Biosíntesis de alcaloides medicinales de tropano en la levadura

Área de la Ciencia:

• Biotecnología
• Ingeniería metabólica
• Ciencias farmacéuticas

Sus antecedentes:

• Los alcaloides tropanos, derivados de las plantas de solanácea, son inhibidores cruciales de los neurotransmisores utilizados para tratar trastornos neuromusculares y son reconocidos como medicamentos esenciales por la OMS.
• Las cadenas de suministro globales actuales para estos alcaloides vitales se enfrentan a desafíos significativos, incluidas las escaseces exacerbadas por eventos como los incendios forestales australianos y la pandemia de COVID-19.
• Existe una necesidad crítica de estrategias de producción rápidamente desplegables y resistentes que puedan soportar las perturbaciones ambientales y socioeconómicas.

Objetivo del estudio:

• Diseñar la levadura de pan como una plataforma microbiana para la biosíntesis de los alcaloides tropanos medicinales, específicamente la hiosciamina y la escopolamina.
• Abordar las vulnerabilidades de la cadena de suministro mundial de medicamentos esenciales mediante el desarrollo de un método de producción alternativo y sólido.
• Explorar el potencial de la biosíntesis microbiana para el descubrimiento de nuevos derivados alcaloides de tropano para la terapia de enfermedades neurológicas.

Principales métodos:

• Se utilizó la genómica funcional para identificar una enzima clave que falta en la vía biosintética del alcaloide tropano.
• Ingeniería de proteínas empleada para lograr la expresión funcional de una aciltransferasa a través del tráfico vacío.
• Transportadores heterólogos integrados para el enrutamiento intracelular eficiente y la optimización de la cepa conducida para mejorar los rendimientos de alcaloides.
• Reconstituyó la organización espacial de la biosíntesis de alcaloides tropanos de la planta orquestando más de veinte proteínas de diversos organismos en seis ubicaciones subcelulares en la levadura.

Principales resultados:

• Ingeniería exitosa de la levadura de pan para producir hiosciamina y escopolamina de azúcares simples y aminoácidos.
• Desarrolló un sistema de proteínas de múltiples organismos dentro de la levadura, imitando las vías biosintéticas de las plantas en múltiples compartimentos celulares.
• Demostró una prueba de concepto para la producción microbiana de alcaloides esenciales de tropano, superando las limitaciones anteriores.

Conclusiones:

• La levadura de pan de ingeniería proporciona una plataforma viable y robusta para la producción sostenible de alcaloides de tropano esenciales.
• Este enfoque de biosíntesis microbiana puede mejorar la agilidad y la resistencia de las cadenas de suministro farmacéuticas para medicamentos críticos.
• La plataforma es prometedora para el descubrimiento de nuevos derivados alcaloides de tropano con potencial terapéutico para trastornos neurológicos.