os pesquisadores modificaram a E. coli para produzir sulfato de condroitina, uma droga mais conhecida como suplemento dietanãtico para tratar artrite que atualmente éproveniente da traqueia de vacas.
A E. coli foi reprogramada para produzir um sulfato de condroitina, um açúcar complexo. Crédito: Rensselaer Polytechnic Institute
Prevendo um suprimento de drogas livres de animais, os cientistas - pela primeira vez - reprogramaram uma bactanãria comum para fazer uma molanãcula de polissacaradeo projetada usada em produtos farmacaªuticos e nutracaªuticos. Publicado hoje na Nature Communications , os pesquisadores modificaram a E. coli para produzir sulfato de condroitina, uma droga mais conhecida como suplemento dietanãtico para tratar artrite que atualmente éproveniente da traqueia de vacas.
A E. coli geneticamente modificada éusada para fazer uma longa lista de proteanas medicinais, mas levou anos para persuadir as bactanãrias a produzirem atémesmo as mais simples nesta classe de moléculas de açúcar ligadas - chamadas de glicosaminoglicanos sulfatados - que costumam ser usadas como drogas e nutracaªuticos. .
"a‰ um desafio projetar E. coli para produzir essas molanãculas, e tivemos que fazer muitasmudanças e equilibrar essasmudanças para que a bactanãria crescesse bem", disse Mattheos Koffas, pesquisador-chefe e professor de engenharia química e biológica da Rensselaer Instituto Politanãcnico. "Mas este trabalho mostra que épossível produzir esses polissacaradeos usando E. coli de forma livre de animais, e o procedimento pode ser estendido para produzir outros glicosaminoglicanos sulfatados."
Em Rensselaer, Koffas trabalhou com Jonathan Dordick, um colega professor de engenharia química e biológica, e Robert Linhardt, um professor de química e biologia química . Todos os três são membros do Centro de Biotecnologia e Estudos Interdisciplinares. Dordick éum pioneiro no uso de enzimas para santese de materiais e no projeto de ferramentas biomoleculares para o desenvolvimento de medicamentos melhores. Linhardt éum especialista em glicanos e uma das maiores autoridades do mundo em heparina, um anticoagulante sulfatado atualmente derivado do intestino de porco.
Linhardt, que desenvolveu a primeira versão sintanãtica da heparina, disse que a engenharia de E. coli para produzir a droga tem muitas vantagens sobre o processo extrativo atual ou mesmo um processo quimioenzima¡tico.
"Se prepararmos quimioenzimaticamente sulfato de condroitina e fizermos um grama, e leva um maªs para fazer, e alguém nos liga e diz: 'Bem, agora eu preciso de 10 gramas', teremos que gastar mais um maªs para fazer 10 gramas ", disse Linhardt. "Considerando que, com a fermentação, vocêjoga o organismo modificado em um frasco, e vocêtem o material, seja um grama, ou 10 gramas, ou um quilograma. Este éo futuro."
"A capacidade de dotar uma bactanãria simples de uma via biossintanãtica encontrada apenas em animais écratica para a santese em escalas comercialmente relevantes. Ta£o importante éque o medicamento complexo que produzimos em E. coli éestruturalmente o mesmo que aquele usado como suplemento dietanãtico . " disse Dordick.
Koffas descreveu três etapas principais que a equipe teve que construir na bactanãria para que ela produzisse sulfato de condroitina: introdução de um grupo de genes para produzir uma molanãcula precursora de polissacaradeo não sulfatado, engenharia da bactanãria para fazer um amplo suprimento de uma molanãcula doadora de enxofre energeticamente cara introdução de uma enzima de transferase de enxofre para colocar a molanãcula doadora de enxofre na molanãcula precursora de polissacaradeo não sulfatado.
A introdução de uma enzima sulfotransferase ativa representou um desafio particularmente difacil.
"As sulfotransferases são feitas por células muito mais complexas", disse Koffas. "Quando vocêos tira de uma canãlula eucaria³tica complexa e os coloca em E. coli, eles não são funcionais. Vocaª basicamente não consegue nada. Então, tivemos que fazer um pouco de engenharia de proteanas para fazer funcionar."
A equipe primeiro produziu uma estrutura da enzima e, em seguida, usou um algoritmo para ajudar a identificar as mutações que eles poderiam fazer na enzima para produzir uma versão esta¡vel que funcionaria em E. coli.
Embora as E. coli modificadas produzam um rendimento relativamente pequeno - da ordem de microgramas por litro - elas prosperam em condições normais de laboratório, oferecendo uma prova de conceito robusta.
"Este trabalho éum marco na engenharia e fabricação de produtos biola³gicos e abre novos caminhos em vários campos, como a terapaªutica e a medicina regenerativa, que precisam de um fornecimento substancial de moléculas especaficas cuja produção éperdida com o envelhecimento e doena§as", disse Deepak Vashishth, diretor da o CBIS. "Esses avanços nascem e prosperam em ambientes interdisciplinares possibilitados pela integração única de conhecimento e recursos disponíveis no Rensselaer CBIS."