La investigadora presentó sus resultados en la reunión de primavera de la American Chemical Society (ACS).

"Durante cientos de años, la mucosidad se consideró un material de desecho o simplemente una simple barrera", dice Jessica Kramer, profesora de ingeniería biomédica que dirigió el estudio. Y, de hecho, sirve como barrera, regulando el transporte de pequeñas moléculas y partículas a las células epiteliales subyacentes que recubren los tractos respiratorio y digestivo. Pero también hace mucho más.

Los estudios demuestran que el moco y las mucinas son biológicamente activos y desempeñan funciones en la inmunidad, el comportamiento celular y la defensa contra patógenos y el cáncer. El equipo de Kramer de la Universidad de Utah, por ejemplo, descubrió recientemente que azúcares específicos unidos a mucinas inhibían la infección por coronavirus en cultivos celulares.

"Parte del desafío de estudiar el moco y las mucinas en general es que tienen una gran variedad de estructuras proteicas", explica Kramer. Aunque los humanos comparten más de 20 genes de mucina, esos genes se expresan de manera diferente en diferentes tejidos y se unen para generar una variedad de proteínas. Además, las células modifican esas proteínas de innumerables maneras con diferentes azúcares para satisfacer las necesidades del cuerpo.

Para complicar el panorama, los factores genéticos por sí solos no determinan la composición de la mucina. Los factores dietéticos y ambientales también pueden influir en qué azúcares se unen a estas proteínas. Por lo tanto, la composición del moco puede variar significativamente de persona a persona, de un día a otro y de un tejido a otro, lo que dificulta la identificación de los efectos biológicos de una mucina determinada.

Para estudiar las propiedades de la mucina, los investigadores pueden recolectar moco de animales en los mataderos, dice Kramer. "Pero, en última instancia, requiere bastante mano de obra y es difícil de purificar. Y en el proceso de recolección, normalmente se alteran las propiedades pegajosas y viscosas".

Como alternativa, las mucinas se pueden comprar disponibles en el mercado, explica Kramer. Pero debido a que la variabilidad entre lotes puede generar problemas con la reproducibilidad experimental, se necesitan métodos para producir mucinas sintéticas de manera confiable a escala y a un precio razonable.

En ausencia de un método genético simple para producir mucinas individuales, el laboratorio de Kramer combinó química sintética y enzimas bacterianas para generar los polipéptidos centrales y luego añadió selectivamente azúcares para crear mucinas sintéticas únicas.

Esto permite a los investigadores probar las propiedades físicas, químicas y biológicas de tipos individuales de moléculas de mucina e identificar el impacto del cambio de secuencias de azúcares o proteínas individuales.

Kramer, junto con el laboratorio de su colaboradora Jody Rosenblatt en el King's College de Londres, está aplicando las mucinas de su equipo a cuestiones de biología del cáncer. En particular, los científicos están explorando la influencia de las mucinas en las primeras etapas de la formación de tumores.

Estudios anteriores en otros laboratorios han demostrado que las mucinas incrustadas en la superficie de las células cancerosas promueven la metástasis, la propagación del cáncer a otros tejidos del cuerpo. Estas mucinas también pueden ayudar a las células cancerosas a evadir las defensas del sistema inmunitario al bloquear la activación de las células inmunitarias.

"Estamos construyendo mucinas sintéticas para comprender cómo los aspectos químicos de estas proteínas afectan el comportamiento de las células cancerosas", explica Kramer. "No ha sido posible estudiar estas cosas antes porque no podemos controlar las propiedades moleculares de las mucinas utilizando métodos genéticos y bioquímicos tradicionales".

Normalmente, a medida que crecen las células epiteliales no cancerosas, se apiñan y algunas se eliminan de la capa epitelial para mantener una estructura tisular consistente y estable. Cuando el equipo de Kramer diseñó las células para que tuvieran una superficie voluminosa rica en mucina similar a la de las células cancerosas, las células dejaron de extruirse normalmente y se acumularon, formando lo que parecía el comienzo de los tumores.

Kramer se apresura a señalar, sin embargo, que su equipo no ha determinado si la genética de las células ha cambiado, por lo que aún no pueden afirmar con seguridad si las células sanas se transformaron en células cancerosas. Esos estudios están en curso.

Los conocimientos serán fundamentales para el desarrollo de posibles tratamientos contra el cáncer dirigidos a las mucinas, ya que ayudarán a resaltar qué partes de las moléculas de mucina son más importantes para la formación de tumores.

Los científicos han estado tratando de crear terapias dirigidas a la mucina durante décadas, pero no han funcionado bien, en parte porque los grupos de azúcar en las moléculas no se tuvieron completamente en cuenta, dice Kramer.

"Para una vacuna, no podemos considerar sólo la secuencia de proteínas porque no es así como la molécula ve el sistema inmunológico. En cambio, cuando una célula inmune choca contra la superficie de una célula cancerosa, verá primero los azúcares, no la columna vertebral de las proteínas." Por lo tanto, cree que una vacuna eficaz deberá centrarse en esos azúcares mucina.

Más allá del cáncer, la capacidad de modificar de manera confiable la secuencia de proteínas y azúcares y producir cantidades escalables de mucinas sintéticas ofrece oportunidades para desarrollar estas moléculas como antiinfecciosos, probióticos y terapias para apoyar la salud reproductiva y de la mujer, afirma Kramer.