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."