Durante una infección viral, los virus ingresan al cuerpo y se multiplican en sus células. Los virus a menudo se adhieren específicamente a las estructuras de azúcar de las células huésped, o presentan estructuras de azúcar características en su propia superficie. Investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM) han desarrollado un nuevo tipo de reactivo proteico para identificar estructuras biológicas de azúcar, que puede bloquear la propagación de una enfermedad en el cuerpo si se usa para bloquear las estructuras de azúcar de una célula o un patógeno.

El laboratorio dirigido por Arne Skerra, Catedrático de Química Biológica, se centra en el diseño de proteínas de unión artificiales para aplicaciones terapéuticas. Los resultados de la investigación actual del laboratorio están allanando el camino para el desarrollo de nuevos tipos de proteínas de unión para las estructuras biológicas del azúcar. que juegan un papel importante tanto en el cáncer como en las enfermedades infecciosas.

Reconociendo las estructuras biológicas del azúcar

"El reconocimiento de moléculas de azúcar específicas, o los llamados carbohidratos, es de vital importancia en muchos procesos biológicos, "El profesor Skerra explica. La mayoría de las células llevan un marcador que consiste en cadenas de azúcar que están unidas al exterior de la membrana celular o a las proteínas de la membrana, permitiendo así al cuerpo identificar dónde pertenecen estas células o si ciertas células son extrañas. Los patógenos también tienen estructuras de azúcar propias, o pueden unirse a estos.

Proteínas que realizan una amplia gama de funciones dentro de las células, generalmente tienen poca afinidad por los azúcares. Por lo tanto, su reconocimiento molecular plantea un desafío. La razón:las moléculas de agua se parecen a las moléculas de azúcar, lo que significa que están básicamente ocultos en el entorno acuoso de las células. Por lo tanto, el grupo de investigación del profesor Skerra se propuso diseñar una proteína de unión artificial con una composición química peculiar que facilite la unión a las estructuras biológicas del azúcar.

Un grupo de ácido bórico implementado en una proteína como aminoácido.

Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas. Como una regla, la naturaleza solo usa 20 aminoácidos en todos los organismos vivos. "Utilizando las posibilidades que abre la biología sintética, hemos empleado un aminoácido artificial adicional, "informa la investigadora Carina A. Sommer.

"Hemos logrado incorporar un grupo de ácido bórico, que ejerce una afinidad intrínseca a las moléculas de azúcar, en la cadena de aminoácidos de una proteína. Al hacer esto, hemos creado una clase completamente nueva de proteína de unión para moléculas de azúcar, Sommer explica. Esta función de unión de azúcar artificial es superior a las proteínas de unión naturales (las llamadas lectinas) tanto en fuerza como con respecto a las posibles especificidades de azúcar.

"La actividad de unión al azúcar del ácido bórico y sus derivados se conoce desde hace casi un siglo, "dice el profesor Skerra." El elemento químico boro es común en la tierra y tiene baja toxicidad, pero hasta ahora ha permanecido en gran parte inexplorado por los organismos ".

"Mediante el uso de cristalografía de rayos X, hemos logrado desentrañar la estructura cristalina de un complejo modelo de esta proteína artificial, lo que nos permitió validar nuestro concepto biomolecular, "explica el científico Dr. Andreas Eichinger.

El siguiente paso:hacia la aplicación médica

Después de aproximadamente cinco años de investigación científica fundamental, Los hallazgos del laboratorio del Prof. Skerra ahora se pueden aplicar a necesidades médicas prácticas. El profesor Skerra señala:"Nuestros resultados no solo deben utilizarse para respaldar el desarrollo futuro de nuevos ligandos de carbohidratos en química biológica, pero también debería allanar el camino para la creación de agentes de alta afinidad para controlar o bloquear las estructuras de azúcar de importancia médica en las superficies celulares ".

Dicho "agente de bloqueo" podría usarse para condiciones en las que es evidente un fuerte crecimiento celular o cuando los patógenos se adhieren a las células. por ejemplo en oncología y virología. Si logramos bloquear la función de unión del azúcar y ralentizar el progreso de una enfermedad, esto le daría al sistema inmunológico del paciente tiempo suficiente para movilizar las defensas naturales del cuerpo.