La síntesis de azúcar y carbohidratos es importante para el desarrollo de pruebas de diagnóstico, vacunas y nuevos fármacos. En un estudio colaborativo, los investigadores han sintetizado carbohidratos con enzimas a través de una reacción que no se había estudiado hasta el momento en estas biomoléculas y que crea unos pocos subproductos.
El estudio, publicado en la revista Nature Chemical Biology, ha sido dirigido por la investigadora Carme Rovira, ICREA investigador de la IQTCUB, y Benjamin G. Davis, de la Universidad de Oxford. El estudio también contó con la participación de Javier Iglesias-Fernández, investigador en formación en la UB y primer autor del estudio en el que se utilizó el supercomputador Mare Nostrum (del Centro de Supercomputación de Barcelona, BSC-CNS) para crear simulaciones de dinámica molecular a múltiples escalas.
La síntesis de azúcar o carbohidratos en el laboratorio (síntesis química convencional) suele ser costosa y requiere mucho trabajo. Por lo tanto, se han hecho muchos esfuerzos en los últimos años para hacerlo con enzimas, que son catalizadores naturales. Sin embargo, las enzimas que sintetiza el azúcar (llamadas glicosiltransferasas) son difíciles de manipular. Este es un obstáculo para el desarrollo de fármacos potenciales que podrían utilizarse para tratar numerosas enfermedades relacionadas con las enzimas activas con hidratos de carbono, como la diabetes o ciertos tipos de cáncer.
Hoy en día la idea clásica sobre los hidratos de carbono que son una fuente de energía ha cambiado. La gente sabe ahora que los carbohidratos juegan un papel esencial en muchos procesos moleculares en la célula, desde la detección de agentes patógenos a la comunicación celular o la respuesta anti-inflamatoria. Por lo tanto existe un gran interés en el diseño de fármacos que copian la estructura de los carbohidratos, ya que serían fácilmente asimilados y reconocidos por una parte del sistema receptor biológico.
Nuevas enzimas que van de degradar a sintetizar carbohidratos
Ahora los equipos de Barcelona y Oxford han encontrado la forma de modificar una enzima (glucosidasa) que generalmente degrada los carbohidratos (cataliza la hidrólisis en enlaces glucosídicos) para que actúe de forma inversa y sintetiza hidratos de carbono. «Además, esta síntesis se ha alcanzado con una nueva reacción que aún no se había observado en la glucosidasa, es una variación de una reacción llamada cara frontal o SNi», dice Carme Rovira. «La ventaja de esta reacción en la glucosidasa, continúa la investigadora, es que realiza la síntesis de una manera limpia, sin casi causar residuos de hidrólisis y utilizando sustratos económicamente viables (azúcar)«. «Básicamente, usamos nuestra experiencia con enzimas que sintetizan carbohidratos para aplicar la reacción a un lado en otras enzimas con más posibilidades biotecnológicas» concluyó la investigadora. Su equipo descubrió las bases moleculares del mecanismo de un lado en las enzimas en 2001.
En el estudio, la síntesis se ha llevado a cabo con una enzima específica, la Sulfolobus solfataricus beta-glucosidasa, pero puede aplicarse a otras enzimas utilizando un método de ingeniería similar del centro activo.
El uso de enzimas que degradan los azúcares (glucósido hidrolasas), sin problemas para su manipulación y que pueden ser convenientemente alterados, como se ve en este estudio, representa, por lo tanto, una alternativa prometedora para obtener nuevos carbohidratos.
