Desde la medicina hasta las fragancias, la naturaleza proporciona muchos de los compuestos químicos clave que se necesitan en una cantidad infinita de productos farmacéuticos y de consumo. Ahora, una técnica de vanguardia diseñada por investigadores de la Universidad del Sur de Florida está cambiando la manera en que los científicos aíslan estas preciosas moléculas.
Universidad del Sur de Florida
«Los productos naturales de plantas ya se usan ampliamente en muchas industrias», dijo Ramon Gonzalez, Ph.D., profesor en el Departamento de Ingeniería Química y Biomédica de la USF y un Académico de Clase Mundial del Siglo XXI de la Florida. «Taxus brevifolia, por ejemplo, la planta de tejo del Pacífico, contiene moléculas que se utilizan para producir un medicamento de quimioterapia para varios tratamientos contra el cáncer. El problema es que muchos de estos productos son costosos y difíciles de extraer de manera eficiente».
González y su equipo de investigación centraron sus esfuerzos en una clase de productos naturales vegetales (PNP) llamados isoprenoides. Con más de 50,000 de estos isoprenoides sintetizados en la naturaleza, representan una de las clases de moléculas más estructuralmente y químicamente más diversas conocidas por el hombre.
El licopeno, por ejemplo, es un isoprenoide que le da color a los tomates y otras frutas y verduras rojas. Aparte de su pigmentación natural, el licopeno se puede tomar para disminuir la presión arterial , prevenir enfermedades del corazón e incluso se ha demostrado que ayuda a prevenir varios tipos de cáncer.
Las cáscaras de frutas cítricas también contienen un tipo de isoprenoide llamado limoneno. Cuando se extrae, el limoneno se usa como la fragancia de limón o naranja en productos de limpieza o como agente saborizante en diferentes medicamentos.
«La naturaleza no desarrolló estas vías para producir eficientemente estas moléculas para nuestro uso», dijo González. «Estas vías metabólicas cumplen su propia función en estas plantas, y debido a eso es difícil extraer estos isoprenoides en las cantidades que los investigadores desearían idealmente. Sin mencionar el costo y el tiempo inherentes necesarios para cultivar las plantas necesarias para extraer las moléculas de . «
Para superar este problema fundamental , González y su equipo trabajaron para desarrollar un proceso nuevo e innovador para sintetizar isoprenoides. En esencia, han podido crear una ruta metabólica sintética que les permitirá a los científicos acceder a estos compuestos esenciales de una manera controlada y eficiente.
Su trabajo, publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , describe el desarrollo del equipo de microorganismos diseñados para sintetizar isoprenoides. Al desarrollar estos microbios en un laboratorio, los investigadores pueden modificar su función biológica y utilizar el metabolismo del microbio como una vía para la biosíntesis.
Piénsalo como si estuvieras preparando cerveza. En la cerveza, la levadura metaboliza el azúcar para crear el producto deseado: el alcohol. Para los investigadores, aprovechan el metabolismo de los microbios para producir diferentes productos, en este caso, los isoprenoides. Al diseñar lo que ellos llaman una ruta del alcohol isoprenoide dentro del microbio, los científicos pueden introducir una fuente de carbono que pasa a través de la ruta para producir moléculas isoprenoides . Los beneficios son dobles; Estos avances no solo permiten a los investigadores la capacidad de sintetizar isoprenoides en microbios directamente, sino que la ruta en sí está optimizada para maximizar la eficiencia.
«Creemos que nuestra investigación cambiará el paradigma de décadas para la biosíntesis de isoprenoides, que hasta ahora se había basado completamente en la ingeniería de las dos vías existentes en la naturaleza», dijo González. «Es un avance emocionante que creemos que tendrá un amplio impacto en la investigación que se realiza en todo el mundo
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