó un desafío particularmente difícil.

«Las sulfotransferasas son producidas por células mucho más complejas», dijo Koffas. «Cuando los tomas de una célula eucariota compleja y los pones en E. coli, no son funcionales en absoluto. Básicamente no obtienes nada. Así que tuvimos que hacer mucha ingeniería de proteínas para que funcionara».

El equipo primero produjo una estructura de la enzima, luego usó un algoritmo para ayudar a identificar las mutaciones que podrían producir en la enzima para producir una versión estable que funcionaría en E. coli.

Aunque las E. coli modificadas producen un rendimiento relativamente pequeño, del orden de microgramos por litro, prosperan en condiciones normales de laboratorio, lo que ofrece una sólida prueba de concepto.

«Este trabajo es un hito en la ingeniería y fabricación de productos biológicos y abre nuevas vías en diferentes campos como la terapia y la medicina regenerativa que requieren un suministro sustancial de moléculas específicas cuya producción se pierde con el envejecimiento y las enfermedades», dijo Deepak Vashishth, director de CBIS. «Estos avances surgen y prosperan en entornos interdisciplinarios que son posibles gracias a la integración única de conocimientos y recursos disponibles en Rensselaer CBIS».

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Instituto Politécnico Rensselaer. Original escrito por Mary L. Martialay. Nota: El contenido se puede cambiar según el estilo y la longitud.

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