Una técnica desarrollada por los profesores asociados de química y bioquímica de la Universidad de Miami Dominik Konkolewicz y Rick Page puede ayudar a permitir un desarrollo más rápido y eficiente de nuevos materiales para su uso en productos farmacéuticos. biocombustibles, y otras aplicaciones.

La técnica de Konkolewicz y Page utiliza tecnología de resonancia magnética nuclear (RMN) para iluminar cómo las proteínas y los polímeros sintéticos interactúan en sustancias químicas conocidas como bioconjugados.

Por qué son útiles los bioconjugados

Las proteínas se pueden utilizar para catalizar reacciones químicas que son útiles en muchas aplicaciones. Por ejemplo, Las enzimas proteicas se utilizan para producir jarabe de maíz con alto contenido de fructosa y la insulina se utiliza para tratar la diabetes. Pero algunas proteínas están activas por muy poco tiempo o se descomponen fácilmente, por lo que su uso no es práctico ni rentable. Los bioconjugados de proteínas superan las limitaciones de las proteínas al unir moléculas sintéticas, a menudo polímeros, a la proteína.

"Las proteínas tienen un rendimiento fantástico, "Konkolewicz dice, "pero no hay mucha flexibilidad en la química que podemos poner en una proteína. Los polímeros ofrecen una gran diversidad de estructuras y funciones que podemos incorporar para extender la vida de la proteína o mejorar su capacidad para soportar condiciones extremas".

Ya existe algún desarrollo comercial de bioconjugados, como conjugados de anticuerpo-fármaco utilizados para tratar el cáncer, aunque las directrices sobre cómo mejorar el rendimiento de estas sustancias siguen siendo difíciles de alcanzar.

Desarrollando nuevos, Los bioconjugados útiles son a menudo difíciles y costosos porque el proceso tradicionalmente se basa en prueba y error:los científicos arrojan muchos candidatos a polímeros contra una pared proverbial de proteínas para ver qué se "pega" en forma de rendimiento mejorado. Pero así como no tiene sentido lanzar una pelota de tenis a una pared de yeso esperando que se pegue, No tiene sentido arrojar ciertos polímeros a ciertas proteínas esperando que se peguen.

Acelerar el desarrollo mediante un diseño racional

Entendemos la naturaleza de las pelotas de tenis y los paneles de yeso lo suficientemente bien como para saber que "pegarse" no es un resultado posible de su interacción. pero Page dice que los científicos no siempre comprenden la naturaleza de las proteínas y los polímeros lo suficientemente bien como para hacer predicciones similares cuando se trata de bioconjugación.

"En muchos casos, conocemos la estructura de la proteína, pero no conocemos la estructura del polímero. No sabemos qué forma tiene donde se adhiere a la proteína, o cómo se envuelve o interactúa con la proteína, "Dice Page.

¿Qué se necesita? Konkolewicz y Page dicen:es un conjunto de reglas que permitirían el diseño racional de nuevos bioconjugados. Tales reglas permitirían a los químicos observar la estructura de una proteína objetivo y diseñar una molécula de polímero del tamaño correcto. forma, y función para adaptarse a él específicamente.

"Sería genial poder decir:'Okey, aquí está la proteína que tengo. Estas son las formas en que necesito estabilizarlo, y aquí están los tipos de polímeros que podemos usar para eso, '", Dice Page.

La técnica que Page y Konkolewicz han desarrollado es el primer paso para permitir el establecimiento de este conjunto de reglas.

Si bien las técnicas anteriores para examinar las interacciones entre proteínas y polímeros en bioconjugados se basaron en, por ejemplo, rayos de neutrones, equipo muy caro disponible en un número limitado de instalaciones en todo el mundo, la técnica de los químicos de Miami utiliza tecnología de resonancia magnética nuclear (RMN) fácilmente disponible. La clave de la técnica es colocar grupos de informes sobre los polímeros sintéticos. Estos grupos de informes actúan como balizas, permitiendo a los investigadores ver qué tan cerca está un polímero de una proteína, cuando el bioconjugado está en un instrumento de RMN.

La accesibilidad de la tecnología de RMN es importante porque aumenta enormemente la capacidad de la comunidad de investigadores para realizar descubrimientos.

"No podemos analizar todas las proteínas relevantes nosotros mismos, ", Dice Konkolewicz." Tendríamos que vivir 500 años para hacer eso. Haciéndolo accesible, permitimos que otros grupos examinen sus proteínas de interés:proteínas catalíticas, como se enfoca nuestro laboratorio, o proteínas terapéuticas, o del tipo que estudien. Esta técnica proporciona escala ".

Un gran avance hecho posible por el entorno único de Miami

Fundamentalmente, La técnica de Konkolewicz y Page permite a los químicos de todo el mundo colaborar en el establecimiento de un conjunto de reglas de diseño para guiar un desarrollo más rápido de bioconjugados que sean efectivos y asequibles para su uso en aplicaciones industriales. incluidos los productos farmacéuticos y los biocombustibles. Ese es un resultado apropiado para un esfuerzo de investigación que nació de la colaboración.

Históricamente ha sido poco común que los científicos de diferentes subcampos se unan como Konkolewicz, un químico sintético, y Page, un bioquímico, tengo. Konkolewicz y Page dicen que su avance se debe al hecho de que la Universidad de Miami fomenta la colaboración y fomenta la exploración en una amplia gama de conocimientos.

"El ambiente que tenemos aquí en Miami, y la capacidad y el estímulo para que los grupos colaboren entre sí aquí, realmente nos ha colocado en el entorno adecuado para idear esta técnica revolucionaria, "Dice Page.

Otro aspecto del entorno único de Miami es la profunda participación de los estudiantes de pregrado en la investigación. Cuatro estudiantes de pregrado de los laboratorios de Konkolewicz y Page fueron nombrados autores de un artículo que informa sobre su técnica, que se publicó recientemente en la revista insignia de acceso abierto de la Royal Society of Chemistry Ciencia química .