Científicos descubren como bajar el coste de producción de la insulina para diabéticos
Los medicamentos como la insulina para la diabetes y los factores de coagulación para la hemofilia son difíciles de sintetizar en el laboratorio. Dichos medicamentos se basan en proteínas terapéuticas, por lo que los científicos han transformado las bacterias en pequeñas fábricas de producción de proteínas. Pero incluso con la ayuda de bacterias u otras células, el proceso de producción de proteínas para aplicaciones médicas o comerciales es laborioso y costoso.
Ahora, los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis han descubierto una forma de sobrealimentar la producción de proteínas hasta mil veces. Los hallazgos, publicados el 18 de diciembre en Nature Communications, podrían ayudar a aumentar la producción y reducir los costos de fabricación de ciertos medicamentos basados en proteínas, vacunas y diagnósticos, así como proteínas utilizadas en las industrias de alimentos, agricultura, biomateriales, bioenergía y química.
“El proceso de producción de proteínas para aplicaciones médicas o comerciales puede ser complejo, costoso y lento”, dijo Sergej Djuranovic, PhD , profesor asociado de biología celular y fisiología y autor principal del estudio. “Si puede hacer que cada bacteria produzca 10 veces más proteínas, solo necesita una décima parte del volumen de bacterias para realizar el trabajo, lo que reduciría los costos enormemente. Esta técnica funciona con todo tipo de proteínas porque es una característica básica de la maquinaria universal de síntesis de proteínas “.
Las proteínas están formadas por cadenas de aminoácidos de cientos de enlaces de largo. Djuranovic y el primer autor Manasvi Verma, un investigador universitario en el laboratorio de Djuranovic, tropezó con la importancia de los primeros aminoácidos cuando un experimento para un estudio diferente no funcionó como se esperaba. Los investigadores estaban buscando formas de controlar la cantidad de proteína producida a partir de un gen específico .
“Cambiamos la secuencia de los primeros aminoácidos y pensamos que no tendría ningún efecto en la expresión de proteínas, pero en cambio, aumentó la expresión de proteínas en un 300%”, dijo Djuranovic. “Entonces comenzamos a investigar por qué sucedió eso”.
Los investigadores recurrieron a la proteína fluorescente verde, una herramienta utilizada en la investigación biomédica para estimar la cantidad de proteína en una muestra midiendo la cantidad de luz fluorescente producida. Djuranovic y sus colegas cambiaron al azar la secuencia de los primeros aminoácidos en la proteína verde fluorescente, generando 9.261 versiones distintas, idénticas, excepto la primera.
El brillo de las diferentes versiones de la proteína verde fluorescente varió mil veces desde la más tenue hasta la más brillante, lo que indica una diferencia mil veces mayor en la cantidad de proteína producida. Con un análisis cuidadoso y más experimentos, Djuranovic, Verma y sus colaboradores de la Universidad de Washington y la Universidad de Stanford identificaron ciertas combinaciones de aminoácidos en las posiciones tercera, cuarta y quinta en la cadena de proteínas que dieron lugar a cantidades altísimas de proteína.
Además, los mismos tripletes de aminoácidos no solo aumentaron la producción de proteína verde fluorescente, que originalmente proviene de las medusas, sino también la producción de proteínas de especies relacionadas de forma distante como el coral y los humanos.
Los hallazgos podrían ayudar a aumentar la producción de proteínas no solo para aplicaciones médicas, sino también en la industria alimentaria, agrícola, química y otras.
“Hay muchas maneras en que podríamos beneficiarnos de aumentar la producción de proteínas”, dijo Djuranovic. “En el espacio biomédico, hay muchas proteínas utilizadas en medicamentos, vacunas, diagnósticos y biomateriales para dispositivos médicos que podrían ser menos costosos si pudiéramos mejorar la producción. Y eso sin mencionar las proteínas producidas para su uso en la industria alimentaria: hay una llamada quimosina que es muy importante en la fabricación de queso, por ejemplo, la industria química, la bioenergía, la investigación científica y otras. Optimizar la producción de proteínas podría tener una amplia gama de beneficios comerciales “.
