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Los investigadores de Cornell aprovecharon el poder de la levadura de panadería para crear un enfoque rentable y altamente eficiente para desentrañar cómo las plantas sintetizan compuestos medicinales y utilizaron el nuevo método para identificar enzimas clave en un árbol de kratom.
La aspirina, la morfina y algunas quimioterapias son ejemplos de medicamentos derivados de compuestos naturales producidos por plantas. Comprender cómo una planta crea tales compuestos a menudo comienza con el análisis de los transcriptomas de las plantas para identificar hasta cientos de genes que potencialmente podrían codificar enzimas que trabajan juntas para facilitar la producción. Luego, cada gen debe caracterizarse bioquímicamente utilizando sustratos y condiciones de reacción específicos, una tarea laboriosa y costosa que sofoca el proceso de descubrimiento.
Un nuevo método de detección basado en levaduras detallado en la revista Chemie Angewandte captura las interacciones proteína-proteína entre enzimas vegetales, trabajando en conjunto con otros métodos de detección para identificar mejor qué genes son responsables de cómo una planta biosintetiza compuestos medicinales.
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«Los métodos tradicionales encuentran grupos de proteínas que existen en la planta al mismo tiempo, pero nuestro método lo complementa al observar cuáles de estos grupos se agrupan físicamente y funcionan bien entre sí», dijo Sijin Li, profesor asistente de química y biomolecular. ingeniería. y autor principal del estudio. «Éstos son responsables del tipo de sustancias químicas que podríamos querer extraer para un producto farmacéutico».
Una vez que se predicen los genes candidatos mediante la transcriptómica de las plantas, la levadura de panadería (el mismo tipo que se utiliza para elaborar cerveza y hornear pan) se manipula con los genes internos para ver cuáles producen proteínas que interactúan entre sí. Como resultado, se reduce significativamente el número de genes que deben examinarse bioquímicamente.
«Este método ha sido infrautilizado para el descubrimiento de vías y elimina un importante cuello de botella para la detección de alto rendimiento. Es más barato y seguro que usar sustratos químicos y es muy eficiente y preciso», afirmó Li.
Li y su grupo de investigación demostraron el método basado en levadura utilizando hojas de kratom. El kratom es un árbol tropical originario del sudeste asiático y, aunque poco estudiado, ha llamado la atención de la comunidad científica por su potencial farmacéutico, según Li.
«Produce una sustancia química llamada mitraginina, que algunas personas llaman opioide de próxima generación porque tiene un efecto analgésico sin causar una depresión respiratoria peligrosa», dijo Li, quien añadió que la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos ha advertido contra el uso de kratom. ya que no ha aprobado ningún medicamento que contenga el árbol. «La producción de mitraginina pura puede ayudar a reducir los riesgos asociados con el uso de toda la matriz de kratom, lo que en última instancia conduce a un tratamiento más seguro».
El método basado en levadura condujo a la identificación de seis enzimas de kratom de 20 candidatas que, según se predijo mediante análisis genético, producirían mitraginina u otras sustancias químicas específicas. Las pruebas bioquímicas posteriores mostraron que ninguna de las 14 candidatas descartadas eran enzimas funcionales, mientras que cuatro de las seis identificadas por el método basado en levaduras eran funcionales. Li dijo que la precisión del método abre la puerta a un proceso de descubrimiento más eficiente y a una investigación continua sobre el árbol del kratom.
«Para los ensayos clínicos, la sustancia química tiene que ser purificada de la planta o sintetizada usando un enfoque químico, lo cual es muy costoso», dijo Li. «Utilizando el método de la levadura, podemos producir de manera más económica mitraginina y otros productos químicos que podrían llevarnos a a nuevos productos farmacéuticos”.
Referencia: Wu Y, Liu C, Koganitsky A, Gong FL, Li S. Descubrimiento de complejos enzimáticos vegetales dinámicos en levadura para la identificación de la vía de los alcaloides del kratom**. Angew Química Ed. Int.. 2023;62(38):e202307995. hacer: 10.1002/anie.202307995
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