Un equipo de la Escuela de Medicina NUS Yong Loo Lin (NUS Medicine) ha inventado una forma fundamentalmente nueva de plegar y proteger las proteínas recombinantes. Proveniente del campo de rápida expansión de la biología sintética, esta tecnología de proteína en una proteína puede mejorar los rendimientos de proteínas funcionales en 100 veces y proteger las proteínas recombinantes del calor, los productos químicos agresivos y la proteólisis.
La expresión y estabilización de proteínas recombinantes es la piedra angular de las industrias biológica y farmacéutica. Los costos y la complejidad asociados con la fabricación de proteínas recombinantes difíciles de plegar a escala industrial son un factor limitante importante para su uso en aplicaciones clínicas e industriales.
El estudio dirigido por el Dr. Chester Drum, Profesor Asistente en los Departamentos de Medicina y Bioquímica, NUS Medicine fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza el 13 de noviembre de 2017. El Dr. Drum y sus colegas diseñaron una exocapa de 12 nanómetros de diámetro y la envolvieron alrededor de una proteína de interés (POI). Demostraron por primera vez que esta tecnología se puede usar para plegar y proteger una variedad de proteínas dentro de cavidades diseñadas que tienen menos de 1:10,000 del ancho de un cabello humano.
Los investigadores desarrollaron esta tecnología de proteína dentro de otra proteína con la ayuda de Archeoglobus fulgidus, una bacteria resistente que se encuentra naturalmente en los respiraderos hidrotermales. Estas bacterias hipertermófilas han desarrollado soluciones únicas para el plegamiento y la estabilización de proteínas debido a los entornos extremos en los que viven.
En particular, los investigadores utilizaron una proteína de 24 subunidades que transporta hierro en A. fulgidus llamada ferritina, cuya función natural es almacenar y transportar hierro en la sangre. La ferritina de A. fulgidus tiene dos propiedades únicas: primero, cuatro diminutos poros en su cubierta brindan acceso a las moléculas pequeñas a la cavidad; segundo, a diferencia de la ferritina humana que es estable a bajas concentraciones de sal, la ferritina de A. fulgidus diseñada se disocia a bajas concentraciones de sal, lo que permite que el contenido de la cavidad se libere mediante un simple cambio de pH de 8,0 a 5,8. Una vez disociado, el POI puede liberarse enzimáticamente.
Para demostrar la amplia versatilidad de su tecnología, los investigadores probaron su tecnología exoshell fusionando una de las 24 subunidades de ferritina alrededor de tres puntos de interés con diversas propiedades: proteína fluorescente verde, peroxidasa de rábano picante (HRP) y luciferasa de Renilla.
El exoshell no solo ayudó a aumentar los rendimientos de los tres puntos de interés, sino que los investigadores también pudieron administrar cofactores hemo y calcio, además de condiciones oxidantes, para garantizar que los puntos de interés complejos como la proteína HRP pudieran plegarse y funcionar correctamente.
Además de ayudar a plegar los puntos de interés correctamente, las exocapas también protegían contra una amplia gama de desnaturalizantes, incluida la tripsina de alta concentración; disolventes orgánicos tales como acetonitrilo y metanol; y desnaturalizantes tales como urea, ácido clorhídrico de guanidina y calor.
«Presumimos que el aumento significativo en el rendimiento de proteínas funcionales puede deberse a la complementación entre las proteínas cargadas negativamente y la superficie interna del exoshell cargada positivamente. Nuestros hallazgos resaltan el potencial de usar caparazones de tamaño nanométrico altamente diseñados como una herramienta de biología sintética para reducir drásticamente afectan la producción y la estabilidad de las proteínas recombinantes», dijo el Dr. Drum, quien también es cardiólogo consultor en el Hospital de la Universidad Nacional y director del Laboratorio de Innovación de Ensayos Clínicos en TLGM, A*STAR.
Reclutado en la Universidad Nacional de Singapur en 2011, desde entonces ha recibido financiación de la Alianza para la Investigación y la Tecnología del MIT de Singapur, el Consejo Nacional de Investigación Médica, el Consejo de Investigación Biomédica, A*STAR y NUS Medicine.
La investigación actual del Dr. Drum cierra la brecha entre la bioquímica básica y la atención clínica. Actualmente es el investigador principal en un ensayo observacional multiinstitucional de 3000 personas en Singapur que estudia cómo el metabolismo personalizado de los medicamentos afecta la respuesta a los medicamentos.
