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La promiscuidad catalítica y la halogenación de productos naturales:

26 noviembre, 2010 8 comentarios

Como hemos podido comprobar en anteriores posts, los seres vivientes son unos químicos orgánicos sintéticos excelentes. Los sistemas vivos son capaces de llevar a cabo reacciones con una estereoselectividad milimétrica, generar una diversidad química apabullante y, no menos importante, hacerlo en condiciones muy suaves comparadas con las presiones, la acidez o la temperatura que requieren determinadas síntesis orgánicas in vitro.

En el post de hoy me hago eco de un artículo publicado recientemente en Nature en el que se aprovechan de la diversidad metabólica bacteriana para incrementar la riqueza sintética que las plantas ostentan. Es bien conocido el interés sintético que presentan las halogenaciones en el mundo de los fármacos puesto que nos permiten, sin grandes cambios en la naturaleza química de la molécula, salvar la resistencia al agente químico que los seres vivos acaban desarrollando o modular la potencia del fármaco. Realizar halogenaciones en productos naturales de utilidad farmacológica puede resultar costoso si se lleva a cabo por vías de síntesis orgánica, sin embargo, existen halogenasas bacterianas capaces de halogenar regioselectivamente sustratos mediante un mecanismo redox dependiente de FAD a partir del anión haluro correspondiente. El grupo de O’Connor utiliza estas enzimas para aumentar la versatilidad sintética del metabolismo secundario de la apocinácea (como nuestra amiga Nerium oleander) Catharanthus roseus, que produce a partir de triptófano un conjunto de alcaloides de interés farmacéutico como determinados agentes quimioterapéuticos.

Catharanthus roseus

Ruta de síntesis de alcaloides a partir de triptófano de Catharanthus roseus. En rojo, se indican los pasos y los enzimas añadidos

La aproximación tomada por los autores del artículo pasa por la transformación de la apocinácea en lugar de reconstruir la ruta metabólica de interés (por otro lado parcialmente desconocida) en un chasis de menor complejidad metabólica como Escherichia coli o Saccharomyces cerevisiae como hizo el grupo de Ro con la artemisinina.  Utilizando Agrobacterium rhizogenes como vector consiguen plantas con dos halogenasas bacterianas que cloran el indol del triptófano en posición 5 y 7 respectivamente. En el inserto, incluyen la reductasa que permite la regeneración de la flavoproteína así como uno de los enzimas de la ruta modificado para incrementar su promiscuidad catalítica (en el caso de la halogenasa que modifica la posición 5). Con las plantas transformadas y cultivadas en medio enriquecido en cloruro, los autores demuestran que el nuevo producto generado por el sistema introducido es compatible con el resto de enzimas de la ruta cuya promiscuidad catalítica había sido considerada in vitro en trabajos anteriores. Finalmente, se detectaron por cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas los productos clorados en la posición de interés. Además de caracterizar cinéticamente los enzimas, los autores demuestran que pueden utilizar bromuro como sustrato in vivo incrementando todavía más las opciones sintéticas de estas plantas trasformadas. En definitiva, un trabajo que abre las puertas a nuevas aproximaciones biotecnológicas basadas en la combinación lineal de rutas existentes en los tres dominios de la vida y en la promiscuidad catalítica de los enzimas que las componen.

 

 

Cromatograma mostrando la detección del producto clorado de interés. Se muestra el patrón, el control y el procedente de las plantas transformadas.

 

 

Cromatogramas correspondientes a extractos de plantas tranformadas cultivadas en presencia de concentraciones crecientes de bromuro. Se observa la presencia de los picos correspondientes al patrón.

 

Referencias:

W. Runguphan, X. Qu and S. E. O’Connor. (2010) Integrating carbon-halogen bond formation into medicinal plant metabolism. Nature 468:461-464