Los métodos para preparar proteínas que incluyen una modificación específica en una posición deseada, son esenciales para comprender sus funciones celulares y propiedades físicas en los sistemas vivos.

La síntesis química de proteínas permite la preparación de proteínas modificadas que no son fáciles de fabricar por otros métodos, y a diferencia de los enfoques recombinantes, se puede usar para preparar análogos que son útiles el descubrimiento de nuevas terapias.

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Versión en espejo

En esta línea, un equipo de científicos del Centro Alemán de Investigación del Cáncer (DKFZ, por sus siglas en alemán) ha tenido éxito en la reconstrucción de biomoléculas en su forma de imagen espejo, llamada imagen especular.

La finalidad de la investigación es compilar un sistema simple que permita producir cualquier tipo de proteína con facilidad.

Casi todas las moléculas biológicas existen como dos estructuras espaciales diferentes que están relacionadas entre sí como la imagen y la imagen especular. Estas moléculas se denominan enantiómeros, y dependiendo de la dirección en la giran cuando pasan por la luz polarizada, se denominan enantiómeros-D (si giran la derecha) o enantiómeros-L (a la izquierda).

Si bien casi todas las proteínas que se encuentran en la naturaleza están compuestas aminoácidos-L, el ADN y el ARN se construyen a partir de moléculas-D.

En su trabajo actual, los científicos del DKFZ han sido capaces de generar una versión en espejo de una ADN-ligasa a partir de aminoácidos-D.

Las ligasas se unen a los fragmentos de ADN, por lo que la ligasa de imagen especular puede componer un gen completo a partir de fragmentos de ADN de imagen espejo por igual, y como resultado, hay mayor disponibilidad de enzimas-D que replican el ADN y lo transcriben en ARN.

El investigador Jörg D. Hoheisel, afiliado al Departamento de Análisis Genómico Funcional del DKFZ y coautor del avance, comentó:

“Esto es todo lo que hemos llegado por ahora. A continuación, necesitamos una estructura de imagen especular que cumpla la función de los ribosomas en la célula”.

Los ribosomas son complejos macromoleculares en la célula que son responsables de traducir las cadenas de ARN en cadenas de aminoácidos, produciendo así proteínas.

Una vez se hayan generado ribosomas de imagen especular, se habrá compilado un sistema simple que permitiría producir cualquier tipo de proteína con bastante facilidad.

Imitando la vida

En última instancia, lo que se busca es la creación de una biología sintética de imagen especular: es decir, imitar, totalmente independiente de la naturaleza, un sistema biológico y recrearlo a partir de componentes artificiales.

Casi todas las proteínas que se encuentran en la naturaleza están compuestas aminoácidos-L, pero el ADN (derecha) y el ARN (Izquierda) se construyen a partir de moléculas-D.

El sistema artificial sería idéntico en todas las características biofísicas y químicas, y podría conducir a una copia arquetípica de una célula de imagen especular.

Si bien se trata de una visión a largo plazo, el enfoque subyacente ya podría usarse con fines terapéuticos en un futuro cercano, por ejemplo, para sintetizar anticuerpos de imagen especular.

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Hoy en día, estas inmunoproteínas terapéuticas se producen sintéticamente y se utilizan como medicamentos para tratar una serie de enfermedades, incluido el cáncer. Sin embargo, el sistema inmunológico del paciente puede producir anticuerpos corporales contra los anticuerpos terapéuticos.

Pero, como explican los investigadores, un medicamento de anticuerpo que consiste en aminoácidos-D de imagen especular, probablemente no provocará ninguna respuesta inmune, porque el sistema inmune no reconoce las moléculas-D como invasores que deben ser atacados, y esa una de las metas que esta investigación persigue alcanzar.

Referencia: Copying Life: Synthesis of an Enzymatically Active Mirror-Image DNA-Ligase Made of D-Amino Acids. Cell Chemical Biology, 2019. https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2019.02.008

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