Reconstrucción de la secuencia ancestral para permitir la síntesis biocatalítica de las azafilonas

Área de la Ciencia:

• Biocatálisis y síntesis orgánica
• Ingeniería de enzimas
• Bioinformática y biología computacional

Sus antecedentes:

• La biocatálisis ofrece potentes capacidades sintéticas, pero se ve obstaculizada por el limitado alcance y la selectividad del sustrato enzimático.
• El desarrollo de pasos biocatalíticos a menudo requiere mucho tiempo, recursos y conocimientos especializados.
• La racionalización de la identificación y optimización de enzimas es crucial para una adopción más amplia del biocatálisis.

Objetivo del estudio:

• Presentar una estrategia que combine la extracción de enzimas guiada por bioinformática y la reconstrucción de secuencias ancestrales (ASR, por sus siglas en inglés) para el desarrollo de enzimas biocatalíticas.
• Para lograr la síntesis enantioselectiva de los productos naturales de azaphilona utilizando enzimas ancestrales resucitadas.
• Demostrar el potencial de este enfoque para acelerar el desarrollo de biocatalizadores y la síntesis orientada al objetivo.

Principales métodos:

• Minería guiada por bioinformática de familias de enzimas que coexisten en las vías biosintéticas de productos naturales.
• Reconstrucción de la secuencia ancestral (ASR) para resucitar y diseñar enzimas ancestrales con propiedades mejoradas.
• Cascada de síntesis estereoselectiva que involucra una monooxigenasa ancestral dependiente de la flavina (FDMO) y una aciltransferasa (AT).
• Simulaciones de acoplamiento molecular y dinámica para comprender las interacciones enzima-sustrato.

Principales resultados:

• Síntesis enantioselectiva exitosa de azaphilonas utilizando dos enzimas ancestrales: FDMO y un AT diseñado (AncAT).
• ASR produjo un AT ancestral más soluble, estable, promiscuo y reactivo en comparación con su descendiente.
• AncAT exhibió una mayor reactividad, probablemente debido a la promiscuidad ancestral y a la geometría de unión optimizada del sustrato.
• La cascada desarrollada es estereocomplementaria a las rutas quimioenzimáticas existentes, ampliando el acceso a los enantiómeros de la azaphilona.

Conclusiones:

• El enfoque combinado de bioinformática y ASR resucita y optimiza eficazmente las enzimas para el biocatálisis.
• Esta estrategia reduce significativamente el tiempo y los recursos necesarios para el desarrollo de la etapa biocatalítica.
• El método proporciona una herramienta poderosa para acceder a biocatalizadores superiores para la síntesis orientada al objetivo.