Se construye la primera enzima artificial

Hace apenas tres meses en ¿Cerca de crear vida artificial? comentaba que el trabajo de Gibson y colegas había sido exageradamente tratado y "vendido" como lo que no era. Hoy les comentaré que acaba de producirse un avance espectacular en la síntesis de productos biológicos realmente artificiales y que ha pasado desapercibido, tal vez porque no está Craig Venter por el medio.

Donde un grupo de gente diseña por ordenador y construye mediante ADN sintético la primera enzima capaz de catalizar una reacción no biológica

Recordemos que las enzimas son catalizadores de reacciones químicas exclusivamente biológicas. Son proteínas extremadamente específicas que facilitan esas reacciones en minúsculas cantidades y sin ser consumidas en el proceso. Las enzimas actúan reduciendo la energía de activación necesaria para que la reacción química se produzca y esto lo realizan porque su estructura espacial facilita la reacción (ver explicación del plegamiento de las proteínas en el segundo post De los males de una dieta exótica). En una enzima funcional, este plegamiento proporciona un región llamada "sitio activo" donde las moléculas implicadas se fijan de una forma específica que permite la reacción en condiciones más favorables.

Dado que las enzimas pueden catalizar sólo reacciones biológicas muy específicas y en condiciones ambientales normalmente limitadas (a fin de cuentas funcionan en organismos vivos) sería relevante poder diseñar y construir enzimas artificiales, inexistentes en la naturaleza, pero capaces de catalizar reacciones de interés industrial o ambiental, desde la farmacología hasta la limpieza de contaminantes.

Pues la noticia es que se han construido las primeras enzimas artificiales. El proceso seguido me parece impresionante, pasen y vean.

Daniela Röthlisberger y colegas (14 firmantes) lo cuentan en un trabajo titulado Kemp elimination catalysts by computational enzyme design.

Röth y compañía eligieron dos reacciones químicas conocidas para construir una proteína con un sitio activo "de diseño". El diseño se realizó mediante computación masiva ya que era necesario definir una secuencia de aminoácidos que luego se plegara de la forma deseada, algo realmente complicado. Citan, por ejemplo, que para una proteína de 100 aminoácidos existen unas 10¹³⁰ secuencias posibles, cada una de las cuales adoptará una forma plegada diferente que debe ser calculada.

Para esta ingente tarea se creó un proyecto de computación distribuida al estilo de SETI@home pero que en este caso se llama Rosetta@home. El proyecto debía deterinar qué secuencia era la apropiada para conseguir los "sitios activos" diseñados teóricamente por tres de los coautores y que se suponía podrían funcionar dadas las estructuras de las moléculas intervinientes.

Encontradas esas estructuras virtuales candidatas a ejercer de enzimas, se crearon genes artificiales que codificaran la secuencia de aminoácidos deseada. Este ADN sintético se insertó en la bacteria Escherichia coli que fabricó por primera vez una proteína que nunca existió en la naturaleza.

La primera sorpresa fue que las enzimas funcionaban. Y la segunda que funcionaban bien, multiplicando la tasa de reacción unas decenas de miles de veces. Sin embargo no se quedaron aquí y el siguiente paso es también sorprendente: los científicos mutaron el ADN artificialmente (buscando una especie de evolución in vitro) para probar los resultados que se obtenían con esas variaciones aleatorias. Poco a poco consiguieron multiplicar por 200 las velocidades de las reacciones catalizadas en primera instancia llegando a tasas de reacción de un millón de veces respecto a las no catalizadas.

Esto sí es diseño inteligente. Literalmente.