Investigadores del Centro de Investigación de Proteínas Vegetales (CIProVe) y el Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas “Dr. Jorge J. Ronco” (CINDECA), ambos de la Facultad de Ciencias Exactas de la UNLP, reportaron recientemente resultados de un trabajo conjunto sobre el uso de una proteína de la levadura Candida antarctica -un hongo microscópico formado por una sola célula- para hacer más eficiente la fabricación del ibuprofeno.
Se trata de un desarrollo publicado en la revista Catalyst, donde el grupo de trabajo conformado por Laura Briand, Carlos Llerena Suster, María Victoria Toledo,Silvana Matkovic y Susana Morcelle aportan características clave para el diseño racional de un biocatalizador. El compuesto fue fabricado a partir del fijado de la enzima lipasa B, una proteína de la levadura, sobre un soporte de dióxido de silicio nanoestructurado.
Los investigadores exploraron el rendimiento del biocatalizador con el agregado de diferentes cantidades de sustancias químicas llamadas polioles, para buscar una configuración que resultara más eficiente que los biocatalizadores disponibles en la purificación de ibuprofeno.
¿Qué es un biocatalizador?
“Es un componente que, sin participar de una reacción química, es capaz de acelerar enormemente la velocidad de la misma” explica el químico Carlos Llerena Suster, investigador del CIProVe y docente de la UNLP. “Lo fundamental es la presencia de enzimas, que son proteínas cuya función es catalizar reacciones en o para los seres vivos. Estas enzimas pueden estar libres, en agregados, inmovilizadas sobre distintos soportes. “. agrega.
Hace más de 5000 años que las personas usan estos microorganismos para producir alimentos como el pan, pero gracias a la biotecnología también se los aplica en la fabricación de productos químicos y farmacéuticos. Son muy comunes en la naturaleza y se pueden encontrar en diversos hábitats incluyendo algunos tan extremos como la Antártida. En los últimos años se han identificado numerosas levaduras que adaptaron su metabolismo para proliferar en ambientes fríos, y desde entonces se exploran sus usos potenciales en desarrollos biotecnológicos tan diversos como fabricar biocombustibles o descontaminar efluentes industriales.
La lipasa: una enzima “promiscua”
La levadura Candida antarctica tiene la particularidad de ser una gran productora de un tipo de proteína: la enzima lipasa B (CALB). La lipasa es un biocatalizador: acelera la reacción química que degrada las moléculas de lípidos o grasas. Esta propiedad, que la vuelve interesante en la producción de medicamentos más eficientes, puede potenciarse cuando la lipasa es inmovilizada en un soporte nanoestructurado de óxido de silicio. “La CALB es una enzima altamente promiscua -explica Llerena-, porque es capaz de catalizar numerosas reacciones de hidrólisis usando como sustratos una gran diversidad de compuestos.“
Respecto del sustrato donde fue fijada, Llerena Suster comenta que “el óxido de silicio usado en el trabajo es de origen comercial. Es muy utilizado en diversas aplicaciones, su costo es bajo y no resulta nocivo para la actividad de las enzimas. Al ser nano estructurado presenta gran superficie específica, por lo que puede unir una gran cantidad de enzimas.” Así, la estructura fina y ordenada del soporte proporciona una alta área superficial y una alta densidad de sitios de unión con las moléculas, y esto aumenta su actividad catalítica.
Un ibuprofeno a mano izquierda
La síntesis química del ibuprofeno produce una mezcla de moléculas que tienen la misma fórmula química pero una disposición espacial diferente (como si fuese una mezcla de manos derechas e izquierdas): un 50% de R-ibuprofeno y un 50% de S-ibuprofeno. De esta mezcla, solo interesa un tipo de ibuprofeno, el “izquierdo”. Llerena Suster aclara el motivo de esta elección: “Aunque la mayoría de las características fisicoquímicas de estos isómeros son similares, esa pequeña diferencia en la disposición espacial de un grupo origina que el S-ibuprofeno tenga una actividad analgésica 150 veces mayor que el otro.”
Para separar el ibuprofeno farmacológicamente activo del otro (en realidad para enriquecer la mezcla con la variante activa) se usa la lipasa, que se une a la variante “derecha” de la mezcla, marcándola. En este proceso es donde el desarrollo del equipo del CIProVe y el CINDECA hace foco, creando un biocatalizador de diseño con lipasa fijada sobre nanosuperficies y agregado de polioles, que es más eficiente en la separación del ibuprofeno que la lipasa sin aditamentos e incluso que un catalizador comercial. Esto es beneficioso porque permite obtener el ibuprofeno deseado con alta pureza y en una sola etapa. Pero no terminan ahí los beneficios, pues los investigadores han mostrado que el novedoso biocatalizador también resulta más estable térmicamente y más duradero frente a un almacenamiento prolongado, de al menos dos años.
Un modelo
Aún con estos logros, el trabajo del grupo no se detiene. “Estamos buscando establecer un modelo que permita explicar la unión de las enzimas así como de otros componentes sobre el dióxido de silicio, y relacionarlo con los resultados de actividad observados. Usaremos distintas técnicas como el análisis cuantitativo por microsonda de electrones EDAX acoplada a un microscopio electrónico, análisis superficial por espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, espectroscopia infrarroja in situ y RAMAN.” enumera Llerena. “Por otra parte, buscaremos optimizar tanto las condiciones de inmovilización como las de actividad para ir mejorando los resultados.”, concluye.
Este es un caso de interdisciplina entre la biotecnología y la química, lograda gracias a la colaboración experta de investigadores locales, para agregarle valor a la enorme variedad de pequeños microorganismos antárticos, generando desarrollos que aporten a la industria farmacéutica e indirectamente -pero no menos importante- al acceso de las personas a los medicamentos.
Nota publicada en UNLP Investiga.
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