Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una vía enzimática artificial para sintetizar isoprenoides, o terpenos, en E. coli . Este más corto, más eficiente, transformaciones de ruta rentables y personalizables E. coli en una fábrica que puede producir terpenos para su uso en todo, desde medicamentos contra el cáncer hasta biocombustibles.

Los terpenos son una gran clase de moléculas naturales que son útiles en industrias que van desde productos farmacéuticos y cosméticos hasta alimentos y biocombustibles. En naturaleza, los terpenos se encuentran en plantas y microbios; por ejemplo, el licopeno, que le da a los tomates su color, es un terpeno.

Dado que no es práctico extraer estas moléculas directamente de sus fuentes naturales, los científicos pueden utilizar la biosíntesis para producirlos. Sin embargo, La biosíntesis de terpenos tradicionalmente ha demostrado ser un desafío.

"Los terpenos son difíciles de biosintetizar porque los métodos de la naturaleza para fabricar los componentes básicos de estas moléculas son prolongados, complicado e implican enzimas que son difíciles de diseñar, "dice Gavin Williams, profesor asociado de química en NC State y autor principal de un artículo que describe el trabajo. "Estas dificultades, a su vez, hacen que sea difícil diseñar microbios para fabricar estas moléculas en grandes cantidades".

Williams trabaja con E. coli , insertando vías enzimáticas en las bacterias que las transforman en pequeñas fábricas de producción molecular. Con ex Ph.D. estudiante Sean Lund, y la actual estudiante de posgrado Rachael Hall, Williams diseñó una vía artificial para la síntesis de terpenos que utiliza solo dos enzimas, en lugar de los seis o siete que ocurren en vías naturales.

"La naturaleza utiliza aproximadamente dos rutas para la síntesis de terpenos, y cada uno consta de seis o siete enzimas, "Dice Williams." Creamos una tercera ruta, un atajo, con dos enzimas que se encuentran en la naturaleza, pero que normalmente no están involucrados en esta vía ".

Una de las enzimas clave que utilizaron Williams y su equipo, una fosfatasa ácida (PhoN), normalmente elimina los fosfatos. Pero en el camino artificial, esta enzima realiza hábilmente la reacción inversa. "PhoN es particularmente útil aquí, por su promiscuidad, "Williams dice." La promiscuidad en las enzimas significa que pueden llevar a cabo la misma transformación en muchas moléculas diferentes ".

El equipo diseñado E. coli para producir varias variedades diferentes de terpeno con la vía simplificada, incluido el licopeno. Descubrieron que la nueva vía era tan productiva como más larga, vías más difíciles de diseñar actualmente en uso.

"Así de simple, La ruta y la cepa prototípicas son tan efectivas como las que se han diseñado extensamente para fabricar las moléculas de interés. "Dice Williams." Y debido a que el camino es promiscuo, es personalizable ".

Los próximos pasos para los investigadores incluyen el uso de la vía para producir terpenos que son nuevos en la naturaleza para su uso en compuestos que son demasiado costosos de fabricar con los métodos actuales.

La obra aparece en Biología sintética ACS .